CN102279407A

CN102279407A - 一种矫正输电线路杆塔gps的方法

Info

Publication number: CN102279407A
Application number: CN2011101837378A
Authority: CN
Inventors: 原玮; 刘红伟; 马富龙
Original assignee: Henan Power Transmission and Transformation Construction Co Ltd
Current assignee: Henan Power Transmission And Distribution Project Co Ltd; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: CN102279407B

Abstract

本发明涉及一种矫正输电线路杆塔GPS的方法。本发明一方面可以利用地理信息平台软件将人工测量的杆塔的GPS数据进行筛选，筛选出的相对准确的数据利用公式计算计算出其他被剔除的杆塔的GPS数据；另一方面，本发明可以直接得到尚未测量的杆塔的GPS数据。本发明可以简单快捷的批量计算与矫正输电线路杆塔的GPS数据，提高了工作效率，并且准确可靠。

Description

一种矫正输电线路杆塔GPS的方法

技术领域

本发明涉及一种矫正输电线路杆塔GPS的方法。

背景技术

近年来，随着GIS技术在电力行业的深化应用，输电线路杆塔的GPS数据作为必备资料受到了越来越多的关注，然而各类电力运维单位需要投入大量的人力、物力对其进行测量，才能建立电力地理信息系统。

测量杆塔GPS数据，行业内通用的办法是派遣工作人员，持GPS定位仪前往各基杆塔进行逐一测量，并将数据记录后上报汇总。该方法存在以下不足：

1.耗费巨大，耗时长久。以某省超高压局为例，截止2010年12月底，共管辖13000余基杆塔，这些杆塔绝大多数远离居民区，交通不便，工作人员一般选择步行到位，平原地区两人一组，每天最多测量20基，全部测量完毕至少需要1300人/天，再加上山区、泥沼地形，考虑车辆油耗等费用，工作成本极其高昂。

2.受工作人员责任心、专业素养制约，数据准确性得不到保证。由于输电杆塔往往地处偏远、道路不通、到位不易的地方，工作人员在缺乏监督的情况下，受责任心、专业素养所致，往往会得到大量的错误数据。以下是常见的几类问题：

（1）杆塔GPS缺失。某条线路中间断性的缺失几处杆塔的GPS坐标，原因可能是工作人员偷懒未到位或操作不熟练导致数据丢失等；

（2）杆塔GPS错位。某条线路中的某区段若干连续杆塔的GPS坐标发生错位，原因可能是工作人员操作失误导致数据记录错误；

（3）杆塔GPS偏离。某条线路中的某基杆塔GPS相对实际位置偏离100~1000米，原因可能是工作人员偷懒未到位，在据塔位较远的道路上测量的了一个虚假数据；

（4）杆塔GPS错误。某条线路的某基杆塔位置与实际情况偏差较大，达数百公里，原因可能是测量设备故障或工作人员记录有误；

（5）杆塔GPS重合。某条线路中有2处乃至更多的杆塔的GPS数据完全一致，发生重合，原因可能是工作人员偷懒未到位，使用相邻杆塔的GPS数据代替需测杆塔的数据；

以上种种问题的根本原因在于工作量过大，无法建立合适的监督、检查机制，导致结果数据正误参半，相互混淆，无法满足实际使用的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种矫正输电线路杆塔GPS的方法，能够快速、方便、准确地矫正输电线路杆塔的GPS数据。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种矫正输电线路杆塔GPS的方法，所述方法包括下列步骤：

（1）取任意两基杆塔的GPS数据，将所述任意两基杆塔的GPS数据转换成大地坐标；

（2）利用杆塔明细表中的数据建立平面直角坐标系；

（3）取与第（1）步中相同两基杆塔的平面直角坐标，与转换成大地坐标的所述两基杆塔的数据进行比较得到偏移角；

（4）得到偏移角后，通过有限元法得到所有杆塔的GPS数据。

所述第（1）步中所取的任意两基杆塔的GPS数据为首尾两基杆塔的GPS数据；第（3）步中所取的与第（1）步中相同两基杆塔的平面直角坐标为首尾两基杆塔的平面直角坐标。

在矫正之前，先利用地理信息平台软件，将已测量的杆塔的GPS数据与杆塔明细表中的杆塔的GPS数据通过图形判定法筛选出绝对正确的杆塔GPS数据，以筛选出的杆塔GPS数据作为新的一组数据进行上述矫正。

