三维测绘和RTK定位在电缆隧道防外破中的应用

国网重庆市电力公司检修分公司 李政泽 苏高参 杨海龙 严 宵 盛 健 中海石油宁波大榭石化有限公司 郑 飞

由于城市结构的复杂性，日益增多的高压电缆面临着恶劣的电力设施外部运行环境。据统计，外力破坏隐患已成为引起电缆线路故障停运的主要诱因之一。外力破坏隐患对电缆造成的影响分成两种。一是直接影响，大型机械开挖、钻孔等作业，导致电缆隧道被破坏，电缆受损甚至主绝缘击穿跳闸。二是间接影响，当外力破坏短时间内不直接接触电缆隧道及电缆，但长期、周期性的对其造成潜在威胁。重物堆砌、倾倒危化品，大型机械施工引起电缆长时间振动而导致主绝缘结构疲劳损伤等，都可能引发电力事故[1]。

重庆地处山城，由于其特殊的地理环境，部分电缆隧道存在埋设深、高落差、长下坡、大转弯等特点。电缆运行人员无法对辖区内每一条电缆隧道的具体位置都清楚地掌握。当遇有外力破坏隐患时，常常因为常规手段测量盲区的存在，导致在处理外力破坏隐患时不能快速有效的与施工单位进行交涉。本文针对目前存在的这一问题，提出对应的解决措施，方便外力破坏隐患工作的处理，提高电缆运行可靠性。

1 三维测绘与RTK 定位技术原理

1.1 三维测绘技术

三维测绘作为一种兴起的测量技术，被广泛应用于各种领域。三维测绘[2]是通过扫描仪发射高频激光脉冲，然后测量每一个高频激光脉冲从发出到经被测量体表面反射回到设备所需要的时间差来计算出各个点的距离，可以大面积、高分辨率地快速获取测量体表面各个点的坐标系（x，y，z），进而形成点云图，再经过相关数据处理得到需要的测绘数据和图形。

相较于一般的测绘技术，三维测绘有以下优点：直接获取观测点三维绝对位置，不需要通视，有利于施工现场的测量控制[3]；可以实时计算并且显示三维位移；受外界影响小，可全天候、长时间连续进行高采样率观测；对原有测量控制系统可以进行独立检核。

对于电缆隧道而言，普通的测量方法很难满足隧道内设备众多，复杂环境条件下精确测量的要求。而三维测绘技术可以很好地解决这一问题，通过激光扫描，不受电缆隧道内环境的影响，便可以得到隧道及内部设备的各项位置数据。

1.2 RTK 定位技术

电缆隧道由于深埋地下，绝大部分地区无法直接进行精确测量。传统的定位方法大多采用在隧道外选定基准点，之后在隧道内使用经纬仪等仪器，测量隧道的走向及长度等。这种方法不仅费工费时，要求点间通视，而且精度分布不均匀，常规的GPS静态测量、快速静态、伪动态方法，在外业测设过程中不能实时知道定位精度。如果测设完成后，发现精度不合要求，还必须返测。

RTK 定位[4]是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。RTK 定位通过将一台接收机放置于基准站上，另一台或多台接收机放置于移动站上，基准站和移动站接收同一时间、同一GNSS 卫星发射过来的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GNSS 差分改正值，然后将这个改正值通过数据链及时传递给移动站，移动站精化其GNSS 观测值，从而得到经差分改正后移动站较准确的实时位置。

这项技术对于已有相关测量数据基础的地下隧道定位而言，不仅使用方便而且精度高，对于提升电缆运行管理水平可以起到良好的效果。

2 三维测绘及RTK 定位技术在防外力破坏隐患中的应用

2.1 技术应用

国网重庆公司检修分公司针对重庆地区电缆隧道以隧道形式为主、隧道走向多变、高低落差大的特点，对电缆隧道开展三维测绘工作，以得到详细的电缆隧道位置等信息。

2.1.1 三维测绘

首先采集扫描仪的基准点，由于电缆隧道位于地下，定位设备无法精确获得隧道内地理坐标，需通过定位地面的出入口、通风井，再通过激光垂直射入电缆隧道，获取扫描仪基准点的准确坐标[5]。进一步采用高精度三维激光扫描设备对电缆隧道进行扫描，从而获取隧道内部的全面细部信息。后期处理得到电缆隧道三维模型和基准点坐标系。

