Trimble手持式实时动态差分技术在电网GIS空间信息采集中的应用

谢锋珠

（山西煤炭职业技术学院,山西 太原 030006）

Trimble手持式实时动态差分技术在电网GIS空间信息采集中的应用

谢锋珠

（山西煤炭职业技术学院,山西 太原 030006）

手持式实时动态差分技术是GPS应用的发展热点之一,该技术目前已经广泛应用在电力、国土、水利、交通、农林等诸多领域。以电力输电线路信息化为例,重点介绍了以Trimble GEO XH手持实时动态差分技术为基础建立起来的信息化数据采集系统,在电网GIS空间信息数据采集过程中的具体应用。

手持式实时动态差分技术；GEO 6000XH；电网；GIS 空间信息采集

0 引言

上世纪90年代之后，陆续出现了以Trimble为代表的手持式实时动态差分技术RTK（Real -time Kinematic），它集成全球导航卫星系统GNSS （Global Navigation Satellite System）导航定位、无线通讯、移动计算机、测绘、GIS等多种技术， 提供移动定位、动态连续的空间框架等空间地理属性信息服务[1]。Trimble GEO 6000XH手持RTK可以为数据采集不同的需要定制任意的数据词典，彻底摆脱以往手工化调查使用笔和纸的羁绊。只要在记录位置信息的同时输入相应的属性信息，就可以真正达到无纸化作业。

电网地理信息系统GIS（Geographic Information System） 空间信息服务平台（以下简称“电网GIS平台”）是国家电网公司SG-ERP一体化平台中的重要组成部分[2]。为满足电网GIS平台建设需要并提升电网GIS平台图形质量，以及数据采集的进度，需要利用手持RTK进行电网设备地理空间数据和电网设备属性数据的采集工作。

在电网设备地理空间数据和电网设备属性数据的采集工作中，输电线路数据采集在采集方式和采集数据方面最具有代表性，也是整个数据采集工作的重点。目前已有的采集方式多种多样, 大多采用全站仪或者大地测量的RTK进行数据采集。但是都存在坐标采集和属性信息采集脱节、设备不便携带、采集精度不够、成本过高、采集成果处理方式繁琐、数据结果检查不严密等缺陷。

1 系统简介

安徽省电力设计院采用连续运行卫星定位服务综合系统CORS（Continuous Operational Reference System）的工作原理在全省建设若干个CORS 基站，它是通过通讯网络把分布在全省范围内的永久性GNSS基准站连接起来，构成的新一代网络化的电力信息连续采集系统[2]。

流动站使用Trimble手持RTK GEO 6000XH进行电力设备的数据采集。该设备定位精度可达1 cm，具有220个通道能同时接受GPS、GNSS、北斗和星基增强系统SBAS(Satellite-Based Augmentation System)，内置3.5 G通讯模块，500万像素的自动对焦的数码相机便于给设备拍照，同时具有激光测距功能，Windows Mobile 6.5 简体全中文操作系统可以支持专业软件的定制[3]。

采集软件使用采用 Trimble的TerraSync（手持端软件） +GPS Pathfinder Office（桌面端软件）。针对该项目，设置特定的数据字典。

外业采集结果自查导入采用自主开发的软件，严格核查外业采集数据，保证提交最终结果的准确性和完整性；优化数据，对数据进行压缩和提取。

2 技术路线

2.1 数据采集的原则

根据《国家电网公司电网GIS空间信息服务平台数据准备工作建议》的要求，数据采集工作必须坚持以下原则。

a）完整性原则。综合考虑发、输、变、配电等各种类型数据的采集建设，确保电力数据建库、管理的完整性；确保设备台帐的关键字段信息（杆塔号、杆塔材质、杆塔类型、所属线路、运行状态、运行单位、回路信息等属性信息）必须完整。

b）准确性原则。电力设备地理空间位置的定位精度符合GPS测量精度要求；电网设备的隶属关系、拓扑连接关系正确。精度误差最大不超过±0.5 m。

2.2 电网GIS数据采集方式

Trimble 手持RTK GEO 6000XH连接CORS可以达到10 cm的实时精度。为了确保数据采集精度，在测量方式上采用多点拟合解算、线路整体拟合检查的方式。

采用的测量方式有以下几种。

a ）一点法。该方法比较简单，测量人员只需要测量设备的中心坐标即可，但是该法局限性明显，只能测量V形设备。

b）两点法。该方法适用于测量门形设备。分别测量门形设备的两至坐标，两至连线求中点坐标即得到设备的中心点位坐标。

c）三点求方法。该方法适用于测量矩形或菱形设备。分别测量设备的三至坐标，内业拟合矩形的几何中心坐标即得设备的中心点位坐标。

d）四点法。该方法适用于规则矩形设备。测量出设备的四至坐标，内业拟合矩形的几何中心坐标即得设备的中心点位坐标。

e）双方向法。该方法适用于无法直接测量设备四至坐标的情况。分别在设备四至的对角线延长线上选取4个点位，四点连线的交点即为设备的中心点位，如图1所示。

图1 双方向图法

f ) 三点画圆法。该方法适用于测量圆柱形设备，例如钢管杆或水泥杆。在设备的同心圆上选取3个点位，该3个点位的圆心坐标即为设备的中心点位坐标，如图2所示。

图2 三点画圆法测量圆柱形设备

以上6种测量方式涵盖了所有的现场极端情况和测量类型，只要使用以上6种测量方式，基本上可以采集到所有的杆塔坐标。

2.3 电网GIS数据采集流程

首先，建立完整的数据字典。使用GPS Pathfinder Office（桌面端软件）+ TerraSync（手持端软件）编辑适合该项目的数据字典。

编辑一个良好的数据字典，可以控制要素属性的录入，保证数据的完整性和唯一性，避免错误，降低外业采集人员的工作量。

然后，连接电力CORS系统。手持RTK利用内置SIM卡，通过IP访问CORS系统，自动地获取经过检验的GPS 观测值(载波相位、伪距), 各种改正数、状态信息等，实现实时差分。

