基于数据处理一体化的输变电工程标准测量系统构建

李万磊，陈天星，刘善邦，胡瑞霞

（西南交通大学机械工程学院，四川成都610000）

输变电工程测量是输变电工程建设及日常维护的重要基础工作，然而由于测量需求和测量环境差异，使得测量仪器种类繁多，型号品牌各异。继而使系统在对采集到的数据进行软件处理时，需要额外进行仪器配套和指标统一。从而导致测量结果分析进度缓慢，综合性能极差。此外，仪器之间由于缺乏系统性，联系紧密度较差，数据格式难以统一。且外业中采取草图无编码方式，编码格式也非杂乱，导致了成果文件输出时规范不达标[1]。各种问题均拖慢了系统数据内页处理效率，致使成图自动化困难，进一步影响成果资料的归档与统一。对此，急需一种行之有效的一体化测量标准进行约束，来规范流程、统一参数，从根源上解决测量效率问题。

1 系统设计搭建

1.1 系统结构设计

首先根据野外环境下的工程作业特性，设计统一测量仪器及测量模式。另外，为保证仪器编码一体化和统一作业流程，系统围绕工程测量数据进行功能模块化设计，对成图所需参数进行软件编制，保证数据转化及输出的效率。系统整体的框架构建，如图 1所示[2]。

图1 输变电工程测量一体化系统功能结构框架设计

整体测量一体化遵循工程作业流程配套设计，从数据采集一体化、数据处理一体化、转化成图一体化、统一文件格式、输出成果规范化等方面进行分模块设计，实现从原始数据采集到处理、加工、转化绘图、整合的高效统一编制[3]。

1.2 测量仪器编码一体化

当前输变电工程测量中使用的核心仪器为全站仪，搭配GPS系统进行高精度测量。全站仪结构功能，如图2所示。其中，物镜、整平脚螺旋、垂直制微动手轮、光学对点器及屏幕为核心观测部件。

编码标准采用GPS RTK，统一地物观测编码规则，规范外业观测方法[4]。此方案可针对地物、断面、塔基地、桩位等各类地形观测进行规范化设计，并自动成图，编码规范。常用地物类别及编号为：

1）桩、塔断面类

转角桩：J（1-100）；

2）跨地形交互

电力线：500 kV（1-300）

3）独立类地物

铁塔：TA（1-300）

4）房屋建筑

TPFW（1-300）

5）道路类

GSGLU（1-300）

全站仪相应采取CODE码输入，生成对应CODE码外业测量作业记录文档。内容包括：架设点信息编号、对象点信息编号、仪器架设高度、测量的地物编码号、测量地物原始角度和测量边长等。随后，根据输变电线路一体化获取到全站仪的地物编码和GPS对应的信息编码。进行全站仪数据处理后，得到GPS编码坐标数据[5]。

表1 全站仪与GPS编码转化统一数据

根据上表从全站仪编码相应的地物类别执行编码转换，注意GPS中地物数据采用首字母拼音编码。

1.3 跨地形交叉快速测量设计

由于日常工程测量环境复杂，常需要进行大量的跨地形类非接触测量。还需要具备较高精度，测量难度较大且耗时较长。对于此类线路通常采用悬高测量，又根据数据需求和地形不同，测量方法可细分为：几何解析法；无棱测量法；前方交会法；垂直地点法等[6-8]。

1）垂直低点悬高测量法

此方法适用于测量点在低谷或凹陷地势处，对高点的地物进行测量。具体架设方式如图3所示，在固定A点观测，以不同角度测量P点镜站的低点和最高点。从而根据悬高点垂线推算出P点高程，实现无接触的数据测量。

注意：选取观测点时应控制观测最高仰角在45∘以下，此时可保证垂直悬高测量的最大精度；否则可能会超出工程测量的0.3 m线差。

图3 垂直低点悬高全站仪测量示意图

2）直接无棱测量法

此方法可忽略地形，换用高性能无棱全站仪直接进行观测，无需定点换算。采用极坐标法转换可直接得到目标点坐标，实现无接触精确测量，但相对成本较高。

3）前方交会悬高测量法

前方交汇测量法是应用较广的输变电工程测量方法，常用于地形陡峭的悬高点。前方交会测量中，三角形角度要适中，过大或过小均会直接影响测量精度。根据大量数据统计，测量角度应限制在30∘～150∘之间。

