输变电工程测量一体化系统设计与实现

2014-03-27祖为国

地理空间信息 2014年3期

祖为国，刘勇

（1.广东省电力设计研究院，广东广州 510663；2.湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北武汉 430070）

目前，输变电工程测量中，仪器种类较多，品牌繁杂。数据处理软件跟仪器配套时，综合性差，仪器之间结合紧密度不强,数据格式较多；外业采取草图无编码方式或编码杂乱，输出成果文件规范度不高，从而导致数据内业处理、成图自动化程度低，制约了输变电工程测量效益的提升，影响了成果资料的统一。

1 系统设计与实现

1.1 体系结构设计

首先根据野外测量仪器和野外测量模式，设计定义了野外仪器编码一体化和作业模式一体化；再围绕工程测量数据处理成图所需功能进行相应的软件功能模块化设计。

图1 输变电工程测量一体化系统软件功能结构化设计流程图

如图1所示，输变电工程测量一体化系统主要从野外数据一体化、数据处理成图一体化、文件格式一体化、成果一体化和系统帮助等5个方面进行相应的功能模块设计，实现数据处理、成表、成图的一体化。

1.2 野外测量仪器编码统一设计

目前输变电工程测量使用的仪器为全站仪和GPS，RTK编码在文献[1]中有详细介绍。全站仪采用CODE码输入方式，形成CODE码记录的野外测量作业文件，记录架设点点号、对向点编号、仪器高、测量地物编码、测量地物的原始角度和边长等全站仪测量原始信息。输变电线路一体化软件根据输入的全站仪地物编码和GPS对应的编码，实现全站仪数据到GPS编码点位坐标数据的转换，全站仪编码在文献[2]中有详细介绍。

图2 全站仪与GPS编码统一示例

如图2所示，全站仪编码从地物类别进行数字编码，如100部分为独立地物，400部分为常用交叉跨越线路部分。GPS数据采用地物名称首拼音方式编码。

1.3 交叉跨越多种快速测量方法设计

由于交叉跨越测量为非接触性测量，精度要求高的同时测量难度也高。针对送电线路交叉跨越悬高测量，结合文献[3]～文献[7]中介绍的悬高测量方法，设计了包括GPS配合全站仪直接空切数据的几何解析法、前方交会法、垂直地点法、无棱测量法等多种智能解算的测量方式。

1）直接无棱测量。直接采用高性能无棱全站仪，运用极坐标法直接测量交叉跨越点坐标，实现无接触高精度无棱测量。

2）垂直低点悬高测量。如图3所示，测量悬高点下棱镜或地物，旋转全站仪镜头记录悬高点P的高度角，根据悬高点垂线下测量点推算距离再进一步求取P点高程。

图3 垂直低点悬高测量示意图

观测时应适当控制全站仪至观测目标点的竖直角大小，当 α2≤45°时，全站仪悬高测量的误差较小，能完全满足输变电工程测量0.3 m的限差要求。

3）双站前方交会法悬高测量。前方交会是测量过程中应用较广的一种角度交会方式，常应用于人无法到达的一些悬高点等。前方交会时，三角形中的角度不能太小或太大，禁止出现病态三角形。角度的大小直接影响测量精度，应严格限制在30°～150°之间。

4）几何解析法悬高测量。如图4所示，先用GPS、全站仪无棱测量、前方交会等测量出悬线上任意AB两点坐标，根据测量出的已知点，在测站P处观测悬线的垂直角，根据平面几何方法推算出平面距离，求取切高处的三维坐标。

图4 线性几何解析法悬高测量示意图

由于线路测量中，在风摆不强烈的情况下，同一段悬线的平面投影可认为是一条直线，所以只需测量出悬线点或该段线路任意两点的坐标。采取几何解析法测量，精度高，实用性强。该方法在线路悬高测量中具有较大优势。

1.4 平断面数据处理

输电线路采用的是线路路径方式，平断面数据采集方法与要求参见文献[8]。线路塔位排杆数据主要基于平断面图，而平断面图坐标采用线路归算坐标，主要是地物点相对线路的累距、偏距坐标。因此需将地物点预先归段至所属转角耐张段，再根据所在耐张段计算地形地物点累距偏距，生成平断面图。

1）自动数据归段。以线路转角的角平分线形式分段，将同一地物所有点都未进入区域的点，归为出节点；将两段都可以包含的点，归类为两段点，同时以角平分线划分最后归属。对于该点落在范围外，而同一地物其他点在范围内，采取跟随的方式（先跟前点后跟后点），对齐跟随分段。

2）累偏距计算与道亨平断面图格式转换。依据分段好的数据格式，填写对应转角桩编号，点击累距计算，完成对应的偏距、档距、累距计算。根据地物编号及对应的偏距累距转换成道亨平断图文本格式，实现平断面图转换。

1.5 文件格式转换、坐标转换

1）格式转换。实现南方CASS数据格式文件、野外测量GPS编码数据文件、广东省电力设计研究院MicroStation二次开发HCTMS地形图软件CON文件等相关坐标数据文件互相批量转换，实现不同编码不同数据格式的直接转换。

2）坐标转换。实现七参数WGS84坐标与国家1980西安坐标、1954北京坐标系之间的坐标转换；同时实现高精度同坐标投影下的坐标换带计算，满足工程不同坐标系要求；实现多种常用坐标系的坐标转换。

1.6 输出成果表、生成封面目录

根据统一的塔位坐标文件，自动生成Excel格式的控制点坐标成果表、塔位坐标成果表、桩位累距表、塔位累距表等。不同项目负责人和软件生成相同格式的坐标成果文件。

工程文件夹命名规则为：######-L##_工程名称-业主_负责人_20##.##.##，第一部分为工程编号和卷号；第二部分为工程名称，由工程全名和对应的业主构成；第三部分为工程负责人；第四部分为资料提交时间；4个部分采用“_”分隔。归档成果文件各项文件夹根据工程类型固定，相应文档放置在相应文件夹下，选择工程资料成果文件路径，自动生成相应归档出版资料封面目录，打印出版格式统一的成果资料。