基于移动GIS与RTK定位的架空输电线路勘测方法

摘 要：为提高架空输电线路勘测数据的准确性与可靠性，支持电力系统的规划与设计工作，本文采用移动GIS与RTK定位技术，对架空输电线路勘测方法进行深入研究。建立基准站，为RTK定位提供稳定的基准信号。设置移动站，与基准站建立通信连接，接收来自基准站的差分信号。在此基础上，利用GIS移动设备采集架空输电线路数据，全方位勘测架空输电线路，基于RTK定位原理，削弱勘测误差产生的影响。试验结果表明，应用该方法后，线路桩位勘测误差不超过0.04 m，显著提升了勘测精度，为电力系统的规划与设计提供数据支持。

关键词：移动GIS；RTK定位；架空输电线路；勘测

中图分类号：TM 72" " " " " 文献标志码：A

架空输电线路勘测涉及地形地貌、地质条件和气象环境等多个方面，具有复杂性和多样性。传统的勘测方法多数采用文献[1]、文献[2]方法提出的原理设计而成，虽然研究已经逐步完善，但是在实际应用中仍然存在一定不足。文献[1]提出的方法使用无人机LiDAR进行测量，仪器在测量过程中稍微发生变动就可能导致测量结果与实际存在很大偏差，测量精度降低。文献[2]提出的方法采用短基线集干涉测量法进行时序分析，对输电线路区域进行勘测，当面对地形复杂、线路长的区域时，工作量会增加，导致勘测效率降低。

移动GIS技术具有实时获取、处理和分析地理空间信息的优势，将该技术应用于架空输电线路勘测中可以对线路沿线地形进行快速采集和精确分析，为线路规划提供可靠的数据支持[3]。RTK技术是一种高精度的定位技术，差分处理可以消除卫星信号传播过程中的误差，定位精度达到厘米级甚至毫米级，提高了勘测数据的精度和可靠性[4]。将移动GIS与RTK技术相结合，能够对勘测数据进行实时传输和处理，为线路规划和施工提供支持。本文对基于移动GIS与RTK定位的架空输电线路勘测方法进行研究。

1 架空输电线路勘测方法研究

1.1 建立基准站

在架空输电线路勘测中，建立基准站是保证后续RTK定位精度的关键步骤。收集架空输电线路可能经过地区的地形图、已有的平面和高程控制点资料、线路两端变电站的位置以及进出线回路数等相关信息。根据这些资料在线路附近选择基准点。优先选择视野开阔、无遮挡以及远离电磁干扰源的地点[5]。评估选定地点的地面状况，保证地面平整、稳定，便于安装设备。使用喷漆在选定的基准点位置做好标记[6]。将全站仪的望远镜对准基准点的大致方向，瞄准基准点的反射棱镜，测量基准点，获取基准点至全站仪的水平距离、垂直距离以及方位角，得到其大致坐标。选定RTK基准站设备，其性能参数见表1。

按照以上参数选择性能稳定、定位精度高的基准站设备。将RTK基准站设备运至基准点，保证天线竖直、稳固，并与接收机连接良好，连接电源。等待基准站设备接收卫星信号，当基准站设备接收足够的卫星信号并稳定工作后，固定基准站的坐标[7]。使用测量仪器对基准站进行测量，获取其准确坐标。将测量得到的准确坐标输入基准站设备中，完成坐标固定。采用以上流程可以保证基准站的建立准确、可靠，为后续RTK定位提供稳定的基准信号。

1.2 设置移动站

架空输电线路勘测基准站建立完毕后，设置移动站，其能够精确接收基准站发送的差分信号，并实时进行位置修正，保证定位数据的精准度。利用数据线连接移动站设备与手簿，打开手簿中的相关RTK测量软件。在软件中找到“移动站设置”选项，点击进入。根据实际使用的通信方式（例如电台、网络等）选择相应的差分数据链类型。根据实际线路勘测需求选择移动站的工作模式，包括静态采集与动态测量2种[8]。与基准站建立连接，设置移动站与基准站之间的通信参数，见表2。根据表2对移动站的通信参数进行设置，保证其与基准站之间有效连接。点击“应用”按钮，启动移动站，观察移动站设备中的状态指示灯，保证正常接收差分数据。

