Nova MS50创新全站扫描仪在高海拔光伏电厂地形测量中的应用研究

李邱林，杜全维，董武钟

(四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都 610016)



Nova MS50创新全站扫描仪在高海拔光伏电厂地形测量中的应用研究

李邱林，杜全维，董武钟

(四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都 610016)

高海拔区域光伏电厂建设的过程中，地形图是规划设计及工程量计算所必需的基础资料，快速获取良好现势性的地形图，决定了工程的顺利实施。结合亲身工作实际，利用Nova MS50，针对某大型光伏电厂进行了测图实践，并进行了精度与作业效率分析，验证了其在工程实例应用中的可行性，对测绘单位进行特定条件下高海拔山区测量有一定的借鉴意义。

Nova MS50；扫描仪；高海拔；光伏电厂；地形测量

1 引 言

“十三五”期间我国在能源领域的工作重点和主要任务是，在保护生态的前提下积极发展水电，在确保安全的基础上高效发展核电、大力发展新能源，加快能源工业结构调整步伐，努力提高清洁能源生产能力。光伏是可再生和清洁的能源，属国家产业政策支持的项目，开发太阳能符合国家环保、节能和可持续发展政策,光伏电厂项目在未来一段时间将与日俱增。

光伏电厂建设的过程中，地形图是规划设计及工程量计算所必需的基础资料，快速获取良好现势性的地形图，决定了工程的顺利实施。图1是高海拔光伏电厂站址，测量区域大体地物单一、视野开阔，如果采用常规的测量方式，劳动强度大、效率低，有没有更好的手段能够自动快速地完成测量？在工程测绘领域，全数字航空摄影测量、机载激光雷达、CORS等技术的成熟，丰富了地形图的获取方式，但由于经济成本、地理位置因素，并未得到大范围的推广普及。Nova MS50创新全站扫描仪的出现，为地形图的获取方式提供了一种新的、快捷的、经济的途径。MS50扫描距离可达1 000 m，设站后设定扫描区域，仪器自动扫描，测量人员等着收仪器即可。本文笔者结合亲身工作实际，利用Nova MS50，针对某大型光伏电厂进行了测图实践，并进行了精度与作业效率分析。

图1 光伏电厂场地全貌Fig.1 The site panorama of PV Plant

2 Nova MS50全站扫描仪及测量精度

2.1 此仪器的优势

徕卡Nova MS50创新全站扫描仪是功能全面的革命性解决方案，它集成了高精度全站仪技术、高速3D扫描技术、高分辨率数字图像测量技术以及超站仪技术等多项先进的测量技术，能够以多种方式获得高精度的测量结果，应用范围得到了空前的扩大。它有以下优势：

1)是全站仪有超越目前全站仪的新技术。

采用源自航天的WFD激光测距技术，测量精度高，免棱镜测量距离高达2 000 m，测距速度提高了一倍。

2)是扫描仪有超越传统扫描仪的高精度。

扫描速度最高可达1 000个点每秒，扫描距离可达1 000 m，100 m处点位精度可以达到0.8 mm的高精度。

3)是图像测量系统有超越传统图像测量系统的高效率。

具有广角相机和望远镜相机，广角相机市场广阔，用于粗略照准，定义扫描区域及拍摄全景图，望远镜相机具有自动对焦功能，能实现快速精确照准。

4)可作超站仪能实现无标志创新测量模式。

能够与徕卡GNSS组合成超站仪，进行GNSS测量，实现MS50高站及定向，颠覆“先控制后碎步”的传统测量模式。

图2 MS50全站扫描仪Fig.2 MS50 total station scanner

2.2 此仪器误差来源

Nova MS50全站扫描仪进行地形测量的误差来源与普通全站仪进行地形测量的误差来源一样，其主要误差来源有四方面[1-3]：

1)测角误差：测角误差包含仪器固定误差如仪器三轴误差、对中误差及照准误差等。

2)测距误差：测距误差包含比例误差、固定误差和周期误差，仪器的标称精度表达式为

mD=a+bD

式中：mD为测距中误差(mm)；a为固定误差(mm)；b为比例尺误差系数(mm/km)；D为测距长度(km)。

3)测角测距误差对点位误差的影响：根据工程测量规范，测点中误差公式为

4)三角高程测量误差：三角高程测量计算公式为

H=D×tanα+(1-k)D2/2R+I

式中：H为地形点高程(m)；D为水平距离(m)；α为高度角(°)；k为大气折光系数；R为地球半径(km)；I为测站高程加仪器高(m)。

由公式可得高程中误差：

3 工程实例分析

某大型光伏电厂项目位于川西高原，站址总体呈西北走向，长约1.5 km，宽约300～500 m，面积约4.0 km2，场地内地势总体西北高，东南低，高程4 150～4 230 m，地形坡度5°～10°，测区海拔高，植被稀少，土地类型为草地。为了说明Nova MS50在高海拔山区测图的优势，从测量成果精度和测量效率两个方面进行分析。

