架空输电线路交叉跨越测量方法探讨

文/朱庆贵 北京电力经济技术研究院 北京 100055

架空输电线路交叉跨越测量方法探讨

文/朱庆贵 北京电力经济技术研究院 北京 100055

作为输电线路规划设计﹑工程施工与竣工验收的关键依据，交叉跨越测量的成果质量与数据精度起到至关重要的影响，其数据资料可表征出输电线路最终交叉跨越间距，客观体现出输电线路的成果质量，与输电线路工程造价﹑项目稳定运营密切相关。本文拟从交叉跨越测量方法入手，探究不同测量环境下的线路数据采集方式，并结合GPS﹑经纬仪与全站仪等测绘手段，提出了多种数据测量方式，并对其适用条件﹑应用要点等进行了细致分析，为相关工程实践提供理论参考。

激光测距；竖角交会；两点辅助；前方交会；坐标解析；免棱镜测距；交叉跨越测量

交叉跨越测量是输电线路工程设计﹑施工﹑竣工等环节重要的测量环节，交叉跨越测量成果是反映输电线路对交叉跨越物的最终交叉跨越距离，它直接影响输电线路工程的质量﹑工程造价及运行安全。本文针对跨越通信﹑电力与杆塔设施等物体时的架空输电线路交叉跨越测绘方法，进行经验剖析与技术总结，并将其测绘手段与测量原理汇总如下，以为类似工程实践提供参考依据。

1、手持激光测距仪法

近年来伴随激光测距技术的进步发展，以喜利得PD32﹑PD42等型号的手持激光测距仪逐步兴起并迅速推广应用，其测量流程为：测绘者站立于线路方向和交叉跨越物竖面交叉垂直投影点（如图1）P上，线路与交叉跨越物的交点P'，同时测定P'点与仪器间的距离，结合测距仪与地面点间距i，即求得地面点P与交点P'间距h=h'+i，为保证测绘的精度﹑排除粗差影响，应进行多测回采集求均值。手持激光测距仪法现场操作简单﹑方便﹑快捷，在交叉跨越测量工作中工作效率高，常用于测量10kV以下等级的电力线高度﹑房屋高度﹑杆塔下横担的高度等。

图1

2、悬高测量法

如图2为悬高测量原理图，其中A为线路方向上的测站点，P与P'分别为线路与交叉跨越物竖面﹑线路竖面与交叉跨越物的交点，其求解公式如下：

其中：i为仪器高﹑v为棱镜高。

悬高测量法在交叉跨越测量工作中应用广泛，且精度较高。在各种型号全站仪上一般都有悬高测量的功能，现场可直接求得hPP'。实际工作中通过变换测站对交叉跨越成果进行校核。

针对P点可到达立尺的情况，适用悬高测量方法求解输电线路高程参数，若P点不易立尺观测，则不宜采用该方法，同时在大风天气或交叉跨越电力线摆动较大时应停止测量，此时交叉跨越测量成果精度较差。

图2

3、竖角交会法

交叉跨越测量过程中，对类似图2中P点无法立尺观测或地形条件较为复杂的情况，可采用竖角交会测量的方法，测定架空输电线路交叉跨越时的相关物理参数，根据测站点与交叉跨越物间的相对位置关系分为以下两类情况：

3.1 测站点在交叉交叉跨越物两侧

如图3所示，Z1﹑Z2为线路方向上的点，P为线路方向与交叉跨越物竖面的交点，P'为交叉跨越物与线路竖面的交点。在Z1﹑Z2分别架设全站仪，在Z1处测得垂直角α1，在Z2测垂直角α2，Z1﹑Z2之间的平距D等于Z2的里程减去Z1的里程或通过坐标反算取得。

