基于Trimble GNSS系統(tǒng)的輸電線路塔基快速放樣方法研究

馬超　常增亮　李斌　高興國　曲萌

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用要求。本文針對Trimble GNSS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：Trimble GNSS;輸電線路;塔基放樣;

Research on Fast Lofting Method of Transmission Line Tower Foundation Based on Trimble GNSS System

MA Chao，GAO Xing-guo

Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Co.，Ltd.，Jinan 250013

ABSTRACT：Due to the particularity of power engineering surveying and mapping，some GNSS manufacturers can not fully meet the application requirements of power engineering surveying and mapping in software adaptation of GNSS system. Aiming at the problem of incomplete adaptation of Trimble GNSS system in tower base lofting，a new solution is proposed. A tower base lofting module is developed，which integrates polar coordinate method and cumulative offset method. It not only supports both polar coordinate method and cumulative offset method，but also automatically calculates the current situation according to the design data. The setting-out parameters such as cumulative distance and offset of the tension section where the position is located avoid errors in calculation and line-building. Field tests show that the tower base lofting module can greatly improve the efficiency of tower base lofting and meet the stability requirements of daily use under the condition of satisfying the accuracy of lofting points.

Key words：Trimble GNSS;Transmission line;Tower base setting-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Trimble GNSS設(shè)備僅能進行簡單線路放樣功能，對于復雜的轉(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Trimble GNSS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Trimble GNSS系統(tǒng)的塔基放樣功能及問題，通過在Trimble GNSS系統(tǒng)中增加相應模塊，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手簿軟件導入、導出、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，當使用GPS-RTK進行線路放樣時，自動根據(jù)GPS位置實時計算當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Trimle GNSS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)文本實時計算當前點位所在耐張段的累距和偏距，同時計算出相應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Trimble GNSS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，滿足日常使用的穩(wěn)定性需要。

5 結(jié)論

本文針對Trimble GNSS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。

參考文獻

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作者簡介：馬超（1990-），男，漢族，山東棗莊滕州，碩士，工程師，研究方向：GNSS數(shù)據(jù)處理，目前從事電力工程測繪相關(guān)工作。