所述杆塔的GPS数据转换成大地坐标的方法是：

（1）利用公式

Figure 2011101837378100002DEST_PATH_IMAGE001

得到转换的大地坐标的X轴坐标；

（2）利用公式

得到转换的大地坐标的Y轴坐标；

在上述两式中：

S(B)为子午弧线长：

为椭圆体参数：

；

N为卯酉圈曲率半径：

Figure 2011101837378100002DEST_PATH_IMAGE007

；

辅助变量：

；

e为第一偏心率：

；

a为椭圆体长半轴：

；

f为椭圆体扁率：

；

L₀为中央子午线经度：

；

B、L分别为所矫正杆塔的纬度和经度；

K为高斯-UTM中央经线长度比：。

所述杆塔明细表中的数据转换成平面直角坐标中的坐标的方法是：利用公式和

得到平面直角坐标系中的坐标。

所述利用首尾两基杆塔的大地坐标和平面直角坐标求得任意两基杆塔偏移角的方法是：根据公式

算出偏移角。

所述求得两相邻杆塔在UTM大地投影坐标系中X轴和Y轴的偏差的方法是：根据公式

推算出两相连杆塔在UTM大地投影坐标系中的X轴和Y轴偏差

与。

利用有限元法得到所有杆塔GPS数据的方法是，利用公式

求得所有杆塔的GPS数据。

一种矫正输电线路杆塔GPS的方法，该方法包括下列步骤：

（1）以转角处的杆塔为分界点将杆塔分成若干段；

（2）每段测量首尾两基杆塔的GPS数据；

（3）计算出所有杆塔的GPS数据。

所述矫正所有杆塔GPS数据的方法是：利用公式

计算出输电线路所有杆塔的GPS数据。所述利用首尾两基杆塔的大地坐标和平面直角坐标求得任意两基杆塔偏移角的方法是：根据公式

算出偏移角。

推算出两相连杆塔在UTM大地投影坐标系中的X轴和Y轴偏差

与

。

利用有限元法得到所有杆塔GPS数据的方法是，利用公式

求得所有杆塔的GPS数据。

一种矫正输电线路杆塔GPS的方法，该方法包括下列步骤：

（1）以转角处的杆塔为分界点将杆塔分成若干段；

（2）每段测量首尾两基杆塔的GPS数据；

（3）计算出所有杆塔的GPS数据。

所述矫正所有杆塔GPS数据的方法是：利用公式

计算出输电线路所有杆塔的GPS数据。

采用以上技术方案可以达到如下的技术效果：

本发明采用了杆塔GPS矫正的方法实现了如下的功能：对已完成GPS测量的线路，可对其GPS数据进行核对、校正，最终得到真实可靠的数据，避免重复测量增加工作量。而对于未进行测量的杆塔的GPS数据，可以值测量部分杆塔的GPS数据即可利用软件计算出所有的杆塔的GPS数据。

附图说明

图1是本发明一个实施例的流程图；

图2是本发明另一个实施例的流程图。

具体实施方式

如图1所示：本发明是将测量数据和杆塔明细表提供的准确数据都标记在公用地理信息平台软件上，运用GPS图形判定法，依照杆塔明细表中的转角、档距、交叉跨越等信息，剔除明显的错位、偏离、错误及重合数据，同时查找缺失GPS数据的塔位。

将人工已测量的杆塔的GPS与施工单位提供的杆塔明细表利用地理信息平台软件通过图形判定法进行比较，剔除不正确的数据，得到相对正确的数据，在相对正确的数据中以绝对正确的杆塔的GPS数据为分界点进行分段，取每段中任意两基杆塔的GPS数据，而实际工作中为了减小计算误差，通常取每段中首尾两基杆塔的GPS数据，并利用公式转换将这两基的GPS数据转换成大地坐标。而根据施工单位提供的杆塔明细表可以建立一个平面直角坐标系，同样取上述两基杆塔的平面坐标，并与已转化成大地坐标的这两基杆塔的GPS数据相比较，得到一个偏移角，然后利用有限元法，从筛选出的绝对正确的杆塔GPS数据中第一个杆塔的GPS数据以有限元法就可以得到所有杆塔的GPS数据。

具体杆塔GPS的矫正方法是：1、将测量的所有杆塔的GPS数据标记到地理信息平台的软件上，形成直观的地图，每个杆塔的位置都可以在图中得到。而施工单位给出的杆塔明细表上具体给出了每一基杆塔的杆塔型号、呼称高、相连两杆塔之间的档距以及各杆塔的转角度数等信息，可以对比杆塔明细表中的信息找出相对正确的杆塔GPS数据。

2、以变电站为原点，以变电站至1#杆塔的线路走径为X轴为正方向，建立一个平面直角坐标系。设编号为N的塔位为点T_N（X_N、Y_N），T_N-1与T_N的档距为d_N，在T_N处的转角度数为Δα_N，则可由公式（1）计算的得到向量

……………………………………………（1）

根据公式（2）将各个向量依次叠加，则可得到各个塔位的坐标：

…………………………………………………（2）

如此，根据上述的计算可以将杆塔明细表中整条线路所有杆塔的平面直角坐标在此平面直角坐标系上表示出来。

3、在人工测量的相对正确的杆塔GPS数据中找出绝对正确的杆塔的GPS数据，以GPS数据绝对正确的杆塔为分界进行分段，设编号为N的塔位GPS测量结果表达为(B_N,L_N)，每段中查找任意两基杆塔，编号小的塔位为m、编号大的塔位为n，取其GPS数据为(B_m,L_m) 、(B_n,L_n)，通过横墨卡托投影正算公式，即公式（3）和公式（4），将编号最小的塔位m和编号最大的塔位n的GPS数据转换为UTM大地投影坐标(X_m,Y_m)，(X_n,Y_n)。