Nova MS50采用常规全站仪设站方式进行架设定向，然后对扫描区域及间隔进行设置，单人即可完成仪器操作。仪器扫描分为两个步骤：首先拍摄全景图，MS50自动拍摄选择的范围，自动将照片组合成全景图，全景图提供后期点云的RGB色彩信息；然后根据预设的间隔进行扫描。部分通视条件不好的区域或者没有测量数据的较远的点，无需更换设备，可以直接采用免棱镜功能对未能直接扫描的低洼处和特征点进行补测[4]。

3.1 测量精度比较

在实际测图过程中，作为比较，分别采用RTK(Leica GS15标称精度平面10 mm+1 ppm，垂直10 mm+1 ppm)和Nova MS50两种方式进行测量，测量数据500多组，构成一个大样本数据。为了使数据精度分析具有高的可信度和统计意义，在这些样本中随机的抽取出20组用于统计比较。两种方式测量结果的精度比较如表1所示。

由表1和图3分析，在20组RTK和Nova MS50测量数据的点位精度，其点位差在8 mm到20 mm，高程差在2 mm到25 mm。

根据《数字测绘产品检查验收规定和质量评定规范(GB/T18316—2001)》对表1的数据进行分析[5-7]。

平面精度采用公式：

式中：(Xi,Yi),(xi,yi)(单位m)分别为RTK和Nova MS50测量的平面坐标；n为检核点个数。

算得MS=14.28 mm，平面精度小于规范50 mm的要求。

高程精度采用公式：

式中：Hi和hi分别为RTK和Nova MS50测量的高程(m)；n为检核点个数。

算得MH=16.51 mm，高程精度小于规范30 mm的要求。

由以上的数据分析可得，Nova MS50全站扫描仪测量的精度是可以满足大比例尺地形图测图精度要求的，在实际测图中可以采用Nova MS50全站扫描仪进行地形测量。

表1 RTK与MS50测量数据对比

注：表1中数据已经过保密处理，但不影响数据分析

图3 RTK与MS50数据较差值对比Fig.3 The comparison chart of data comparative difference between RTK and MS50

3.2 测量效率比较

在项目所在区域，选取相似区域400 m×400 m测量范围，分别采用RTK和Nova MS50两种方式测图，其对比表格见表2。

由表2分析，在高海拔电厂地形测量中，MS50测图不仅减少了人员、设备的投入，而且作业效率远远高于RTK。

表2 测图效率比较

图4 光伏电厂地形Fig.4 The topographic map of PV power plants

3.3 内业数据成图

Nova MS50外业数据采集结束后，以固定格式存储数据，利用南方CASS7.1成图软件展绘野外高程点，建立DTM，生成三角网，绘制等高线，编辑成图。最终的光伏电厂地形图和实地比对，吻合程度高，很好地反应了实际地形(图4)。

4 结 语

结合工程实践，通过RTK与MS50全站仪测量成果精度与测图效率的对比，MS50全站仪测量成果满足规范中对大比例尺测图的精度要求，证明MS50全站仪在高海拔山区进行大比例尺测图具有较强的优越性，在地表裸露或植被稀少地区的数字化地形测量的工作效率远远高于利用RTK进行数字测图，对测绘单位进行特定条件下高海拔山区测量有一定的借鉴意义。随着Nova MS50在测绘中逐渐被普遍使用，它的应用领域值得人们进行深入研究。

[1]张正禄.工程测量学[M].武汉:武汉大学出版社,2005.

[2]陈胜华,梁爽.煤矸石山治理中RTK联合免棱镜全站仪的测图实践[J].中国矿业,2013,22(8):129-132.

[3]徐柏松.免棱镜全站仪用于困难地区地形测量[J].地理空间信息,2009,7(6):33-35.

[4]吴列,黄伟.徕卡Nova MS50全站扫描仪在地形测量中的应用[J].测绘通报,2015(3):136-137.

[5]范百兴,夏治国.全站仪无棱镜测距及精度分析[J].北京测绘,2004(1):28-31.

[6]梁爽.三维激光扫描技术在煤矸石山难及区域测绘中的应用[J].勘察科学技术,2011(3):44-47,55.

[7]朱洪威,魏川波,霍海涛.全站仪免棱镜测距技术在隧道施工测量中的应用[J].中南公路工程,2005,30(9):189-190.

The Application of Nova MS50 Innovative Total Station Scanner to Measuring PV Power Plant of High Altitude Terrain

Li Qiulin,Du Quanwei,Dong Wuzhong

(SichuanElectricPowerDesign&ConsultingCo.,Ltd,ChengduSichuan610016,China)

In the process of constructing high-altitude region PV plant,topographic map is the basic information of planning design and engineering calculation. It will determine the successful implementation of the project to get current potential topographic map quickly. In this paper,the author combining his own practical work ,with the help of Nova MS50,conducted a mapping practice for a large-scale photovoltaic power plant,and analyzed the accuracy and operational efficiency. It testified its feasibility in the application of engineering practice and had a certain referential significance to measuring high altitude mountain under certain condition for surveying and mapping units.

Nova MS50; scanner; high altitude; PV power plants; topographic survey

1672—7940(2016)06—0808—05

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.06.020

李邱林(1971-)，男，高级工程师，主要从事工程测量方面的研究工作。E-mail:1060523669@qq.com

P217

A

2016-05-05