謝鋒珠

（山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 太原 030006）

Trimble手持式實(shí)時(shí)動態(tài)差分技術(shù)在電網(wǎng)GIS空間信息采集中的應(yīng)用

謝鋒珠

（山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 太原 030006）

手持式實(shí)時(shí)動態(tài)差分技術(shù)是GPS應(yīng)用的發(fā)展熱點(diǎn)之一,該技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電力、國土、水利、交通、農(nóng)林等諸多領(lǐng)域。以電力輸電線路信息化為例,重點(diǎn)介紹了以Trimble GEO XH手持實(shí)時(shí)動態(tài)差分技術(shù)為基礎(chǔ)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(yīng)用。

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

0 引言

上世紀(jì)90年代之后，陸續(xù)出現(xiàn)了以Trimble為代表的手持式實(shí)時(shí)動態(tài)差分技術(shù)RTK（Real -time Kinematic），它集成全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS （Global Navigation Satellite System）導(dǎo)航定位、無線通訊、移動計(jì)算機(jī)、測繪、GIS等多種技術(shù)， 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(wù)[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(shí)輸入相應(yīng)的屬性信息，就可以真正達(dá)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(wù)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(shè)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(jìn)度，需要利用手持RTK進(jìn)行電網(wǎng)設(shè)備地理空間數(shù)據(jù)和電網(wǎng)設(shè)備屬性數(shù)據(jù)的采集工作。

在電網(wǎng)設(shè)備地理空間數(shù)據(jù)和電網(wǎng)設(shè)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(gè)數(shù)據(jù)采集工作的重點(diǎn)。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(jìn)行數(shù)據(jù)采集。但是都存在坐標(biāo)采集和屬性信息采集脫節(jié)、設(shè)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(jié)果檢查不嚴(yán)密等缺陷。

1 系統(tǒng)簡介

安徽省電力設(shè)計(jì)院采用連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)CORS（Continuous Operational Reference System）的工作原理在全省建設(shè)若干個(gè)CORS 基站，它是通過通訊網(wǎng)絡(luò)把分布在全省范圍內(nèi)的永久性GNSS基準(zhǔn)站連接起來，構(gòu)成的新一代網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行電力設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。該設(shè)備定位精度可達(dá)1 cm，具有220個(gè)通道能同時(shí)接受GPS、GNSS、北斗和星基增強(qiáng)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(jī)便于給設(shè)備拍照，同時(shí)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(xiàng)目，設(shè)置特定的數(shù)據(jù)字典。

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

2 技術(shù)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(wù)平臺數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作建議》的要求，數(shù)據(jù)采集工作必須堅(jiān)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(shè)，確保電力數(shù)據(jù)建庫、管理的完整性；確保設(shè)備臺帳的關(guān)鍵字段信息（桿塔號、桿塔材質(zhì)、桿塔類型、所屬線路、運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行單位、回路信息等屬性信息）必須完整。

b）準(zhǔn)確性原則。電力設(shè)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(shè)備的隸屬關(guān)系、拓?fù)溥B接關(guān)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(dá)到10 cm的實(shí)時(shí)精度。為了確保數(shù)據(jù)采集精度，在測量方式上采用多點(diǎn)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(diǎn)法。該方法比較簡單，測量人員只需要測量設(shè)備的中心坐標(biāo)即可，但是該法局限性明顯，只能測量V形設(shè)備。

b）兩點(diǎn)法。該方法適用于測量門形設(shè)備。分別測量門形設(shè)備的兩至坐標(biāo)，兩至連線求中點(diǎn)坐標(biāo)即得到設(shè)備的中心點(diǎn)位坐標(biāo)。

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

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

e）雙方向法。該方法適用于無法直接測量設(shè)備四至坐標(biāo)的情況。分別在設(shè)備四至的對角線延長線上選取4個(gè)點(diǎn)位，四點(diǎn)連線的交點(diǎn)即為設(shè)備的中心點(diǎn)位，如圖1所示。

