Trimble手持式實時動態(tài)差分技術在電網(wǎng)GIS空間信息采集中的應用

謝鋒珠

（山西煤炭職業(yè)技術學院,山西 太原 030006）

Trimble手持式實時動態(tài)差分技術在電網(wǎng)GIS空間信息采集中的應用

謝鋒珠

（山西煤炭職業(yè)技術學院,山西 太原 030006）

手持式實時動態(tài)差分技術是GPS應用的發(fā)展熱點之一,該技術目前已經(jīng)廣泛應用在電力、國土、水利、交通、農(nóng)林等諸多領域。以電力輸電線路信息化為例,重點介紹了以Trimble GEO XH手持實時動態(tài)差分技術為基礎建立起來的信息化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),在電網(wǎng)GIS空間信息數(shù)據(jù)采集過程中的具體應用。

手持式實時動態(tài)差分技術；GEO 6000XH；電網(wǎng)；GIS 空間信息采集

0 引言

上世紀90年代之后，陸續(xù)出現(xiàn)了以Trimble為代表的手持式實時動態(tài)差分技術RTK（Real -time Kinematic），它集成全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS （Global Navigation Satellite System）導航定位、無線通訊、移動計算機、測繪、GIS等多種技術， 提供移動定位、動態(tài)連續(xù)的空間框架等空間地理屬性信息服務[1]。Trimble GEO 6000XH手持RTK可以為數(shù)據(jù)采集不同的需要定制任意的數(shù)據(jù)詞典，徹底擺脫以往手工化調(diào)查使用筆和紙的羈絆。只要在記錄位置信息的同時輸入相應的屬性信息，就可以真正達到無紙化作業(yè)。

電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)GIS（Geographic Information System） 空間信息服務平臺（以下簡稱“電網(wǎng)GIS平臺”）是國家電網(wǎng)公司SG-ERP一體化平臺中的重要組成部分[2]。為滿足電網(wǎng)GIS平臺建設需要并提升電網(wǎng)GIS平臺圖形質(zhì)量，以及數(shù)據(jù)采集的進度，需要利用手持RTK進行電網(wǎng)設備地理空間數(shù)據(jù)和電網(wǎng)設備屬性數(shù)據(jù)的采集工作。

在電網(wǎng)設備地理空間數(shù)據(jù)和電網(wǎng)設備屬性數(shù)據(jù)的采集工作中，輸電線路數(shù)據(jù)采集在采集方式和采集數(shù)據(jù)方面最具有代表性，也是整個數(shù)據(jù)采集工作的重點。目前已有的采集方式多種多樣, 大多采用全站儀或者大地測量的RTK進行數(shù)據(jù)采集。但是都存在坐標采集和屬性信息采集脫節(jié)、設備不便攜帶、采集精度不夠、成本過高、采集成果處理方式繁瑣、數(shù)據(jù)結果檢查不嚴密等缺陷。

1 系統(tǒng)簡介

安徽省電力設計院采用連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務綜合系統(tǒng)CORS（Continuous Operational Reference System）的工作原理在全省建設若干個CORS 基站，它是通過通訊網(wǎng)絡把分布在全省范圍內(nèi)的永久性GNSS基準站連接起來，構成的新一代網(wǎng)絡化的電力信息連續(xù)采集系統(tǒng)[2]。

流動站使用Trimble手持RTK GEO 6000XH進行電力設備的數(shù)據(jù)采集。該設備定位精度可達1 cm，具有220個通道能同時接受GPS、GNSS、北斗和星基增強系統(tǒng)SBAS(Satellite-Based Augmentation System)，內(nèi)置3.5 G通訊模塊，500萬像素的自動對焦的數(shù)碼相機便于給設備拍照，同時具有激光測距功能，Windows Mobile 6.5 簡體全中文操作系統(tǒng)可以支持專業(yè)軟件的定制[3]。

采集軟件使用采用 Trimble的TerraSync（手持端軟件） +GPS Pathfinder Office（桌面端軟件）。針對該項目，設置特定的數(shù)據(jù)字典。

外業(yè)采集結果自查導入采用自主開發(fā)的軟件，嚴格核查外業(yè)采集數(shù)據(jù)，保證提交最終結果的準確性和完整性；優(yōu)化數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行壓縮和提取。