2.1.2 RTK 定位技术

三维测绘获取的基准点坐标和RTK 定位接收机定位的坐标有一定偏差，因此在隧道定位前需合理选择不少于2处基准点进行点校准，将定位坐标手动修改成基准点坐标，得到最精确的定位，误差可控制在几厘米内。RTK 移动手薄界面可实时显示接收机与电缆隧道在地面相对位置的水平距离，和隧道顶部到接收机的垂直距离。如图1所示。

图1 接收机与电缆隧道距离示意图

2.2 实际案例

2.2.1 案例一

目前三维测绘与RTK 定位技术已用于重庆某220kV 电缆隧道。该隧道有6回220kV、4回110kV高压电缆，担负着江北片区部分大型商圈、政府、学校等重要场所的供电任务。同时，该隧道沿线存在诸多外力破坏隐患，市政建设、轻轨站施工等，一旦线路发生外破故障跳闸，会造成巨大的经济损失和严重的社会负面影响。在没有三维测绘数据和未使用RTK 定位技术时，电缆运行人员对电缆隧道的具体位置无法精确定位，在处理外力破坏隐患过程中常常处于被动。因此电缆运行人员对该隧道开展三维测绘和RTK 定位，重新设置标桩，准确掌握电缆隧道全线具体位置。

为验证定位的准确性，电缆运行人员在电缆隧道两侧选取10个点，用卷尺测量各个点接收机到隧道外壁的水平距离和到隧道顶部的垂直距离（接收机离地面高度固定为1.6m），对比RTK 定位测量结果，判断其误差范围是否合理。测试结果如表1、表2所示。

表1 水平距离测试结果

表2 垂直距离测试结果

两组测试结果表明，RTK 定位下数据偏差均在厘米级，该误差不影响电缆运行人员对外力破坏隐患的处理，符合现场实际要求。

2.2.2 案例二

2021年5月某一天，电缆运行人员对辖区内某电缆隧道进行地面巡视时，发现一起因行车道下方排污水管破裂，需在人行道修建临时行车道路的外力破坏隐患，通过地面标桩判断预修临时道路在隧道保护区范围内。由于施工单位要使用机械设备对路面进行开挖，深度3.5米，电缆运行人员经前期三维模型资料和现场RTK 定位得到该处电缆隧道埋设深度为10米，不排除上方机械施工对电缆隧道及电缆造成破坏的可能性。电缆运行人员结合现场施工图纸和定位结果与施工单位进行交涉，要求其必须委托专业机构出具检测报告，并在施工区域采取相应保护措施后方可开工，整个外力破坏隐患处理时间不超过10分钟。

相比在无隧道定位的条件下，三维测绘和RTK定位技术能大大提高外力破坏隐患的处理效率。电缆运行人员能快速掌握每一段电缆隧道的具体位置，现场外力破坏隐患处理能用准确的数据作为支撑，有效防止外力破坏隐患事故，提升电缆专业化管理水平。

3 结语

如何防外力破坏隐患一直是高压电缆专业亟待解决的一项难题。三维测绘和RTK 定位技术是十分有效的一种方式，目前该技术已在重庆主城区域部分电缆隧道中开始应用，对于保护电缆隧道结构完整性，提升电缆运行可靠性有很大的帮助。该技术在应用过程中有以下两点需注意：

三维测绘是该项技术应用的基础。三维测绘数据成果应在电缆隧道土建部分竣工验收时作为验收资料的一部分移交电缆运行管理部门，但该部分资料缺失时，会导致该项工作被忽略或推迟。建议电缆运行管理部门应在可行性研究审查会上确定电缆隧道三维测绘项目是否列入计划，费用是否列支；中间验收环节应督促建管单位提前委托有资质的单位在土建部分竣工时开展三维测绘；竣工验收资料应要求建管单位提供三维测绘数据成果。

目前三维测绘只适用于电缆隧道中，当遇到人员无法进入的电缆沟或排管段，该项工作将不能进行，导致出现定位盲区。如何解决这一问题，下一步将继续研究。