输电线路移动外业调绘核查系统设计与应用

2022-04-12蔡忠，金飞，魏立

电力勘测设计 2022年4期

蔡忠，金飞，魏立

(扬州浩辰电力设计有限公司，江苏扬州 225001)

0 引言

外业调绘核查是输电线路测量的一项关键工作，其主要任务是对影响线路工程造价和路径方案的地物进行实地调查，现场核实线路通道内的树木、房屋、交叉跨越等重要地理信息，再内业编辑成图，以补充和完善设计所需要的资料。传统的外业调绘核查工作主要基于工作底图的作业方式，所有核查信息都是用手工标示在纸质底图上，具有携带不便、劳动强度高、效率低等缺点[1]。近年来，随着GNSS定位、移动通讯、智能设备等高新技术的迅猛发展，使用移动外业调绘核查系统的电子调绘方式正逐步取代传统的作业手段[2]。笔者根据多年的从业经验，参照最新的输电线路测量技术标准和规范要求，参与开发了移动外业调绘核查系统，该系统通过Android SDK提供实时在线位置数据的接入，实现了高精度位置采集以及地理信息调绘、核查和编辑的一体化解决方案，简化了输电线路外业调绘和核查的流程、减轻了外业人员的劳动强度、提高了生产效率、促进了电力工程测量向着信息化和智能化的方向发展，本文就该系统的方案设计以及应用情况进行了相关介绍。

1 系统设计

1.1 方案设计

输电线路移动外业调绘核查系统的主要功能是对线路通道内的地理信息数据进行高效地采集和编辑，考虑到外业操作的便捷性和可靠性，本系统进行方案设计时在满足基本功能的前提下，应尽量减少应用复杂程度，为此，本系统的硬件选型和逻辑结构设计如下。

1)硬件选型

本系统由移动端和PC端两部分组成，移动端选择当下主流的电容式触摸屏平板，平板应具备4G通信、蓝牙、Wi-Fi等功能，能支持360°全星座卫星接收并内置有高像素数码相机和电子罗盘[3]；PC端选择性能可靠稳定的工作站，主要功能是负责调绘前、后期数据的处理工作。

2)实现思路

本系统由硬件层、数据层、服务层3部分组成，具体思路为：①首先利用PC端制作外业调绘核查用的底图数据，包括卫星影像数据(主要利用奥维互动地图浏览器和水经注万能地图下载器下载)、矢量数据、网络地图数据等；②同时参照mxd模板将原始矢量数据转换成Geodatabase格式、将影像数据建立投影并创建金字塔结构，作用是保证移动端的快速显示和渲染效果[4]；③最后在联网的环境下将工作底图通过ArcGIS进行发布，传输到移动端进行外业调绘核查。移动端用于地理信息数据的调绘、核查、属性编辑、照片采集、导航定位，并可通过蓝牙连接GPS和全站仪进行矢量数据的精确采集，外业工作完成后再将调绘数据传输到PC端进行处理，形成矢量图形、测量报告、原始记录等成果[5]，最终实现输电线路调绘核查内外业一体化作业模式，系统结构及工作流程图如图1所示。

图1 系统结构及工作流程图

1.2 移动端APP功能设计

移动端APP为输电线路移动外业调绘核查系统的主体部分，本系统在功能设计上主要包含用户管理模块、导航定位模块、数据采集模块、实景获取模块、数据输入输出模块共5个模块，如图2所示。

图2 系统移动端APP功能模块

1)用户管理模块

用户管理模块主要用于移动端用户的验证以及对工作任务进行设置，授权用户成功登录本系统后，首先进行输电线路工作区的设置，将作业员、作业任务、线路路径边线距离以及GPS采集方式等进行设置。

2)导航定位模块

本系统集成了GPS导航定位模块，能支持大数据量遥感影像以及附加矢量数据的无级缩放和浏览，可以提供高精度的空间位置定位功能，能快速定位到作业员所在地点的位置，并支持采集路径轨迹记录及查询功能[6]，为生产过程中的相关核查工作带来方便。