2 技術路線

2.1 數(shù)據(jù)采集的原則

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)GIS空間信息服務平臺數(shù)據(jù)準備工作建議》的要求，數(shù)據(jù)采集工作必須堅持以下原則。

a）完整性原則。綜合考慮發(fā)、輸、變、配電等各種類型數(shù)據(jù)的采集建設，確保電力數(shù)據(jù)建庫、管理的完整性；確保設備臺帳的關鍵字段信息（桿塔號、桿塔材質(zhì)、桿塔類型、所屬線路、運行狀態(tài)、運行單位、回路信息等屬性信息）必須完整。

b）準確性原則。電力設備地理空間位置的定位精度符合GPS測量精度要求；電網(wǎng)設備的隸屬關系、拓撲連接關系正確。精度誤差最大不超過±0.5 m。

2.2 電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)采集方式

Trimble 手持RTK GEO 6000XH連接CORS可以達到10 cm的實時精度。為了確保數(shù)據(jù)采集精度，在測量方式上采用多點擬合解算、線路整體擬合檢查的方式。

采用的測量方式有以下幾種。

a ）一點法。該方法比較簡單，測量人員只需要測量設備的中心坐標即可，但是該法局限性明顯，只能測量V形設備。

b）兩點法。該方法適用于測量門形設備。分別測量門形設備的兩至坐標，兩至連線求中點坐標即得到設備的中心點位坐標。

c）三點求方法。該方法適用于測量矩形或菱形設備。分別測量設備的三至坐標，內(nèi)業(yè)擬合矩形的幾何中心坐標即得設備的中心點位坐標。

d）四點法。該方法適用于規(guī)則矩形設備。測量出設備的四至坐標，內(nèi)業(yè)擬合矩形的幾何中心坐標即得設備的中心點位坐標。

e）雙方向法。該方法適用于無法直接測量設備四至坐標的情況。分別在設備四至的對角線延長線上選取4個點位，四點連線的交點即為設備的中心點位，如圖1所示。

圖1 雙方向圖法

f ) 三點畫圓法。該方法適用于測量圓柱形設備，例如鋼管桿或水泥桿。在設備的同心圓上選取3個點位，該3個點位的圓心坐標即為設備的中心點位坐標，如圖2所示。

圖2 三點畫圓法測量圓柱形設備

以上6種測量方式涵蓋了所有的現(xiàn)場極端情況和測量類型，只要使用以上6種測量方式，基本上可以采集到所有的桿塔坐標。

2.3 電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)采集流程

首先，建立完整的數(shù)據(jù)字典。使用GPS Pathfinder Office（桌面端軟件）+ TerraSync（手持端軟件）編輯適合該項目的數(shù)據(jù)字典。

編輯一個良好的數(shù)據(jù)字典，可以控制要素屬性的錄入，保證數(shù)據(jù)的完整性和唯一性，避免錯誤，降低外業(yè)采集人員的工作量。

然后，連接電力CORS系統(tǒng)。手持RTK利用內(nèi)置SIM卡，通過IP訪問CORS系統(tǒng)，自動地獲取經(jīng)過檢驗的GPS 觀測值(載波相位、偽距), 各種改正數(shù)、狀態(tài)信息等，實現(xiàn)實時差分。

手持RTK連接CORS系統(tǒng)如圖3所示。

3 數(shù)據(jù)采集

3.1 數(shù)據(jù)采集流程

由于電力數(shù)據(jù)的重要性和嚴密性，數(shù)據(jù)采集必須按照嚴格的采集流程執(zhí)行。

圖3 手持RTK連接圖

在完成電力設備空間信息采集的同時，進行屬性信息的現(xiàn)場記錄，并拍攝相應的電力設備照片，對外業(yè)采集的信息進行錄入，形成電子文檔，然后進行數(shù)據(jù)匯總，形成總的線路調(diào)查表，最后利用編寫的程序進行數(shù)據(jù)匯總，主要包括照片自動重命名、坐標轉(zhuǎn)換及導出標準數(shù)據(jù)模版等，最終生成提交成果數(shù)據(jù)。

整個采集流程如圖4所示。

圖4 空間數(shù)據(jù)采集流程圖

3.2 采集數(shù)據(jù)提交

該項目采集成果記錄提交格式為：以線路為文件夾，包含桿塔相片（存放原始的桿塔照片）、桿塔記錄（桿塔屬性表格）、桿塔坐標（采集原始點坐標文本文檔）3個文件或者文件夾。