1.3 基于移动GIS采集架空输电线路数据

为保证移动GIS设备高效支持ArcGIS Collector软件运行，选择具备卓越处理器速度、充足内存、高分辨率屏幕以及持久电池续航能力的设备。从官方渠道下载ArcGIS Collector软件并安装。根据架空输电线路的详细设计图纸和相关资料，对软件进行精确配置，包括设定合适的坐标系、投影方式以及数据格式。在地图中标记线路的起点、终点以及关键节点，并详细记录线路的总长度、杆塔类型、高度以及精确的经纬度坐标等信息。基于移动GIS的架空输电线路数据采集流程如图1所示。

将获取的设计图纸导入移动GIS软件中，使用软件的导入功能加载至项目中，利用移动GIS设备的GPS定位功能确定当前位置。根据设计图纸和线路走向创建1个新的线路图层，在软件中规划采集路径，进行导航。到达杆塔位置后，使用移动GIS设备记录杆塔的编号、类型、高度和经纬度等信息。拍照记录杆塔的外观、附件和环境等详细信息，并将照片与杆塔信息关联。沿着线路走向前进，使用移动GIS设备记录线路的轨迹。在关键点（例如转角点、跨越点等）处停留，记录相关信息。记录线路周边的环境特征，例如地形、植被、障碍物以及影响线路安全运行的潜在风险点。在移动GIS设备中对采集的数据进行初步整理，分类并命名照片，检查数据的完整性和准确性。将移动GIS设备中的数据导出为Shapefile格式，保证导出的数据包括所有必要的字段和信息。完成以上流程，可以利用移动GIS设备有效地采集架空输电线路数据，提高数据采集的效率和准确性。

1.4 基于RTK定位的架空输电线路勘测

基于移动GIS的架空输电线路数据采集完毕后，利用RTK定位原理对架空输电线路进行全方位勘测。根据线路设计的总长度、地形复杂程度以及预期的勘测精度精心选择勘测控制点的位置。这些控制点通常位于易于到达且视线开阔的地方，以便后续进行测量工作。在确定控制点位置后，进行埋石标记，保证控制点的稳定性，防止在后续工作中发生位移，然后布设三角网，其是由多个三角形构成的测量网络，用于测量控制点的坐标。精确测量每个三角形的边长和角度，可以得到控制点的平面坐标。当构建三角网时，需要注意三角形的形状和大小，保证网络的稳定性和精度。构建线路的平面控制网后，利用RTK技术进行动态测量。RTK技术实时接收卫星信号和地面基准站的差分数据，能够实时计算测量点的三维坐标。使用水准仪，对控制点进行高程测量，测量原理如图2所示。

在图2中，共有A已知点、B未知点2个点，hA、hB分别为2个点对应的高程。在A、B 2个点所在位置分别布设竖直的水准尺，设置其底部为0。将水准仪架设在2个点之间，缓慢转动水准仪，照准前后水准尺，将水准仪的水平视线投射至水准尺中，获取水准尺前后尺读数[9]。计算A、B 2个点的高程差，得到控制点高程，如公式（1）所示。

hAB=a-b " " " " " " "（1）

式中：a为前尺读数；b为后尺读数。根据线路路径和地形特点，选择垂直于线路方向的断面线位置。沿选定的断面线设置一定数量的断面点，分别测量每个断面点的高程。根据断面点的测量数据绘制线路断面图，反映地形起伏、坡度变化等关键信息。整理现场记录的测量数据，形成规范的测量数据表。在这个基础上利用RTK技术对架空输电线路勘测数据进行整理。RTK技术运用载波相位差分方法获取厘米级的高精度坐标。在这个过程中，参考站不仅进行同步观测，还将其观测值和自身的坐标信息利用高效的数据通信链路实时传输至流动站。接收这些数据后，流动站将其与自身的观测数据进行差分解算，实时得到准确的坐标位置。RTK技术的基本双差相位勘测方程如公式（2）所示。

∆∆δrs ij=（∆∆ρrs ij+∆∆Mrs ij-∆∆Irs ij+∆∆Prs ij）+∆∆Urs ij+∆∆γrs ij

（2）

式中：δrs ij为基准站r和移动站s之间对卫星i和卫星j的载波相位双差观测值；ϕij为载波波长； ρrs ij为几何距离双差值；M rs ij

为整周模糊度双差值；Irs ij为观测噪声和其他未模型化误差的

双差值；Prs ij为卫星轨道误差；Urs ij为勘测模糊度；γrs ij为勘测过程中存在的噪声。使用公式（2）能够削弱架空输电线路部分勘测误差的影响，提高勘测结果的准确性与可靠性。

