基于Trimble GNSS系统的输电线路塔基快速放样方法研究

马超　常增亮　李斌　高兴国　曲萌

摘  要：由于电力工程测绘的特殊性，部分GNSS厂商在GNSS系统软件适配方面无法完全满足电力工程测绘应用要求。本文针对Trimble GNSS系统在塔基放样方面的不完全适配问题，提出了一种新的解决方案，开发一个集极坐标法和累距偏距法为一体的塔基放样模块，不仅支持极坐标法和累距偏距法同时放样，而且能够根据设计数据自动计算当前位置所在耐张段的累距和偏距等放样参数，避免了计算和建线错误。经实地测试，该塔基放样模块在满足放样点精度的条件下，大大提高了塔基放样效率，并且满足日常使用的稳定性需要。

关键词：Trimble GNSS;输电线路;塔基放样;

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背景及意义

GNSS具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时功能，能为用户提供精密的三维坐标、速度和时间，目前已广泛应用于大地测量[1]、工程测量[2]、航空摄影测量[3]、海洋测绘[4]等领域。在电力工程测绘领域，GNSS-RTK相比传统光学仪器手段，能实时地得出所在位置的空间三维坐标，不受环境和距离限制，非常适合于地形条件困难地区[1]，能在保证测量精度的条件下能够有效提高作业效率。然而由于电力工程测绘的特殊性，部分GNSS厂商在GNSS系统软件适配方面无法完全满足电力工程测绘应用要求。线路与塔基放样是电力工程输电线路测绘的一项核心工作，而我院现有的若干Trimble GNSS设备仅能进行简单线路放样功能，对于复杂的转角塔、分支塔放样無法实现或需要现场间接计算，严重影响了塔基作业效率，并可能因计算错误而误放。目前许多有关电力工程塔基放样的研究主要集中在数据的后处理方面[5][6][7]，对于塔基放样的外业实施并没有有效改进。因此，为了提高塔基放样效率和准确率，本文基于Trimble GNSS系统研究一套输电线路工程塔基快速放样方法，并以手簿功能模块的形式加以实现。

2 塔基放样原理与方法

传统塔基放样一般采用经纬仪或全站仪进行，通过将仪器架设在塔位中心桩上，根据线路转角度数，计算出塔基A、B、C、D四腿或其他待定点的角度和距离，进行放样。直线塔（左）与转角塔（右）塔腿定义如图1所示。在特殊情况下，如特高压塔基放样，需要放样测量塔基8个方向，定义如图2所示。随着GPS的推广和应用，利用GPS-RTK技术进行塔基放样及塔基地形图测绘越来越普遍，放样方法主要包括极坐标法和半根开法，两种方法各有优势，适合在不同的场合下使用。

2.1 极坐标法

极坐标法是全站仪、经纬仪塔基放样的主要方法，在使用GPS-RTK进行塔基放样时，一般也采用这种方法。在进行塔基放样时，已知后、中、前三基塔位中心坐标或中、后两基塔坐标+前进方向方位角等条件，首先根据已知条件计算出中间塔基各塔腿的角度和距离，再利用GPS-RTK极坐标放样功能进行放样。该方法能够根据设计的跟开来放样任意直线塔和转角塔，但塔位调整时，需要现场重新计算角度和距离。只有部分厂商GNSS设备系统支持极坐标法塔基放样。

2.2 累距偏距法

累距偏距法是在使用GPS-RTK进行直线放样时一种常用的方法。在进行塔基放样时，已知后、中、前三基塔位中心坐标或中、后两基塔坐标+前进方向方位角等条件，首先根据已知条件计算出塔基直线方向点的坐标，再利用GPS-RTK直线放样功能放样累距和偏距（塔位中心累距为0）。该方法能够根据设计的半跟开来放样任意直线塔和转角塔，但塔位调整时，需要现场重新计算塔基直线方向点的坐标。目前大多数厂商GNSS设备系统都支持直线放样，只有通过计算出相应的放样参数，才可以实现累距偏距法进行塔基放样。

3 主要技術难题及解决方案

本文重点分析了Trimble GNSS系统的塔基放样功能及问题，通过在Trimble GNSS系统中增加相应模块，来解决这些问题。

3.1 转角塔塔基放样计算问题

无论是极坐标法还是累距偏距法，在放样转角塔塔基时都需要计算相应的放样参数。在塔位进行现场调整时，这些放样参数就需要重新现场计算，不仅影响塔基放样效率，而且可能会出现计算错误导致放样错误。