3.3 數(shù)據(jù)完整性和準確性檢查

利用軟件，檢查屬性記錄、桿塔坐標、桿塔相片是否完善；照片時間和GPS測量時間是否對應；軟件檢查每個桿塔的每個原始坐標預估精度小于0.5；自身擬合精度小于0.5（根據(jù)測繪原理設置判斷條件）；前后擬合耐張段擬合直線每個桿塔偏離小于1 m；耐張桿塔距前后擬合直線交點小于1 m；其他檢核條件（轉(zhuǎn)角桿線路夾角不能小于90°、起止桿類型為耐張等）是否符合標準等，導出核查日志。

3.4 數(shù)據(jù)最終提交

數(shù)據(jù)優(yōu)化：在采集數(shù)據(jù)中，照片數(shù)據(jù)量非常大，在確認照片信息無誤后，使用軟件將照片統(tǒng)一改為低分辨率；軟件自動提取與桿塔有用的信息，刪除多余信息。

數(shù)據(jù)可視化：使用自主開發(fā)GIS軟件將輸電桿塔空間地理信息自動關聯(lián)，自動修改照片名稱，統(tǒng)一顯示在電力GIS系統(tǒng)中。

4 總結及展望

此次項目的順利完成，充分顯示了Trimble手持RTK 技術的發(fā)展應用給測量行業(yè)帶來的質(zhì)的飛躍，它不僅提高了測繪的速度與效率，而且還大大降低了測繪勞動強度和成本。

和之前的數(shù)據(jù)采集方式相比，這種采集方式具有以下優(yōu)點。

a）數(shù)據(jù)采集精度要求嚴格?，F(xiàn)場確保記錄的數(shù)據(jù)具有實時10～30 cm的精度，并且每個原始點測量時間都大于2 min，可在軟件中設置當預估精度大于30 cm時不能記錄。

b）在采集坐標信息的時候可以采集屬性信息。GPS Pathfinder Office（桌面端軟件）可建立特定的數(shù)據(jù)字典，可使用手持設備記錄需要的屬性信息；并且可將桿塔材質(zhì)、桿塔類型等屬性設置為下拉菜單項，方便規(guī)范屬性數(shù)據(jù)的記錄，數(shù)據(jù)導出方便。

c) 攜帶方便,便于操作。和以往的全站儀或者RTK不同，這種測量方式只需要攜帶手持設備1臺（若需要可攜帶專業(yè)相機1臺），軟件操作簡單，1人就可以進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，方便攜帶和保存。

d）數(shù)據(jù)提交簡單，檢查方式嚴格。以往的電力線路數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)檢查只能依靠人為查看和現(xiàn)場抽查，非常不嚴密。使用自主開發(fā)自查軟件，可通過多種判斷條件，對數(shù)據(jù)的真實性、準確性、完整性進行檢查。

e） 數(shù)據(jù)處理方式簡單， 對數(shù)據(jù)進行有效地優(yōu)化。需要將多余的原始數(shù)據(jù)刪除、修改相片名稱、數(shù)據(jù)匹配等，該系統(tǒng)使用軟件自動提取出相關數(shù)據(jù)、修改相片名稱、數(shù)據(jù)可視化等。后期數(shù)據(jù)處理相當簡單。

隨著技術的發(fā)展，手持RTK的精度越來越高，目前，最新的Trimble手持RTK GEO 6000XH（厘米版）連接基站已經(jīng)可以達到3 cm的實時精度。手持RTK技術已經(jīng)日趨成熟，很快就可以達到3cm以下的實時精度。

手持RTK產(chǎn)品可以為諸多領域如電力、國土、水利、林業(yè)、公安消防、測繪、國防等提供高精度的空間地理屬性采集。隨著技術的成熟，手持RTK產(chǎn)品將會為這些行業(yè)領域提供實時數(shù)據(jù)更新服務。外業(yè)人員在現(xiàn)場，就可以通過無線通訊技術對后臺的GIS數(shù)據(jù)進行更新。將極大地加快城市基礎地理信息的建設，為城市提供良好的建設和投資環(huán)境，從而給城市帶來不可估量的社會效益和經(jīng)濟效益。

[1] 張曉章, 唐勇. CORS系統(tǒng)及其在電力線路測量中的應用[J].水利水電快報，2011，31（6）:39-41.

[2] 張冉.CORS技術在電網(wǎng)信息采集中的具體應用[J].中國新技術新產(chǎn)品，2011（24）:28.

[3] 方浩天,彭樹標. 基于CORS的移動GIS采集系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代測繪，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

謝鋒珠（1972），男，山西陽泉人，2003年畢業(yè)于太原理工大學地理系信息專業(yè)，講師，從事地理信息系統(tǒng)教學工作。