3)数据采集模块

在数据采集模块中，系统支持点、线、面矢量要素的采集和编辑、地物属性录入、代码挂接；同时，本系统还提供了交点法、延长线法、垂直法辅助采集地物以及采集任务管理、地物信息随记、面积量算等一系列功能[7]；对于房屋等需要提供精确地理位置的地物，系统还支持蓝牙连接GPS和全站仪进行辅助采集。基于这些数据采集功能，作业员能根据不同的应用场景和需求，快速、灵活地完成线路通道内的树木、房屋、交叉跨越等重要地理信息的采集工作。

4)实景获取模块

拍照举证是输电线路测量的一项重要环节，其主要工作是对重要的地理信息要素进行现场拍照，本系统提供的实景获取模块可以挂接不同角度的三张照片，拍照的同时还能自动记录拍摄地点的方位角、位置和姿态，此外，本系统还提供了照片随记标注功能，即可以将现场调查到的属性信息直接标注于像片上。

5)数据输入输出模块

此功能模块主要用于实现离线数据的导入和导出,具体流程为：①首先，将PC端的数据采集任务生成作业单元并输出到移动端，外业调绘核查完成后再将采集到的数据导入到PC端进行处理,实现了内外业一体化的协同作业[8]，本系统支持shp、cad、DGN、DXF、mapinfo、KML等格式的离线数据的导入、导出；②同时，本系统针对移动设备的遗失、暴力拆解等可能存在的涉密数据泄露隐患形成了一套安全、可靠的解决方案，确保数据安全[9]。

2 系统应用

2.1 应用情况

工作人员利用移动外业调绘核查系统在某220 kV输电线路测量项目中进行试生产作业，共选取12幅1∶10 000标准图幅的作业面积进行试验，外业调绘时间仅用了2个工作日，经与传统纸质图调绘的方式进行测算和比较，生产效率至少提高40%以上，大大减轻了外业人员的劳动强度、提高了外业调绘核查工作的效率。为了更好地说明利用本系统进行外业调绘核查的技术优势，验证其应用于输电线路测量中的便利性和可靠性，现将扬州浩辰电力设计有限公司在试生产过程中采用移动外业调绘核查系统与采用传统纸质图纸的2种方式进行对比分析。

1)一般调绘对象采集

针对常用的线状要素采集，移动外业调绘核查系统提供了线路通道内障碍物代码挂接功能，即用户在选取特定的线状要素类型后，系统会在属性项中自动赋予对应的障碍物类型代码，避免了传统纸质图调绘手工表示线状要素容易出错的情况。

2)房屋和树木调绘核查

原有房屋和树木调绘方式是参照现场位置将调查得到的房屋和树木概略位置手绘于纸质底图上，并手工记录相关属性信息，而本系统则可利用点、线、面等矢量要素采集和编辑功能，精确绘制房屋和树木地理位置，并将调查得到的所有属性信息通过随记标注、照片挂接点的形式直接标注于电子底图中，如图3～图4所示。

图3 房屋调绘核查界面

图4 树木调绘核查界面

3)交叉跨越测量

原有的交叉跨越测量方式是通过GPS-RTK现场采集位置，再利用全站仪测量高度，相关属性信息记录于纸质底图上。采用本系统可直接利用数据采集模块实时获取交叉跨越点的坐标，但跨越点的精确高度暂时还需要全站仪来补充测量，交叉跨越的电压等级、杆塔类型等信息可直接输入到移动外业调绘核查系统中。

2.2 精度验证

使用本系统之前，作业人员就利用地形图、影像等资料，选取测区内的部分已知控制点对该系统的GPS定位精度进行了验证，发现位置偏差都在合理范围内，可以满足输电线路测量定位精度的要求。另外，使用车载记录轨迹点的方式，对某条约3 km的市区道路进行了轨迹记录测试，将轨迹点与现有地图数据进行叠加后，发现93%的轨迹点都落在实际行进车道内，只有少数粗差点偏离车道[10]，因此可以得出，本系统的定位精度可以满足输电线路测量的要求。