…………（3）

……（4）

各类变量与常量说明：

子午弧线长S(B)由公式（5）可以得出：

……………………（5）

椭圆体参数

由公式（6）和公式（7）可计算得出：

……………………………（6）

；…………………（7）

卯酉圈曲率半径N由公式（8）可以得到：

；……………………………………………………………………（8）

辅助变量由公式（9）可以得到：

；………………………………………………………（9）

第一偏心率e由公式（10）可以得到：

；……………………………………………………………（10）

其中椭圆体长半轴

，椭圆体扁率，中央子午线经度

，高斯-UTM中央经线长度比

。

4、分别计算向量

在平面直角坐标系与UTM大地投影中的角度、

，得到UTM投影偏斜角

，由此得到任意一个向量

在平面直角坐标系中的角度到UTM大地投影坐标系中角度

的转换公式（11）：；……………………………………（11）

5、根据环节4得到的转换公式（11）和杆塔明细表，可以得到在UTM大地投影坐标系下任意两基相邻塔位的X轴距离差

与Y轴距离差

，即公式（12）：

…………………………………………………………（12）

6、根据得到的两相邻杆塔在UTM大地投影坐标系下的X轴和Y轴偏差使用有限元法，即微分计算法，在编号为i的塔位T_i处经度L对X的导数，并以此算出塔位T_i+1处的理论经度L_i+1，同理可得到理论纬度B_i+1，则可以从第一个杆塔依此递归，则可得到所有杆塔的理论GPS值。

………………（13）

根据这种方法，理论上对任意一条输电线路，可根据其中任意2基杆塔的GPS数据推算出全线的GPS数据。因此，可以直接应用于测量杆塔的GPS数据，测量时只需人工测量出首尾两基杆塔的GPS数据，然后利用步骤2到步骤6所述的计算方法计算剩余杆塔的GPS数据，即可全部得到杆塔的GPS数据。

为了减小误差，可将所有筛选出的GPS数据绝对正确的杆塔进行分段，每段都利用步骤2到步骤6所述的计算方法得到所有杆塔的GPS数据。由于整个计算过程及其繁杂，一般可使用C++、VB或Excel编写合适的计算器实现对应的功能。

此外，在部分区域卫星图的分辨率较高，可以看到铁塔的位置，可直接在这个平台上测量或比对GPS数据，减少工作量。

如图2所示：若未对杆塔的GPS数据进行人工测量，采用杆塔GPS简化法。可以根据杆塔明细表找出首尾杆塔和各个转角处的杆塔，将杆塔以转角为分界点进行分组，施工人员只需测量出首尾杆塔和转角处杆塔的GPS数据即可。然后根据杆塔明细表中给出的档距信息可以直接计算出转角之间的没有测量的杆塔的GPS数据。

具体方法是：一般而言，线路走径为一条折线，其转折的定点即为转角塔，对这些塔位，杆塔明细表中会将其明确标出。两基转角塔之间的杆塔为直线塔，与其共同构成了一条直线段，直线段内各铁塔之间的距离也被杆塔明细表以档距d的形式给出，因此，如已知两端转角塔T_m、T_n的坐标(B_m,L_m)、(B_n,L_n)，则可根据公式（14）方便的算出中间任一基杆塔T_k的坐标(B_k,L_k)：

…………………………………………（14）

在实际操作上，工作人员仅需对所有转角塔进行精确测量，即可通过以上算法算出其余直线塔的准确坐标，继而得到所有杆塔的坐标。

本发明通过对输电线路杆塔GPS数据的内在联系的探究，得到了输电线路杆塔GPS计算算法、杆塔GPS简化数据分析法及杆塔GPS图形分析法，将三者结合应用可实现以下功能：

对已完成GPS测量的线路，可对其数据进行核对、校正，最终得到真实可靠的数据，避免重复测量增加工作量。对尚未进行GPS测量的线路，可极大的减少野外作业工作量。假设一条输电线路共有200基杆塔，其中有转角40处。使用输电线路杆塔GPS计算算法，理论上仅测量2基杆塔GPS即可得到全线的数据，减少工作量99%；为提高计算精度，实际操作中可每隔10基进行抽测，共20基，减少工作量90%；即使使用“杆塔GPS简化数据分析法”，亦仅需测量40基，减少工作量80%。

工作量减少优点不仅体现在成本和时间的节约上，更重要的是，对于一个人员、设备相对固定的企业而言，可以将操作娴熟、认真负责的员工以及精度可靠、误差较小的设备集中使用，也可方便的建立相对有效的质量监督检查体系，避免各种原因引起的测量失误，从而提高了工作质量。