图3

于是推得：

3.2 测站点在交叉交叉跨越物同侧

Z1﹑Z2在电力线的同一侧时，如图4，可推得：D2=D1―D

图4

从观测条件上分析，竖角交会测量法适用于以下几类情形：

（1）架空输电线路与交叉跨越物竖面交叉点位于大面积水域中；

（2）架空输电线路与交叉跨越物竖面交叉点位于山谷等不易到达﹑交通不便的地区；

（3）通过测量手段对处于高山头之间的低矮山头或构筑物高度进行估测分析的情形。

在使用竖角交会测量法时，应从如下方面引起注意：

（1）在正常情况下，因竖角平面内交会角过小或过大，尽量不使用此类测量方法。

（2）当观测条件不稳定，出现跨越输电线大幅风摆情况时，应待风摆较小再行观测或仅测定固定构筑物（杆塔）高度。

（3）从降低垂直角或俯仰角的理念出发，应根据现场观测环境，来测绘输电线路线高桩距较大的情形。

竖角交会测量方法，因操作程序较为繁琐﹑定位精度易受观测条件影响等因素，在架空输电线路交叉跨越测量中应用频率较低，但针对终堪定位校验核准﹑地形条件复杂的低矮山头测绘，以及高压输电线路航片外业调绘等特殊情形，采用竖角交会测量方法可在一定程度上降低外业劳动强度﹑节约数据采集时间成本，同时在实际应用中，该类方法一般应用Excel电子表格或卡西欧可编程计算器进行公示或程序预设，提升外业数据解算的工作效率。

4、两点辅助法

与竖角交会法类似，针对P点无法立尺观测或地形条件较为复杂的情况，可采用两点辅助法进行线路元素测定。

4.1 A﹑B在线路异侧

如图5所示，J﹑Z为线路上的点，A﹑B是交叉跨越物下的地面点，A﹑B在线路异侧。在J点架设全站仪对准A﹑B ，测得水平角β﹑β0，平距D1﹑D2。在JZ方向上测得垂直角α。

在△JBA中，

图5

β4为线路方向与交叉交叉跨越物的交叉角。

4.2 A﹑B在线路同侧

如图6所示，J﹑Z为线路上的点，A﹑B是交叉跨越物下的地面点，A﹑B在线路同侧。在J点架设全站仪对准A﹑B ，测得水平角β﹑β0，平距D1﹑D2。在JZ方向上测得垂直角α。

图6

在△JBA中

在△JPA中

β4为线路方向与电力线的交叉角。

此类两点辅助测量，宜应用于如下条件：

（1） 线路与交叉跨越物竖面的交叉点，投影处于人力难以到达的面状水域时；

（2） 线路与交叉跨越物竖面的交叉点，投影处于类似杆塔﹑房屋等构建物时。

此类两点辅助法在工程应用时，应注意以下问题：

（1）常规外业测量时，应使线路方向与电力线的交叉角β4处于适中角度区间，不可过小或过大。

（2）当观测条件不稳定，出现跨越输电线大幅风摆情况时，应待风摆较小再行观测。

（3）A﹑B位于线路方向同侧情况下时，＞ 。

5、前方交会法

当线路杆塔处于大面积水塘或其它不易到达的观测环境时，可尝试采用前方交会的形式求解架空输电线路交叉跨越测量的杆塔高度与顶部高程数据。

如图7，FF'为线路方向，B为杆顶点，D为杆根基点，D'为D点在水平面上的投影。B点﹑D点﹑D'点在一条铅垂线上。在一般情况下A为线路方向上的已知点，在现场合适位置选择一点C，利用动态GPS（RTK）求得C点的平面坐标和高程。已知A点（XA，YA，HA），C点（ XC，YC，HC），利用距离公式，求得D。也可在现场利用A点实测求得平距D和HC。在A点架设全站仪照准B点﹑C点测得水平角β1和垂直角α1；在C点架设全站仪照准B点﹑A点测得水平角β2和垂直角α2。

在三角形ACD′中，β3＝180°－β1－β2

根据A点观测数据，可求解出：HB'=HA+iA+D1tgα1

根据C点观测数据，可求解出：HB''=HC+iC+D2tgα2

同理，采用本方式，可求解出双杆基面高程HD，进而求得双杆高度h＝HB-HD

从观测条件上分析，竖角交会测量法适用于以下几类情形：

（1）当杆塔位于鱼塘﹑大面积水域等中间；

（2）测定高耸构筑物垂直高度与顶部高程数据时，如避雷针与水塔等构筑物。

图7

6 、坐标解析法（GPS辅助法）

6.1 如图8 在线路测量过程中，FF'为线路方向，P点为交叉跨越物竖面与线路的交点，P'为线路竖面与交叉跨越物的交点，其中A﹑B为交叉跨越物下对应的地面点，在实际工作中，可利用GPS(RTK)测得A（XA，YA，HA）﹑B （ XB，YB，HB），进而采用TSC3手簿中的几何计算功能可计算出FF'与AB的交点P（XP，YP），再根据TSC3手簿反算出平距DFP。