圖1 雙方向圖法

f ) 三點(diǎn)畫圓法。該方法適用于測量圓柱形設(shè)備，例如鋼管桿或水泥桿。在設(shè)備的同心圓上選取3個(gè)點(diǎn)位，該3個(gè)點(diǎn)位的圓心坐標(biāo)即為設(shè)備的中心點(diǎn)位坐標(biāo)，如圖2所示。

圖2 三點(diǎn)畫圓法測量圓柱形設(shè)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(biāo)。

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(xiàng)目的數(shù)據(jù)字典。

編輯一個(gè)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(cuò)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(yàn)的GPS 觀測值(載波相位、偽距), 各種改正數(shù)、狀態(tài)信息等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(yán)密性，數(shù)據(jù)采集必須按照嚴(yán)格的采集流程執(zhí)行。

圖3 手持RTK連接圖

在完成電力設(shè)備空間信息采集的同時(shí)，進(jìn)行屬性信息的現(xiàn)場記錄，并拍攝相應(yīng)的電力設(shè)備照片，對外業(yè)采集的信息進(jìn)行錄入，形成電子文檔，然后進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，主要包括照片自動重命名、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模版等，最終生成提交成果數(shù)據(jù)。

整個(gè)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(xiàng)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(biāo)（采集原始點(diǎn)坐標(biāo)文本文檔）3個(gè)文件或者文件夾。

3.3 數(shù)據(jù)完整性和準(zhǔn)確性檢查

利用軟件，檢查屬性記錄、桿塔坐標(biāo)、桿塔相片是否完善；照片時(shí)間和GPS測量時(shí)間是否對應(yīng)；軟件檢查每個(gè)桿塔的每個(gè)原始坐標(biāo)預(yù)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(shè)置判斷條件）；前后擬合耐張段擬合直線每個(gè)桿塔偏離小于1 m；耐張桿塔距前后擬合直線交點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)等，導(dǎo)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(rèn)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(guān)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(jié)及展望

此次項(xiàng)目的順利完成，充分顯示了Trimble手持RTK 技術(shù)的發(fā)展應(yīng)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(qiáng)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(diǎn)。

a）數(shù)據(jù)采集精度要求嚴(yán)格?，F(xiàn)場確保記錄的數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)10～30 cm的精度，并且每個(gè)原始點(diǎn)測量時(shí)間都大于2 min，可在軟件中設(shè)置當(dāng)預(yù)估精度大于30 cm時(shí)不能記錄。

b）在采集坐標(biāo)信息的時(shí)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(shè)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(shè)置為下拉菜單項(xiàng)，方便規(guī)范屬性數(shù)據(jù)的記錄，數(shù)據(jù)導(dǎo)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(shè)備1臺（若需要可攜帶專業(yè)相機(jī)1臺），軟件操作簡單，1人就可以進(jìn)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(yán)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(yán)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(shí)性、準(zhǔn)確性、完整性進(jìn)行檢查。

e） 數(shù)據(jù)處理方式簡單， 對數(shù)據(jù)進(jìn)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(guān)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(dāng)簡單。

隨著技術(shù)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(dá)到3 cm的實(shí)時(shí)精度。手持RTK技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，很快就可以達(dá)到3cm以下的實(shí)時(shí)精度。

手持RTK產(chǎn)品可以為諸多領(lǐng)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(shù)的成熟，手持RTK產(chǎn)品將會為這些行業(yè)領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新服務(wù)。外業(yè)人員在現(xiàn)場，就可以通過無線通訊技術(shù)對后臺的GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。將極大地加快城市基礎(chǔ)地理信息的建設(shè)，為城市提供良好的建設(shè)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(jì)效益。

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

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

[3] 方浩天,彭樹標(biāo). 基于CORS的移動GIS采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)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(xué)地理系信息專業(yè)，講師，從事地理信息系統(tǒng)教學(xué)工作。