2 试验分析

2.1 试验准备

试验样本对象为1条规划中的高压架空输电线路，该线路是连接2个重要电力枢纽的关键通道，对区域电力供应来说作用十分重要。线路全长约为50 km，沿途包括山地、丘陵、平原、河流以及湖泊等多种地形。线路起点位于1座大型发电站附近，终点接入城市电网的主干线路。线路经过多个村落、农田、工业区以及自然保护区，地形起伏较大，不仅有众多山丘、沟壑需要跨越，还需要避开河流、湖泊等水域以及建筑物和其他基础设施。

根据试验样本的实际情况，选取与其适配度较高的试验设备，每种设备都具备特定的规格参数和功能，见表3。表3中的设备共同构成了试验环境的核心配置，为架空输电线路的勘测工作提供了强有力的支持。根据线路起点和终点，结合地形地貌、障碍物等因素，初步规划线路走向和桩位位置。利用GIS软件绘制线路草图，并导出相关数据。将移动GIS设备和RTK设备充电并校准，保证设备状态良好。采集架空输电线路桩位数据，包括每个桩位的经纬度坐标和高程数据，见表4。

使用GIS数据处理软件对桩位数据进行整合和分析，生成详细的线路地形图和三维模型，为架空输电线路勘测路径的优化提供重要依据。在这个基础上应用上文提出的方法进行输电线路勘测试验。

2.2 勘测结果分析

选择具有代表性的架空输电线路段，分别采用文献[2]提出的勘测方法、文献[3]提出的勘测方法和本文提出的基于移动GIS与RTK定位的勘测方法进行实地勘测。保证3种方法的勘测范围、线路长度和地形条件等基本相同，以进行公平对比。按照上述勘测路线分别使用3种方法进行架空输电线路桩位定位，整理勘测数据，对比架空输电线路勘测定位误差，结果见表5。

由对比结果可知，使用本文勘测方法得到的高程勘测精度更高，勘测误差不超过0.04 m，使用本文方法能够更准确地确定桩位的高程，勘测效果最佳。

3 结语

本文提出的基于移动GIS与RTK定位的架空输电线路勘测方法结合现代地理信息技术和定位技术，对架空输电线路沿线地形进行准确勘测。这种方法在对线路施工过程进行监控与管理方面应用价值也很高，能够有效保障施工质量达标和施工安全，保证项目顺利进行。该方法在对多源数据的高效融合与处理方面仍然面临一些挑战和问题。因此，在未来需要进一步探索和完善该方法的技术细节和应用场景，不断进行技术创新，为电力系统的规划与设计提供更加高效、精准的勘测服务，推动电力行业的技术进步和发展。

参考文献

[1]郑滨雁，高士虎，祖为国，等.基于无人机LiDAR的输电线路勘测设计应用研究[J].电力勘测设计，2023（10）：36-41.

[2]贺鸣，樊柱军，段毅，等.基于短基线集干涉测量时序分析技术的煤矿采空区输电线路勘测选线[J].电力勘测设计，2023（7）：66-71.

[3]吴墨非，柏晓路，吴高波，等.±1500kV特高压直流输电线路导线选型研究[J].电力勘测设计，2023（6）：23-30.

[4]祖为国，谭金石.基于激光雷达的架空线路交叉跨越测量及安全距离分析[J].智能城市，2022，8（10）：28-30.

[5]吕严兵，方毛林.无人机航测数据在架空输电线路三维设计中的应用[J].电力勘测设计，2021（10）：62-66.

[6]卢诗华，孙密，谢景海，等.基于深度自编码器的数字化输电线路地形特征提取方法研究[J].电测与仪表，2021，58（7）：89-96.

[7]谢景海，姜宇，卢诗华，等.基于云平台三维数字化输电线路路径规划方法[J].电测与仪表，2021，58（6）：61-67.

[8]叶保璇，王康坚，余盛达，等.基于边-云协同的输电线路综合在线监测系统[J].机电工程技术，2020，49（11）：73-75.

[9]王麒，殷铭，杨富磊，等.输电线路检修现场三维安全距离预警系统[J].机电工程技术，2020，49（6）：7-9，39.