手持RTK连接CORS系统如图3所示。

3 数据采集

3.1 数据采集流程

由于电力数据的重要性和严密性，数据采集必须按照严格的采集流程执行。

图3 手持RTK连接图

在完成电力设备空间信息采集的同时，进行属性信息的现场记录，并拍摄相应的电力设备照片，对外业采集的信息进行录入，形成电子文档，然后进行数据汇总，形成总的线路调查表，最后利用编写的程序进行数据汇总，主要包括照片自动重命名、坐标转换及导出标准数据模版等，最终生成提交成果数据。

整个采集流程如图4所示。

图4 空间数据采集流程图

3.2 采集数据提交

该项目采集成果记录提交格式为：以线路为文件夹，包含杆塔相片（存放原始的杆塔照片）、杆塔记录（杆塔属性表格）、杆塔坐标（采集原始点坐标文本文档）3个文件或者文件夹。

3.3 数据完整性和准确性检查

利用软件，检查属性记录、杆塔坐标、杆塔相片是否完善；照片时间和GPS测量时间是否对应；软件检查每个杆塔的每个原始坐标预估精度小于0.5；自身拟合精度小于0.5（根据测绘原理设置判断条件）；前后拟合耐张段拟合直线每个杆塔偏离小于1 m；耐张杆塔距前后拟合直线交点小于1 m；其他检核条件（转角杆线路夹角不能小于90°、起止杆类型为耐张等）是否符合标准等，导出核查日志。

3.4 数据最终提交

数据优化：在采集数据中，照片数据量非常大，在确认照片信息无误后，使用软件将照片统一改为低分辨率；软件自动提取与杆塔有用的信息，删除多余信息。

数据可视化：使用自主开发GIS软件将输电杆塔空间地理信息自动关联，自动修改照片名称，统一显示在电力GIS系统中。

4 总结及展望

此次项目的顺利完成，充分显示了Trimble手持RTK 技术的发展应用给测量行业带来的质的飞跃，它不仅提高了测绘的速度与效率，而且还大大降低了测绘劳动强度和成本。

和之前的数据采集方式相比，这种采集方式具有以下优点。

a）数据采集精度要求严格。现场确保记录的数据具有实时10～30 cm的精度，并且每个原始点测量时间都大于2 min，可在软件中设置当预估精度大于30 cm时不能记录。

b）在采集坐标信息的时候可以采集属性信息。GPS Pathfinder Office（桌面端软件）可建立特定的数据字典，可使用手持设备记录需要的属性信息；并且可将杆塔材质、杆塔类型等属性设置为下拉菜单项，方便规范属性数据的记录，数据导出方便。

c) 携带方便,便于操作。和以往的全站仪或者RTK不同，这种测量方式只需要携带手持设备1台（若需要可携带专业相机1台），软件操作简单，1人就可以进行现场数据采集，方便携带和保存。

d）数据提交简单，检查方式严格。以往的电力线路数据采集、数据检查只能依靠人为查看和现场抽查，非常不严密。使用自主开发自查软件，可通过多种判断条件，对数据的真实性、准确性、完整性进行检查。

e） 数据处理方式简单， 对数据进行有效地优化。需要将多余的原始数据删除、修改相片名称、数据匹配等，该系统使用软件自动提取出相关数据、修改相片名称、数据可视化等。后期数据处理相当简单。

随着技术的发展，手持RTK的精度越来越高，目前，最新的Trimble手持RTK GEO 6000XH（厘米版）连接基站已经可以达到3 cm的实时精度。手持RTK技术已经日趋成熟，很快就可以达到3cm以下的实时精度。

手持RTK产品可以为诸多领域如电力、国土、水利、林业、公安消防、测绘、国防等提供高精度的空间地理属性采集。随着技术的成熟，手持RTK产品将会为这些行业领域提供实时数据更新服务。外业人员在现场，就可以通过无线通讯技术对后台的GIS数据进行更新。将极大地加快城市基础地理信息的建设，为城市提供良好的建设和投资环境，从而给城市带来不可估量的社会效益和经济效益。

[1] 张晓章, 唐勇. CORS系统及其在电力线路测量中的应用[J].水利水电快报，2011，31（6）:39-41.

[2] 张冉.CORS技术在电网信息采集中的具体应用[J].中国新技术新产品，2011（24）:28.

[3] 方浩天,彭树标. 基于CORS的移动GIS采集系统设计与实现[J].现代测绘，2011，34（1）:37-40.

Application of Trimble Handheld RTK Technology in GIS Spatial Information Acquisition in Power Grid

XIE Fengzhu

（Shanxi Vocational and Technical College of Coal, Taiyuan, Shanxi 030006, China）

Handheld RTK technology is one of the hot issues in the development of GPS applications. Handheld RTK technology has been widely used in many fields such as electric power, land, water conservancy, transportation, agriculture, forestry, etc. Taking informationization of electric power transmission lines as an example, this paper mainly introduces the application of data collection system based on GEO XH Trimble handheld RTK technology in GIS spatial information data acquisition in power grid.

handheld RTK(Real-time Kinematic) technology; GEO 6000 XH; power grid; GIS spatial information acquisition

P228.4;TM727

B

1671-0320（2016）04-0031-04

2016-03-23，

2016-04-08

谢锋珠（1972），男，山西阳泉人，2003年毕业于太原理工大学地理系信息专业，讲师，从事地理信息系统教学工作。