三維測繪和RTK定位在電纜隧道防外破中的應用

國網重慶市電力公司檢修分公司 李政澤 蘇高參 楊海龍 嚴 宵 盛 健 中海石油寧波大榭石化有限公司 鄭 飛

由于城市結構的復雜性，日益增多的高壓電纜面臨著惡劣的電力設施外部運行環境。據統計，外力破壞隱患已成為引起電纜線路故障停運的主要誘因之一。外力破壞隱患對電纜造成的影響分成兩種。一是直接影響，大型機械開挖、鉆孔等作業，導致電纜隧道被破壞，電纜受損甚至主絕緣擊穿跳閘。二是間接影響，當外力破壞短時間內不直接接觸電纜隧道及電纜，但長期、周期性的對其造成潛在威脅。重物堆砌、傾倒?；罚笮蜋C械施工引起電纜長時間振動而導致主絕緣結構疲勞損傷等，都可能引發電力事故[1]。

重慶地處山城，由于其特殊的地理環境，部分電纜隧道存在埋設深、高落差、長下坡、大轉彎等特點。電纜運行人員無法對轄區內每一條電纜隧道的具體位置都清楚地掌握。當遇有外力破壞隱患時，常常因為常規手段測量盲區的存在，導致在處理外力破壞隱患時不能快速有效的與施工單位進行交涉。本文針對目前存在的這一問題，提出對應的解決措施，方便外力破壞隱患工作的處理，提高電纜運行可靠性。

1 三維測繪與RTK 定位技術原理

1.1 三維測繪技術

三維測繪作為一種興起的測量技術，被廣泛應用于各種領域。三維測繪[2]是通過掃描儀發射高頻激光脈沖，然后測量每一個高頻激光脈沖從發出到經被測量體表面反射回到設備所需要的時間差來計算出各個點的距離，可以大面積、高分辨率地快速獲取測量體表面各個點的坐標系（x，y，z），進而形成點云圖，再經過相關數據處理得到需要的測繪數據和圖形。

相較于一般的測繪技術，三維測繪有以下優點：直接獲取觀測點三維絕對位置，不需要通視，有利于施工現場的測量控制[3]；可以實時計算并且顯示三維位移；受外界影響小，可全天候、長時間連續進行高采樣率觀測；對原有測量控制系統可以進行獨立檢核。

對于電纜隧道而言，普通的測量方法很難滿足隧道內設備眾多，復雜環境條件下精確測量的要求。而三維測繪技術可以很好地解決這一問題，通過激光掃描，不受電纜隧道內環境的影響，便可以得到隧道及內部設備的各項位置數據。

1.2 RTK 定位技術

電纜隧道由于深埋地下，絕大部分地區無法直接進行精確測量。傳統的定位方法大多采用在隧道外選定基準點，之后在隧道內使用經緯儀等儀器，測量隧道的走向及長度等。這種方法不僅費工費時，要求點間通視，而且精度分布不均勻，常規的GPS靜態測量、快速靜態、偽動態方法，在外業測設過程中不能實時知道定位精度。如果測設完成后，發現精度不合要求，還必須返測。

RTK 定位[4]是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并達到厘米級精度。RTK 定位通過將一臺接收機放置于基準站上，另一臺或多臺接收機放置于移動站上，基準站和移動站接收同一時間、同一GNSS 衛星發射過來的信號，基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得到GNSS 差分改正值，然后將這個改正值通過數據鏈及時傳遞給移動站，移動站精化其GNSS 觀測值，從而得到經差分改正后移動站較準確的實時位置。

這項技術對于已有相關測量數據基礎的地下隧道定位而言，不僅使用方便而且精度高，對于提升電纜運行管理水平可以起到良好的效果。

2 三維測繪及RTK 定位技術在防外力破壞隱患中的應用

2.1 技術應用

國網重慶公司檢修分公司針對重慶地區電纜隧道以隧道形式為主、隧道走向多變、高低落差大的特點，對電纜隧道開展三維測繪工作，以得到詳細的電纜隧道位置等信息。

2.1.1 三維測繪

首先采集掃描儀的基準點，由于電纜隧道位于地下，定位設備無法精確獲得隧道內地理坐標，需通過定位地面的出入口、通風井，再通過激光垂直射入電纜隧道，獲取掃描儀基準點的準確坐標[5]。進一步采用高精度三維激光掃描設備對電纜隧道進行掃描，從而獲取隧道內部的全面細部信息。后期處理得到電纜隧道三維模型和基準點坐標系。

