基于TrimbleGNSS系統(tǒng)的輸電線路塔基快速放樣方法研究獲獎科研報告

摘

要：由于電力工程測繪的特殊性，部分GNSS廠商在GNSS系統(tǒng)軟件適配方面無法完全滿足電力工程測繪應(yīng)用要求。本文針對TrimbleGNSS系統(tǒng)在塔基放樣方面的不完全適配問題，提出了一種新的解決方案，開發(fā)一個集極坐標法和累距偏距法為一體的塔基放樣模塊，不僅支持極坐標法和累距偏距法同時放樣，而且能夠根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)自動計算當(dāng)前位置所在耐張段的累距和偏距等放樣參數(shù)，避免了計算和建線錯誤。經(jīng)實地測試，該塔基放樣模塊在滿足放樣點精度的條件下，大大提高了塔基放樣效率，并且滿足日常使用的穩(wěn)定性需要。

關(guān)鍵詞：TrimbleGNSS;輸電線路;塔基放樣;

ResearchonFastLoftingMethodofTransmissionLineTowerFoundationBasedonTrimbleGNSSSystem

MAChao，GAOXing-guo

ShandongElectricPowerEngineeringConsultingInstituteCo.，Ltd.，Jinan250013

ABSTRACT：Duetotheparticularityofpowerengineeringsurveyingandmapping，someGNSSmanufacturerscannotfullymeettheapplicationrequirementsofpowerengineeringsurveyingandmappinginsoftwareadaptationofGNSSsystem.AimingattheproblemofincompleteadaptationofTrimbleGNSSsystemintowerbaselofting，anewsolutionisproposed.Atowerbaseloftingmoduleisdeveloped，whichintegratespolarcoordinatemethodandcumulativeoffsetmethod.Itnotonlysupportsbothpolarcoordinatemethodandcumulativeoffsetmethod，butalsoautomaticallycalculatesthecurrentsituationaccordingtothedesigndata.Thesetting-outparameterssuchascumulativedistanceandoffsetofthetensionsectionwherethepositionislocatedavoiderrorsincalculationandline-building.Fieldtestsshowthatthetowerbaseloftingmodulecangreatlyimprovetheefficiencyoftowerbaseloftingandmeetthestabilityrequirementsofdailyuseundertheconditionofsatisfyingtheaccuracyofloftingpoints.

Keywords：TrimbleGNSS;Transmissionline;Towerbasesetting-out;

1背景及意義

GNSS具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的導(dǎo)航、定位和定時功能，能為用戶提供精密的三維坐標、速度和時間，目前已廣泛應(yīng)用于大地測量[1]、工程測量[2]、航空攝影測量[3]、海洋測繪[4]等領(lǐng)域。在電力工程測繪領(lǐng)域，GNSS-RTK相比傳統(tǒng)光學(xué)儀器手段，能實時地得出所在位置的空間三維坐標，不受環(huán)境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區(qū)[1]，能在保證測量精度的條件下能夠有效提高作業(yè)效率。然而由于電力工程測繪的特殊性，部分GNSS廠商在GNSS系統(tǒng)軟件適配方面無法完全滿足電力工程測繪應(yīng)用要求。線路與塔基放樣是電力工程輸電線路測繪的一項核心工作，而我院現(xiàn)有的若干TrimbleGNSS設(shè)備僅能進行簡單線路放樣功能，對于復(fù)雜的轉(zhuǎn)角塔、分支塔放樣無法實現(xiàn)或需要現(xiàn)場間接計算，嚴重影響了塔基作業(yè)效率，并可能因計算錯誤而誤放。目前許多有關(guān)電力工程塔基放樣的研究主要集中在數(shù)據(jù)的后處理方面[5][6][7]，對于塔基放樣的外業(yè)實施并沒有有效改進。因此，為了提高塔基放樣效率和準確率，本文基于TrimbleGNSS系統(tǒng)研究一套輸電線路工程塔基快速放樣方法，并以手簿功能模塊的形式加以實現(xiàn)。

2塔基放樣原理與方法

傳統(tǒng)塔基放樣一般采用經(jīng)緯儀或全站儀進行，通過將儀器架設(shè)在塔位中心樁上，根據(jù)線路轉(zhuǎn)角度數(shù)，計算出塔基A、B、C、D四腿或其他待定點的角度和距離，進行放樣。直線塔（左）與轉(zhuǎn)角塔（右）塔腿定義如圖1所示。在特殊情況下，如特高壓塔基放樣，需要放樣測量塔基8個方向，定義如圖2所示。隨著GPS的推廣和應(yīng)用，利用GPS-RTK技術(shù)進行塔基放樣及塔基地形圖測繪越來越普遍，放樣方法主要包括極坐標法和半根開法，兩種方法各有優(yōu)勢，適合在不同的場合下使用。

2.1極坐標法

極坐標法是全站儀、經(jīng)緯儀塔基放樣的主要方法，在使用GPS-RTK進行塔基放樣時，一般也采用這種方法。在進行塔基放樣時，已知后、中、前三基塔位中心坐標或中、后兩基塔坐標+前進方向方位角等條件，首先根據(jù)已知條件計算出中間塔基各塔腿的角度和距離，再利用GPS-RTK極坐標放樣功能進行放樣。該方法能夠根據(jù)設(shè)計的跟開來放樣任意直線塔和轉(zhuǎn)角塔，但塔位調(diào)整時，需要現(xiàn)場重新計算角度和距離。只有部分廠商GNSS設(shè)備系統(tǒng)支持極坐標法塔基放樣。