本文在放样模块中加入实时计算模块，能够根据已知条件的变化实时获取所需要的放样参数进行塔基放样，实现即改即放样。

3.2 转角塔放样建线问题

利用极坐标法进行放样时，需要设置初始角度方向，即在手簿建立一条从塔位中心指向小号侧塔位中心的线;累距偏距法放样时，实际上是直线放样，同样需要建线，并且当塔位出现调整时后，需要现场重新建线。手簿建线操作需要人为进行，建线操作需要反复检核，以免出现操作失误。

本文在放样模块中建立一个设计数据文本，文本内容如图3所示，包括起点累距、塔位坐标、塔类型、放样半径等。设计数据文本可以被GNSS手簿软件导入、导出、保存、编辑，如图4所示，例如支持增加、修改现场调整后的新塔位坐标。通过设计数据文本可以整体控制塔基放样，即从初始塔位到最终塔位建立一系列线，当使用GPS-RTK进行线路放样时，自动根据GPS位置实时计算当前位置所在整条线路的累距和偏距，再通过设定的放样半径，当距离塔位小于放样半径时，自动进入塔基放样界面进行塔基放样。

3.3 两种放样方法的适用性问题

目前Trimle GNSS系统仅支持累距偏距法进行塔基放样，适合根据半根开来放样塔腿的情况。而对于需要利用对角半跟开和角度来进行放样的情况，则无法进行。

本文通过设计数据文本实时计算当前点位所在耐张段的累距和偏距，同时计算出相应的角度和对角半跟开，并在塔基放样界面实时显示，并将各塔腿位置、塔基正方形、实时点位、塔位中心连线、距前后塔位距离等一并显示、如图5所示。在进行塔基放样时，这种方式会更加直观，放样更加方便。

4 实验测试

在塔基放样模块开发完成后，在工程现场进行了实地测试，包括放样精度与速度测试、模块稳定性测试。

4.1 放样精度与速度测试

本文利用两套Trimble GNSS设备进行放样，一套使用本文的塔基放样模块进行放样，另一套利用直线放样功能使用累距偏距法进行放样，共放样5个塔位塔腿位置和危险点，其中2个转角塔，3个直线塔。为了便于测试，测试由同一技术人员分两次进行，5个塔位均位于平坦地区，测试结果如下表所示。结果表明，本文开发的塔基放样模块在满足放样点精度的条件下，放样用时减少了约42%，大大提高了塔基放样效率。

4.2 模块稳定性测试

本文还对塔基放样模块进行了实地稳定性测试，确保在日常使用中不会出现影响放样工作的问题。本文对该模块在山区、平地进行线路测图、塔基放样等场景均进行了测试，测试时间不少于7天，结果表明，该模块在上述各种场景均表现良好，满足日常使用的稳定性需要。

5 结论

本文针对Trimble GNSS系统在塔基放样方面的不完全适配问题，提出了一种新的解决方案，开发一个集极坐标法和累距偏距法为一体的塔基放样模块，不仅支持极坐标法和累距偏距法同时放样，而且能够根据设计数据自动计算当前位置所在耐张段的累距和偏距等放样参数，避免了计算和建线错误。经实地测试，该塔基放样模块在满足放样点精度的条件下，大大提高了塔基放样效率，并且满足日常使用的稳定性需要。

参考文献

[1]  田晓振. GNSS在大地测量中的应用——RTCM解码[J]. 低碳世界，2016（7）：105-106.

[2]  曹中森. GPS-RTK技术在电力线路测量中的应用[J]. 江西建材，2017（18）：209-209.

[3]  柏春岚. GNSS/INS组合导航在航空摄影中的应用研究[J]. 北京测绘，2016（6）.

[4]  董江. 海洋测绘中GNSS差分定位的方法与精度[J]. 导航定位学报，2018，v.6;No.22（02）：115-119+131.

[5]  邓明阳. 高压架空送电线路塔基数据处理探讨——应用VBA程序实现塔基数据的自动处理[J]. 科学技术创新，2011（18）：61-61.

[6]  于周忠，侯瑞国，齐江. 线路终勘定位中塔基数据粗差自检方法研究[J]. 电力勘测设计，2017（s1）：238-240.

[7]  乐志豪. VB和VBA for AutoCAD编程在电力勘测塔基断面数据处理中的应用[J]. 测绘与空间地理信息，2012，35（7）：169-170.

作者简介：马超（1990-），男，汉族，山东枣庄滕州，硕士，工程师，研究方向：GNSS数据处理，目前从事电力工程测绘相关工作。