2.1.2 RTK 定位技術

三維測繪獲取的基準點坐標和RTK 定位接收機定位的坐標有一定偏差，因此在隧道定位前需合理選擇不少于2處基準點進行點校準，將定位坐標手動修改成基準點坐標，得到最精確的定位，誤差可控制在幾厘米內。RTK 移動手薄界面可實時顯示接收機與電纜隧道在地面相對位置的水平距離，和隧道頂部到接收機的垂直距離。如圖1所示。

圖1 接收機與電纜隧道距離示意圖

2.2 實際案例

2.2.1 案例一

目前三維測繪與RTK 定位技術已用于重慶某220kV 電纜隧道。該隧道有6回220kV、4回110kV高壓電纜，擔負著江北片區部分大型商圈、政府、學校等重要場所的供電任務。同時，該隧道沿線存在諸多外力破壞隱患，市政建設、輕軌站施工等，一旦線路發生外破故障跳閘，會造成巨大的經濟損失和嚴重的社會負面影響。在沒有三維測繪數據和未使用RTK 定位技術時，電纜運行人員對電纜隧道的具體位置無法精確定位，在處理外力破壞隱患過程中常常處于被動。因此電纜運行人員對該隧道開展三維測繪和RTK 定位，重新設置標樁，準確掌握電纜隧道全線具體位置。

為驗證定位的準確性，電纜運行人員在電纜隧道兩側選取10個點，用卷尺測量各個點接收機到隧道外壁的水平距離和到隧道頂部的垂直距離（接收機離地面高度固定為1.6m），對比RTK 定位測量結果，判斷其誤差范圍是否合理。測試結果如表1、表2所示。

表1 水平距離測試結果

表2 垂直距離測試結果

兩組測試結果表明，RTK 定位下數據偏差均在厘米級，該誤差不影響電纜運行人員對外力破壞隱患的處理，符合現場實際要求。

2.2.2 案例二

2021年5月某一天，電纜運行人員對轄區內某電纜隧道進行地面巡視時，發現一起因行車道下方排污水管破裂，需在人行道修建臨時行車道路的外力破壞隱患，通過地面標樁判斷預修臨時道路在隧道保護區范圍內。由于施工單位要使用機械設備對路面進行開挖，深度3.5米，電纜運行人員經前期三維模型資料和現場RTK 定位得到該處電纜隧道埋設深度為10米，不排除上方機械施工對電纜隧道及電纜造成破壞的可能性。電纜運行人員結合現場施工圖紙和定位結果與施工單位進行交涉，要求其必須委托專業機構出具檢測報告，并在施工區域采取相應保護措施后方可開工，整個外力破壞隱患處理時間不超過10分鐘。

相比在無隧道定位的條件下，三維測繪和RTK定位技術能大大提高外力破壞隱患的處理效率。電纜運行人員能快速掌握每一段電纜隧道的具體位置，現場外力破壞隱患處理能用準確的數據作為支撐，有效防止外力破壞隱患事故，提升電纜專業化管理水平。

3 結語

如何防外力破壞隱患一直是高壓電纜專業亟待解決的一項難題。三維測繪和RTK 定位技術是十分有效的一種方式，目前該技術已在重慶主城區域部分電纜隧道中開始應用，對于保護電纜隧道結構完整性，提升電纜運行可靠性有很大的幫助。該技術在應用過程中有以下兩點需注意：

三維測繪是該項技術應用的基礎。三維測繪數據成果應在電纜隧道土建部分竣工驗收時作為驗收資料的一部分移交電纜運行管理部門，但該部分資料缺失時，會導致該項工作被忽略或推遲。建議電纜運行管理部門應在可行性研究審查會上確定電纜隧道三維測繪項目是否列入計劃，費用是否列支；中間驗收環節應督促建管單位提前委托有資質的單位在土建部分竣工時開展三維測繪；竣工驗收資料應要求建管單位提供三維測繪數據成果。

目前三維測繪只適用于電纜隧道中，當遇到人員無法進入的電纜溝或排管段，該項工作將不能進行，導致出現定位盲區。如何解決這一問題，下一步將繼續研究。