2.2累距偏距法

累距偏距法是在使用GPS-RTK進行直線放樣時一種常用的方法。在進行塔基放樣時，已知后、中、前三基塔位中心坐標或中、后兩基塔坐標+前進方向方位角等條件，首先根據(jù)已知條件計算出塔基直線方向點的坐標，再利用GPS-RTK直線放樣功能放樣累距和偏距（塔位中心累距為0）。該方法能夠根據(jù)設(shè)計的半跟開來放樣任意直線塔和轉(zhuǎn)角塔，但塔位調(diào)整時，需要現(xiàn)場重新計算塔基直線方向點的坐標。目前大多數(shù)廠商GNSS設(shè)備系統(tǒng)都支持直線放樣，只有通過計算出相應(yīng)的放樣參數(shù)，才可以實現(xiàn)累距偏距法進行塔基放樣。

3主要技術(shù)難題及解決方案

本文重點分析了TrimbleGNSS系統(tǒng)的塔基放樣功能及問題，通過在TrimbleGNSS系統(tǒng)中增加相應(yīng)模塊，來解決這些問題。

3.1轉(zhuǎn)角塔塔基放樣計算問題

無論是極坐標法還是累距偏距法，在放樣轉(zhuǎn)角塔塔基時都需要計算相應(yīng)的放樣參數(shù)。在塔位進行現(xiàn)場調(diào)整時，這些放樣參數(shù)就需要重新現(xiàn)場計算，不僅影響塔基放樣效率，而且可能會出現(xiàn)計算錯誤導(dǎo)致放樣錯誤。

本文在放樣模塊中加入實時計算模塊，能夠根據(jù)已知條件的變化實時獲取所需要的放樣參數(shù)進行塔基放樣，實現(xiàn)即改即放樣。

3.2轉(zhuǎn)角塔放樣建線問題

利用極坐標法進行放樣時，需要設(shè)置初始角度方向，即在手簿建立一條從塔位中心指向小號側(cè)塔位中心的線;累距偏距法放樣時，實際上是直線放樣，同樣需要建線，并且當(dāng)塔位出現(xiàn)調(diào)整時后，需要現(xiàn)場重新建線。手簿建線操作需要人為進行，建線操作需要反復(fù)檢核，以免出現(xiàn)操作失誤。

本文在放樣模塊中建立一個設(shè)計數(shù)據(jù)文本，文本內(nèi)容如圖3所示，包括起點累距、塔位坐標、塔類型、放樣半徑等。設(shè)計數(shù)據(jù)文本可以被GNSS手簿軟件導(dǎo)入、導(dǎo)出、保存、編輯，如圖4所示，例如支持增加、修改現(xiàn)場調(diào)整后的新塔位坐標。通過設(shè)計數(shù)據(jù)文本可以整體控制塔基放樣，即從初始塔位到最終塔位建立一系列線，當(dāng)使用GPS-RTK進行線路放樣時，自動根據(jù)GPS位置實時計算當(dāng)前位置所在整條線路的累距和偏距，再通過設(shè)定的放樣半徑，當(dāng)距離塔位小于放樣半徑時，自動進入塔基放樣界面進行塔基放樣。

3.3兩種放樣方法的適用性問題

目前TrimleGNSS系統(tǒng)僅支持累距偏距法進行塔基放樣，適合根據(jù)半根開來放樣塔腿的情況。而對于需要利用對角半跟開和角度來進行放樣的情況，則無法進行。

本文通過設(shè)計數(shù)據(jù)文本實時計算當(dāng)前點位所在耐張段的累距和偏距，同時計算出相應(yīng)的角度和對角半跟開，并在塔基放樣界面實時顯示，并將各塔腿位置、塔基正方形、實時點位、塔位中心連線、距前后塔位距離等一并顯示、如圖5所示。在進行塔基放樣時，這種方式會更加直觀，放樣更加方便。

4實驗測試

在塔基放樣模塊開發(fā)完成后，在工程現(xiàn)場進行了實地測試，包括放樣精度與速度測試、模塊穩(wěn)定性測試。

4.1放樣精度與速度測試

本文利用兩套TrimbleGNSS設(shè)備進行放樣，一套使用本文的塔基放樣模塊進行放樣，另一套利用直線放樣功能使用累距偏距法進行放樣，共放樣5個塔位塔腿位置和危險點，其中2個轉(zhuǎn)角塔，3個直線塔。為了便于測試，測試由同一技術(shù)人員分兩次進行，5個塔位均位于平坦地區(qū)，測試結(jié)果如下表所示。結(jié)果表明，本文開發(fā)的塔基放樣模塊在滿足放樣點精度的條件下，放樣用時減少了約42%，大大提高了塔基放樣效率。

4.2模塊穩(wěn)定性測試

本文還對塔基放樣模塊進行了實地穩(wěn)定性測試，確保在日常使用中不會出現(xiàn)影響放樣工作的問題。本文對該模塊在山區(qū)、平地進行線路測圖、塔基放樣等場景均進行了測試，測試時間不少于7天，結(jié)果表明，該模塊在上述各種場景均表現(xiàn)良好，滿足日常