Nova MS50創(chuàng)新全站掃描儀在高海拔光伏電廠地形測(cè)量中的應(yīng)用研究

李邱林，杜全維，董武鐘

(四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610016)

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Nova MS50創(chuàng)新全站掃描儀在高海拔光伏電廠地形測(cè)量中的應(yīng)用研究

李邱林，杜全維，董武鐘

(四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610016)

高海拔區(qū)域光伏電廠建設(shè)的過程中，地形圖是規(guī)劃設(shè)計(jì)及工程量計(jì)算所必需的基礎(chǔ)資料，快速獲取良好現(xiàn)勢(shì)性的地形圖，決定了工程的順利實(shí)施。結(jié)合親身工作實(shí)際，利用Nova MS50，針對(duì)某大型光伏電廠進(jìn)行了測(cè)圖實(shí)踐，并進(jìn)行了精度與作業(yè)效率分析，驗(yàn)證了其在工程實(shí)例應(yīng)用中的可行性，對(duì)測(cè)繪單位進(jìn)行特定條件下高海拔山區(qū)測(cè)量有一定的借鑒意義。

Nova MS50；掃描儀；高海拔；光伏電廠；地形測(cè)量

1 引 言

“十三五”期間我國(guó)在能源領(lǐng)域的工作重點(diǎn)和主要任務(wù)是，在保護(hù)生態(tài)的前提下積極發(fā)展水電，在確保安全的基礎(chǔ)上高效發(fā)展核電、大力發(fā)展新能源，加快能源工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐，努力提高清潔能源生產(chǎn)能力。光伏是可再生和清潔的能源，屬國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策支持的項(xiàng)目，開發(fā)太陽能符合國(guó)家環(huán)保、節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展政策,光伏電廠項(xiàng)目在未來一段時(shí)間將與日俱增。

光伏電廠建設(shè)的過程中，地形圖是規(guī)劃設(shè)計(jì)及工程量計(jì)算所必需的基礎(chǔ)資料，快速獲取良好現(xiàn)勢(shì)性的地形圖，決定了工程的順利實(shí)施。圖1是高海拔光伏電廠站址，測(cè)量區(qū)域大體地物單一、視野開闊，如果采用常規(guī)的測(cè)量方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，有沒有更好的手段能夠自動(dòng)快速地完成測(cè)量？在工程測(cè)繪領(lǐng)域，全數(shù)字航空攝影測(cè)量、機(jī)載激光雷達(dá)、CORS等技術(shù)的成熟，豐富了地形圖的獲取方式，但由于經(jīng)濟(jì)成本、地理位置因素，并未得到大范圍的推廣普及。Nova MS50創(chuàng)新全站掃描儀的出現(xiàn)，為地形圖的獲取方式提供了一種新的、快捷的、經(jīng)濟(jì)的途徑。MS50掃描距離可達(dá)1 000 m，設(shè)站后設(shè)定掃描區(qū)域，儀器自動(dòng)掃描，測(cè)量人員等著收儀器即可。本文筆者結(jié)合親身工作實(shí)際，利用Nova MS50，針對(duì)某大型光伏電廠進(jìn)行了測(cè)圖實(shí)踐，并進(jìn)行了精度與作業(yè)效率分析。

圖1 光伏電廠場(chǎng)地全貌Fig.1 The site panorama of PV Plant

2 Nova MS50全站掃描儀及測(cè)量精度

2.1 此儀器的優(yōu)勢(shì)

徠卡Nova MS50創(chuàng)新全站掃描儀是功能全面的革命性解決方案，它集成了高精度全站儀技術(shù)、高速3D掃描技術(shù)、高分辨率數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)以及超站儀技術(shù)等多項(xiàng)先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，能夠以多種方式獲得高精度的測(cè)量結(jié)果，應(yīng)用范圍得到了空前的擴(kuò)大。它有以下優(yōu)勢(shì)：

