电网设备数据采集技术与方法研究

王爱国，周学军

(1.武汉大学卫星导航定位技术研究中心，湖北 武汉 430072;2.河南省地质矿产勘查开发局测绘信息院，河南 郑州 450003;3.河南省遥感测绘院，河南 郑州 450003)

1 引 言

近些年来，地理信息系统(GIS)由于其强大的数据分析和空间分析能力已经在多个行业内得到应用。而电力系统中，许多设备都和空间信息密不可分，许多省市的电力部门已经或正在筹建GIS。为建立电力GIS 系统空间数据信息，多个省份已经开始进行电力数据的采集，而电网设备数据的采集是电力数据采集中很重要的一部分。本文将根据电网设备数据采集技术的具体特点，对电网设备数据采集的方法、技术和流程进行探讨和分析。

2 电网设备数据技术方法研究

2.1 数据采集要求

电网设备数据采集需要采集高压用户点和计量箱两个设备，采集的内容包括:

(1)空间数据:主要采集高压用户点和计量箱的空间位置信息。

(2)属性数据:包括用户的标识、名称、电源数目、变压器的台数、容量、用户编号、抄表段编号、线路名称等。

(3)照片数据:计量箱:楼房5 张照片包括:建筑物全貌照，楼号照，单元照，表箱照，条形码照片(条码必须清晰);如果是平房包括:建筑物全貌照，表箱照，条形码照片。高压用户点:全貌照，铭牌照两张照片。

对于计量箱数据采集，要求精度最大误差为1.5 m，且保证与周边相关参照物的相对地理位置正确;对于高压用户点，要求精度最大误差为1 m，且保证与周边相关参照物的相对地理位置正确。

2.2 数据采集方法

对于高压用户点，主要包括箱变、杆变、台变三种情况，如图1、图2、图3 等三种情况。针对这几种情况，可以采用单点法、两点法、三点法等测量方法。单点法使用于能直接测量得到变压器中心位置，如单杆上的变压器或双杆上的变压器可以直接测量中心位置的。两点法主要应用在双杆变压器上，直接测量线杆位置，通过求取中心点位坐标，来获取变压器位置。三点法可应用在杆变、箱变、台变等多种情况。

图1 箱变图

图2 杆变

图3 台变

图4:两点法(a)和三点法(b)示意图

两点法计算公式:设测量了点位A(xA，yA)，B(xB，yB)，则设备中心点G 的坐标计算公式为:

三点法计算公式为:设测量了点位A(xA，yA)，B(xB，yB)，C(xC，yC)则设备的坐标计算公式为:

2.3 电网设备数据采集流程图

电网设备数据采集之前必须制定好采集流程，在项目实施之前必须进行资料的收集。收集控制点信息，收集该项目区域的位置信息，进行技术设计，进行仪器设备的准备，同时对转换参数进行求定。对电网设备台账进行准备，查看设备台账是否完备，并按照台账准备好数据采集路线。确定作业方法和作业程序，根据收集到的相关资料，确定外业数据采集的方法，如采用CORS 网还是单基站法，是采用GNSS 法还是全站仪法。在外业采集数据期间，应按照确定的方案进行设备位置信息的采集，同时对设备进行相片的拍摄，同时对台账上的数据进行核对。采集后的数据应按照设计方案进行数据整理，即计算设备的空间位置坐标，并对求得的坐标进行坐标转换。对外业拍摄的照片还应进行整理，删去不合格的照片，并将照片和台账上设备信息进行对应。完成这些工作之后，还应对数据的质量进行检查，检查数据的完备性，正确性，逻辑性以及精度是否满足要求。成果的上交应按照规定上交台账、外业数据采集成果、照片成果、自检结果等。电网设备数据采集的流程图如图5 所示。

图5 电网设备数据采集流程图

3 坐标转换技术

在电网设备测量中，要求提交西安80 的直角坐标和CGCS2000 坐标系的经纬度坐标，这就需要进行坐标系统的转换。主要坐标变换有:①WGS84 到西安80 的转换;②西安80 至CGCS2000 的转换。同时为求取CGCS2000的大地经纬度坐标，还必须进行高斯投影的反算。

3.1 布尔萨七参数模型和参数计算

为求取七参数，必须利用至少三个点的坐标，且要求同时具有转换前后的两套坐标。如果多于三个点，可利用最小二乘法进行计算来求取参数。

在上式中，令:

则得:

当为等权观测时，转换参数的最小二乘解为:

按照式可以求取坐标转换的七参数，再利用七参数来转换电力设备测量点的坐标。

3.2 CGCS2000 坐标高斯投影反算

从3.1 中通过坐标转换得到CGCS2000 的平面直角坐标，要得到点位的大地经纬度坐标，还必须进行坐标的高斯投影反算。即从坐标x，y→B，L。其计算公式可利用下式来计算:

4 电网设备数据采集实践与测量系统开发

在山东某地电网设备数据采集项目生产中，我们采用了利用山东CORS 网RTK 作业来进行电网设备空间位置数据的采集，点位的采集主要利用单点法，两点法，三点法。单点法主要在杆变且能直接采集中心坐标的设备;两点法主要应用在杆变或台变中无法采集第三点坐标的情况;三点法应用比较广泛，无论是杆变、台变还是箱变都可以应用。采集后的坐标利用上述公式进行计算来获取。

在实践中，我们在利用两点法或三点法进行采集后，必须进行设备中心的计算，可以利用南方公司的CASS 软件进行展点，然后利用连线命令连接两点确定的直线，之后通过第三点作垂线来获取设备中心位置的坐标。然后将求定的坐标拷贝到台账上。将对应的坐标进行坐标转换来获取CGCS2000 的经纬度坐标，同时将对应的照片号填写到台账上。

由于每天都要采集60 个～90 个数据，每个设备的坐标都需要进行计算和照片的整理，内业数据整理工作量较大，为比较准确和快速地进行设备坐标计算和照片整理，我们编写了电力设备数据采集软件可以非常方便地进行坐标计算，并能按照对应的设备进行照片编号的自动提取，软件设计界面如图6 所示，该软件只需要在软件中按照顺序输入采集的三个点，前两个为直线点，第三点为垂线点，若为两点，只需输入两点即可，若为单点，只需输入单点。同样照片也直接输入序号即可自动提取照片号，若有多余的照片，先不要删去，等全部提取后再进行删除。

图6 电网设备数据采集软件界面

5 结论与展望

电网设备数据采集是电网GIS 系统建立的基础，数据质量的好坏也直接影响到今后GIS 的运行，对电网设备数据采集技术进行研究是非常关键的一步，它对设备数据采集起到至关重要的作用。同时随着GIS 技术的发展，在农业、林业、水利等部门都需要建立各自的GIS系统来为系统的发展提供基础地理信息服务，同时对部门的管理和规划发展起到推动作用。因此研究电网设备数据采集技术也将为其他相关设备数据采集的研究提供方法论，使数据采集的方法更具科学性。

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