CN112697084A - 基于弧垂测量仪的弧垂测量方法、系统、设备和介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于弧垂测量仪的弧垂测量方法，该方法包括：对架空电线上的各采集点的三维坐标及两轴姿态数据进行实时采集，通过卫星定位及载波相位差分技术确保了每个采集点三维坐标的准确性，同时还考虑了姿态变化对坐标采集的影响，进一步提高了坐标采集的稳定性。再将校正后的三维电线坐标转换为在二维平面的平面坐标，并根据平面坐标确定连接线高程函数及拟合高程函数以计算在实时测量处的实时弧垂，从而达到精确测量弧垂值的目的。此外，还提出了弧垂测量系统、设备和存储介质。
Description
技术领域
本发明涉及架空电线领域，尤其是涉及基于弧垂测量仪的弧垂测量方法、系统、设备和介质。
背景技术
输电线路的弧垂是线路安全运行的主要指标，在架空电线施工放样、工程验收、运维和增容评估等工作中，导线弧垂是必须考虑的重要因素，弧垂过小，输电导线的拉应力就大，导线振动现象加剧，安全系数减小，导线强度要求提高。弧垂过大，导线对地或对交跨物安全距离变小，需要加高塔架以确保安全，此时势必增加工程投资。因此在实际电力工程建设、运维、改造工作中，经常需要对导线弧垂进行测量，以确保导线弧垂满足要求，从而保证输电线路安全运行。
常规弧垂测量方法测量时首先需要选择合适的测量站点架设测量仪器，然后肉眼瞄准输电导线上的观测点获取测量数据，通过计算获得弧垂值。该方法对观测场地、视线、角度等条件均要求较高，对于地处高山峻岭、沟壑纵横等复杂环境地区的架空输电导线弧垂往往很难进行测量。而且上述方法通常只能获得导线最低点处的概略弧垂。同时由于输电导线受风荷振动导致瞄准难度大，测量精度低。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供精确测量的基于弧垂测量仪的弧垂测量方法、系统、设备和介质。
一种基于弧垂测量仪的弧垂测量方法，应用于弧垂测量系统，所述弧垂测量系统包括两个弧垂测量仪，所述方法包括：
当所述两个弧垂测量仪分别悬挂于第一电塔的第一挂线点及第二电塔的第二挂线点时，采集所述架空电线在所述第一挂线点及在所述第二挂线点处的初始三维定位坐标；其中，所述架空电线架设在相邻的第一电塔与第二电塔之间，所述第一挂线点为所述第一电塔与所述架空电线的连接点，所述第二挂线点为所述第二电塔与所述架空电线的连接点；
根据测量需求在所述架空电线上预设至少一个预设采集点；
当检测到所述两个弧垂测量仪中的任意一个弧垂测量仪向所述架空电线的中点位置滑动时，将滑动的弧垂测量仪位于所述架空电线的每个所述预设采集点时的实时三维定位坐标作为每个所述预设采集点的采集点三维坐标；获取所述弧垂测量仪在每个所述预设采集点的两轴姿态数据；
根据所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标及所述两轴姿态数据计算三维电线坐标，将所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标转换为在二维平面的平面坐标；其中，所述二维平面的平面坐标包括在所述第一挂线点的第一平面坐标、在所述第二挂线点的第二平面坐标及在每个预设采集点的采集点平面坐标；
根据所述第一平面坐标、所述第二平面坐标及所述采集点平面坐标确定所述架空电线的连接线高程函数及拟合高程函数；
根据所述连接线高程函数及所述拟合高程函数计算在实时测量处的实时弧垂。
在其中一个实施例中，在所述将滑动的弧垂测量仪位于所述架空电线的每个所述预设采集点时的实时三维定位坐标作为每个所述预设采集点的采集点三维坐标之前，还包括：
当弧垂测量仪位于每个所述预设采集点时，接收地面控制站计算出的地面控制站视野范围内每颗卫星的定位误差数据，及接收所述弧垂测量仪视野范围内每颗卫星发送的实时卫星信号；
根据所述弧垂测量仪实时卫星信号解算所述弧垂测量仪的解算三维定位坐标，根据相同卫星的定位误差数据对所述解算三维定位坐标进行修正，以得到所述每个预设采集点的实时三维定位坐标。
在其中一个实施例中，所述两轴姿态数据包括俯仰校正值及横滚校正值，所述获取所述弧垂测量仪在每个所述预设采集点的两轴姿态数据，包括：
获取所述弧垂测量仪在滑动到架空电线的每个预设采集点时的横滚角及俯仰角；
获取所述弧垂测量仪的天线高度，根据所述天线高度及所述横滚角计算在每个预设采集点的横滚校正值，根据所述天线高度及所述俯仰角计算在每个预设采集点的俯仰校正值。
在其中一个实施例中，所述三维定位坐标包括定位经纬度坐标，所述三维电线坐标包括电线经纬度坐标，所述根据所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标及所述两轴姿态数据计算三维电线坐标，包括：
根据在每个预设采集点的两轴姿态坐标对对应的定位经纬度坐标进行倾斜角修正，以修正得到在每个预设采集点的电线经纬度坐标。
在其中一个实施例中，所述三维电线坐标还包括电线高程，所述将所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标转换为在二维平面的平面坐标，包括：
将所述电线经纬度坐标进行高斯投影，得到在大地平面的大地平面坐标；