交叉角β＝方位角αAB－方位角αFF'

在F点架设全站仪，对准线路方向点F'为前视，测得P'点的垂直角α。

则P'点的高程为 HP'＝HF+i+DFP·tgα

坐标解析法（GPS辅助法）的适用情况：线路与交叉跨越物竖面交叉点位于大面积水域中。

坐标解析法（GPS辅助法）工程应用中，应注意如下问题：

（1）常规外业观测中，应使线路方向与电力线交叉角β4处于适中区间，不可过小或过大。

（2）当观测条件不稳定，出现跨越输电线大幅风摆情况时，应待风摆较小再行观测。

图8

6.2 当线路方向与交叉跨越物交叉角较小时，如图9，在城南500kV线路交叉跨越测量过程中，线路方向与榆芦一二220kV线路交叉角只有10°13'，而且P点周围是厂房。在测量现场，P（XP，YP，HP）点可用GPS(RTK)测得。在电力线方向上测量一点A（XA，YA， HA）。利用TSC1手簿几何计算出方向线PC'，其 PC'⊥PA。利用GPS(RTK)在PC'方向线上在实地选择测量两点C（XC，YC，HC）﹑D（XD，YD，HD），C点与D点相互通视，在C点设全站仪以D为前视测量P'点垂直角α。利用TSC3手簿反算出平距DCP。

图9

在C点架设全站仪，以D点为前视方向，测得P'点垂直角α。

针对P点处于人力难以到达﹑不易开展接触式观测的条件下，此时采用GPS（RTK）观测与TS3手簿计算功能，通过采集到的部分数据观测元素，进而求解计算P点三维坐标与P'高程数据。

7、免棱镜测距全站仪

随着免棱镜测距全站仪出现，使交叉跨越测量变得简﹑其应用也更广泛。伴随光电测距技术的日益成熟，以Leica TS06﹑TS11为代表的相位式免棱镜测程可达300m以上，且测距﹑量角与坐标解算的精度相对较高。由于竖角交会法﹑前方交会法与GPS辅助法观测流程较为繁琐﹑数据量相对较多，在难以开展接触式测量的部分区域，可直接采用免棱镜全站仪观测的形式，根据已知控制点或参照点，高效﹑精准﹑便捷的采集线路横担﹑杆塔顶端平面与高程数据信息，其观测原理如图10所示：

图10

S为仪器中心到P'的距离， 为仪器高。

免棱镜全站仪进行数据采集的适用条件为：

1.采集交叉跨越物﹑杆塔横担平面坐标或高程数据时。

2.采集变电站内部架构﹑避雷针等构筑物平面坐标或高程数据时。

结束语：

交叉跨越测量成果的质量决定着架空输电线路平断面图的质量，因此交叉跨越测量变得非常重要。伴随现代光电测绘﹑GNSS差分定位技术的发展，传统测绘仪器在数据采集方式与数据处理流程方面发生深刻变革，同时随着交叉跨越测量理论的不断创新与充实，未来交叉跨越输电线路测量的作业流程将更为简单便捷，数据观测的精度也必将得到极大提升。

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[2]陈鸿兴.架空送电线路中交叉跨越的测量方法[J].云南电力技术,2007，(02).

[3]肖东坡.交叉跨越距离的测量在线路运行中的应用[J].河南电力,2006，(02).

[4]钱红健.特殊地形下线路交跨距离的测量与计算[J].中国新技术新产品,2012，(24).

朱庆贵（1976-），男，工程师，毕业于石家庄经济学院工程测量与勘测专业，现就职于北京电力经济技术研究院勘测室，从事架空输电线路测量工作。