1)是全站儀有超越目前全站儀的新技術(shù)。

采用源自航天的WFD激光測(cè)距技術(shù)，測(cè)量精度高，免棱鏡測(cè)量距離高達(dá)2 000 m，測(cè)距速度提高了一倍。

2)是掃描儀有超越傳統(tǒng)掃描儀的高精度。

掃描速度最高可達(dá)1 000個(gè)點(diǎn)每秒，掃描距離可達(dá)1 000 m，100 m處點(diǎn)位精度可以達(dá)到0.8 mm的高精度。

3)是圖像測(cè)量系統(tǒng)有超越傳統(tǒng)圖像測(cè)量系統(tǒng)的高效率。

具有廣角相機(jī)和望遠(yuǎn)鏡相機(jī)，廣角相機(jī)市場(chǎng)廣闊，用于粗略照準(zhǔn)，定義掃描區(qū)域及拍攝全景圖，望遠(yuǎn)鏡相機(jī)具有自動(dòng)對(duì)焦功能，能實(shí)現(xiàn)快速精確照準(zhǔn)。

4)可作超站儀能實(shí)現(xiàn)無標(biāo)志創(chuàng)新測(cè)量模式。

能夠與徠卡GNSS組合成超站儀，進(jìn)行GNSS測(cè)量，實(shí)現(xiàn)MS50高站及定向，顛覆“先控制后碎步”的傳統(tǒng)測(cè)量模式。

圖2 MS50全站掃描儀Fig.2 MS50 total station scanner

2.2 此儀器誤差來源

Nova MS50全站掃描儀進(jìn)行地形測(cè)量的誤差來源與普通全站儀進(jìn)行地形測(cè)量的誤差來源一樣，其主要誤差來源有四方面[1-3]：

1)測(cè)角誤差：測(cè)角誤差包含儀器固定誤差如儀器三軸誤差、對(duì)中誤差及照準(zhǔn)誤差等。

2)測(cè)距誤差：測(cè)距誤差包含比例誤差、固定誤差和周期誤差，儀器的標(biāo)稱精度表達(dá)式為

mD=a+bD

式中：mD為測(cè)距中誤差(mm)；a為固定誤差(mm)；b為比例尺誤差系數(shù)(mm/km)；D為測(cè)距長(zhǎng)度(km)。

3)測(cè)角測(cè)距誤差對(duì)點(diǎn)位誤差的影響：根據(jù)工程測(cè)量規(guī)范，測(cè)點(diǎn)中誤差公式為

4)三角高程測(cè)量誤差：三角高程測(cè)量計(jì)算公式為

H=D×tanα+(1-k)D2/2R+I

式中：H為地形點(diǎn)高程(m)；D為水平距離(m)；α為高度角(°)；k為大氣折光系數(shù)；R為地球半徑(km)；I為測(cè)站高程加儀器高(m)。

由公式可得高程中誤差：

3 工程實(shí)例分析

某大型光伏電廠項(xiàng)目位于川西高原，站址總體呈西北走向，長(zhǎng)約1.5 km，寬約300～500 m，面積約4.0 km2，場(chǎng)地內(nèi)地勢(shì)總體西北高，東南低，高程4 150～4 230 m，地形坡度5°～10°，測(cè)區(qū)海拔高，植被稀少，土地類型為草地。為了說明Nova MS50在高海拔山區(qū)測(cè)圖的優(yōu)勢(shì)，從測(cè)量成果精度和測(cè)量效率兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

Nova MS50采用常規(guī)全站儀設(shè)站方式進(jìn)行架設(shè)定向，然后對(duì)掃描區(qū)域及間隔進(jìn)行設(shè)置，單人即可完成儀器操作。儀器掃描分為兩個(gè)步驟：首先拍攝全景圖，MS50自動(dòng)拍攝選擇的范圍，自動(dòng)將照片組合成全景圖，全景圖提供后期點(diǎn)云的RGB色彩信息；然后根據(jù)預(yù)設(shè)的間隔進(jìn)行掃描。部分通視條件不好的區(qū)域或者沒有測(cè)量數(shù)據(jù)的較遠(yuǎn)的點(diǎn)，無需更換設(shè)備，可以直接采用免棱鏡功能對(duì)未能直接掃描的低洼處和特征點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)[4]。