图4 前方交会悬高全站仪测量示意图

选取图4中多台经纬仪测量站的观测数据，根据几何投影关系解算目标的空间坐标。以O1（x1，y1，z1）和O2（x2，y2，z2）两站交会的数学模型为例，目标在O-xyz中的坐标为：

4）悬高几何解析法测量

如图5所示测量时，先采用GPS、全站仪测量。在交会悬线上确定任意A、B两点坐标，并结合两点距观测点P的垂直角，采用平面结合法推算出平面距离，求得目标高处的三维坐标。由于悬高测量易受到环境影响，在刮风环境下悬线的观测点不好确定。因此，要采用几何解析推出坐标，继而进行精确测量。此方法工程实践稳定度较高，在恶劣环境下具备较大优势。

图5 线性几何解析法测量示意图

1.4 平断面数据处理

输电线路平断面数据采集主要应用在线路排杆测量上，通过相对线路累距参数及偏移坐标得到线路归算坐标[9-14]。再通过地物所在的耐张段计算地形累距，从而生成平断面图。

1）自动数据归段。

将统一地物下出线路的转角平分线以外所有区域点归为出节点，以角平分划定左右归属，分别记为一类段点。对于落点在归类范围外的，采取跟随的方式，对齐分段。

2）累距偏移计算与平断面格式转化

依据第一步分段好的数据，录入对应的转角编号。调用系统软件内置的换算公式，可一键计算累距、偏距量值。根据对应的地物编号和偏距累距参数，即可完成平断图的数据绘制生成平断面图。

2 软件系统开发设计

系统软件基于Web进行开发，主要考虑到Web通讯的便携性。因此，在Window环境下搭建服务器系统和数据库环境。通过后端接口反馈给前端数据，通过Jquery框架构建可视化的数据展示平台。

系统平台搭建完毕后，根据输变电工程测量的各类需求情况，进行对应的专区模块开发，并录入到标准化系统。再对数据进行一体化处理，依据类名标识别，分别存入对应的数据列表中，方便进行下一步处理和查询。

系统模块根据工程测量流程，设有：数据采集模型模块，分管测量方法的数据录入和处理；编码转换模块，进行全站仪和CODE编码转换及对应的标示码、传输码集成；成图一体化模块，负责对转化的数据进行成图渲染与可视化输出；成果输出模块，负责计算建立成果表、进行数据归档。此外，系统还专门设有快捷入口，可直接进行常规数据处理。

2.1 文件格式及坐标转换

此模块主要负责不同编码机，不同测试仪器的数据格式统一。因此，内置有多种数据编码转换方式。可实现诸如南方CASS、野外测量GPS编码、地形图CON文件坐标数据的自由切换。还包含WGS84坐标、1954西安坐标转换，且满足最高工程精度需求，可自由切换。

2.2 成果文件及格式目录

考虑到最后的文件整理和成果汇总，软件开发了一键Excel文件生成模块。可将塔位坐标、累距、桩位差等数据绘制成标，从而供不同项目负责人进行修正与审阅。此外，为符合一体化设计要求，工程文件夹统一按照：（工程名_业主_负责人_编号事件）的模式进行归档。且文档路径应按照工程门类分开放置，方便封面及索引目录生成[15-16]。

3 结束语

输变电工程测量在很大程度上，决定输变电工程的效率。而现今国内测量仪器的数据、编码均未有统一标准，这给测量成果输出和工程文件撰写均带来了不便[17]。针对此类状况，本文基于数据一体化开发了基于一体化的辅助测量系统，协助完成数据自动处理、成图绘制、成果输出等方面的一体化编制。在此系统参与下，将会大幅提升测量效率，为输变电工程建设带来较大便利。