3.1 測(cè)量精度比較

在實(shí)際測(cè)圖過程中，作為比較，分別采用RTK(Leica GS15標(biāo)稱精度平面10 mm+1 ppm，垂直10 mm+1 ppm)和Nova MS50兩種方式進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)500多組，構(gòu)成一個(gè)大樣本數(shù)據(jù)。為了使數(shù)據(jù)精度分析具有高的可信度和統(tǒng)計(jì)意義，在這些樣本中隨機(jī)的抽取出20組用于統(tǒng)計(jì)比較。兩種方式測(cè)量結(jié)果的精度比較如表1所示。

由表1和圖3分析，在20組RTK和Nova MS50測(cè)量數(shù)據(jù)的點(diǎn)位精度，其點(diǎn)位差在8 mm到20 mm，高程差在2 mm到25 mm。

根據(jù)《數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品檢查驗(yàn)收規(guī)定和質(zhì)量評(píng)定規(guī)范(GB/T18316—2001)》對(duì)表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[5-7]。

平面精度采用公式：

式中：(Xi,Yi),(xi,yi)(單位m)分別為RTK和Nova MS50測(cè)量的平面坐標(biāo)；n為檢核點(diǎn)個(gè)數(shù)。

算得MS=14.28 mm，平面精度小于規(guī)范50 mm的要求。

高程精度采用公式：

式中：Hi和hi分別為RTK和Nova MS50測(cè)量的高程(m)；n為檢核點(diǎn)個(gè)數(shù)。

算得MH=16.51 mm，高程精度小于規(guī)范30 mm的要求。

由以上的數(shù)據(jù)分析可得，Nova MS50全站掃描儀測(cè)量的精度是可以滿足大比例尺地形圖測(cè)圖精度要求的，在實(shí)際測(cè)圖中可以采用Nova MS50全站掃描儀進(jìn)行地形測(cè)量。

表1 RTK與MS50測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比

注：表1中數(shù)據(jù)已經(jīng)過保密處理，但不影響數(shù)據(jù)分析

圖3 RTK與MS50數(shù)據(jù)較差值對(duì)比Fig.3 The comparison chart of data comparative difference between RTK and MS50

3.2 測(cè)量效率比較

在項(xiàng)目所在區(qū)域，選取相似區(qū)域400 m×400 m測(cè)量范圍，分別采用RTK和Nova MS50兩種方式測(cè)圖，其對(duì)比表格見表2。

由表2分析，在高海拔電廠地形測(cè)量中，MS50測(cè)圖不僅減少了人員、設(shè)備的投入，而且作業(yè)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于RTK。

表2 測(cè)圖效率比較

圖4 光伏電廠地形Fig.4 The topographic map of PV power plants

3.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)成圖

Nova MS50外業(yè)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，以固定格式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，利用南方CASS7.1成圖軟件展繪野外高程點(diǎn)，建立DTM，生成三角網(wǎng)，繪制等高線，編輯成圖。最終的光伏電廠地形圖和實(shí)地比對(duì)，吻合程度高，很好地反應(yīng)了實(shí)際地形(圖4)。

4 結(jié) 語

結(jié)合工程實(shí)踐，通過RTK與MS50全站儀測(cè)量成果精度與測(cè)圖效率的對(duì)比，MS50全站儀測(cè)量成果滿足規(guī)范中對(duì)大比例尺測(cè)圖的精度要求，證明MS50全站儀在高海拔山區(qū)進(jìn)行大比例尺測(cè)圖具有較強(qiáng)的優(yōu)越性，在地表裸露或植被稀少地區(qū)的數(shù)字化地形測(cè)量的工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于利用RTK進(jìn)行數(shù)字測(cè)圖，對(duì)測(cè)繪單位進(jìn)行特定條件下高海拔山區(qū)測(cè)量有一定的借鑒意義。隨著Nova MS50在測(cè)繪中逐漸被普遍使用，它的應(yīng)用領(lǐng)域值得人們進(jìn)行深入研究。

[1]張正祿.工程測(cè)量學(xué)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2005.

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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，高級(jí)工程師，主要從事工程測(cè)量方面的研究工作。E-mail:1060523669@qq.com

P217

A

2016-05-05