将所述第一挂线点或所述第二挂线点作为所述二维平面的坐标原点，计算每个所述预设采集点对应的大地平面坐标与所述坐标原点的相对距离，根据所述相对距离确定每个所述预设采集点的三维电线坐标在所述二维平面的水平坐标；
根据所述电线高程确定每个所述预设采集点的三维电线坐标在所述二维平面的垂直坐标。
在其中一个实施例中，所述根据所述第一平面坐标、所述第二平面坐标及所述采集点平面坐标确定所述架空电线的连接线高程函数及拟合高程函数，包括：
将经过所述第一挂线点与所述第二挂线点的一次线性函数作为所述连接线高程函数；
构建斜抛物线模型，根据所述斜抛物线模型对所述采集点平面坐标进行最小二乘法化拟合，以拟合得到拟合坐标与所述采集点平面坐标之间误差的平方和为最小时的拟合参数；
根据所述拟合参数确定目标斜抛物线函数，将所述目标斜抛物线函数作为所述拟合高程函数。
在其中一个实施例中，所述根据所述连接线高程函数及所述拟合高程函数计算在实时测量处的实时弧垂，包括：
获取实时测量处相对于在二维平面的坐标原点的相对水平距离，根据所述相对水平距离及所述连接线高程函数计算在所述实时测量处的第一高程；
根据所述相对水平距离及所述拟合高程函数计算在所述实时测量处的第二高程；
将所述第一高程减去所述第二高程以计算所述架空电线的实时弧垂。
一种弧垂测量系统，所述弧垂测量系统包括：地面控制站，两个弧垂测量仪；
弧垂测量仪，用于当所述两个弧垂测量仪分别悬挂于第一电塔的第一挂线点及第二电塔的第二挂线点时，采集所述架空电线在所述第一挂线点及在所述第二挂线点处的初始三维定位坐标；根据测量需求在所述架空电线上预设至少一个预设采集点；当检测到所述两个弧垂测量仪中的任意一个弧垂测量仪向所述架空电线的中点位置滑动时，将滑动的弧垂测量仪位于所述架空电线的每个所述预设采集点时的实时三维定位坐标作为每个所述预设采集点的采集点三维坐标；获取所述弧垂测量仪在每个所述预设采集点的两轴姿态数据；
地面控制站，用于根据所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标及所述两轴姿态数据计算三维电线坐标，将所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标转换为在二维平面的平面坐标；根据所述第一平面坐标、所述第二平面坐标及所述采集点平面坐标确定所述架空电线的连接线高程函数及拟合高程函数；根据所述连接线高程函数及所述拟合高程函数计算在实时测量处的实时弧垂。
一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
当所述两个弧垂测量仪分别悬挂于第一电塔的第一挂线点及第二电塔的第二挂线点时，采集所述架空电线在所述第一挂线点及在所述第二挂线点处的初始三维定位坐标；其中，所述架空电线架设在相邻的第一电塔与第二电塔之间，所述第一挂线点为所述第一电塔与所述架空电线的连接点，所述第二挂线点为所述第二电塔与所述架空电线的连接点；
根据测量需求在所述架空电线上预设至少一个预设采集点；
当检测到所述两个弧垂测量仪中的任意一个弧垂测量仪向所述架空电线的中点位置滑动时，将滑动的弧垂测量仪位于所述架空电线的每个所述预设采集点时的实时三维定位坐标作为每个所述预设采集点的采集点三维坐标；获取所述弧垂测量仪在每个所述预设采集点的两轴姿态数据；
根据所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标及所述两轴姿态数据计算三维电线坐标，将所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标转换为在二维平面的平面坐标；其中，所述二维平面的平面坐标包括在所述第一挂线点的第一平面坐标、在所述第二挂线点的第二平面坐标及在每个预设采集点的采集点平面坐标；
根据所述第一平面坐标、所述第二平面坐标及所述采集点平面坐标确定所述架空电线的连接线高程函数及拟合高程函数；
根据所述连接线高程函数及所述拟合高程函数计算在实时测量处的实时弧垂。
一种基于弧垂测量仪的弧垂测量设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
当所述两个弧垂测量仪分别悬挂于第一电塔的第一挂线点及第二电塔的第二挂线点时，采集所述架空电线在所述第一挂线点及在所述第二挂线点处的初始三维定位坐标；其中，所述架空电线架设在相邻的第一电塔与第二电塔之间，所述第一挂线点为所述第一电塔与所述架空电线的连接点，所述第二挂线点为所述第二电塔与所述架空电线的连接点；
根据测量需求在所述架空电线上预设至少一个预设采集点；
当检测到所述两个弧垂测量仪中的任意一个弧垂测量仪向所述架空电线的中点位置滑动时，将滑动的弧垂测量仪位于所述架空电线的每个所述预设采集点时的实时三维定位坐标作为每个所述预设采集点的采集点三维坐标；获取所述弧垂测量仪在每个所述预设采集点的两轴姿态数据；
根据所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标及所述两轴姿态数据计算三维电线坐标，将所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标转换为在二维平面的平面坐标；其中，所述二维平面的平面坐标包括在所述第一挂线点的第一平面坐标、在所述第二挂线点的第二平面坐标及在每个预设采集点的采集点平面坐标；
根据所述第一平面坐标、所述第二平面坐标及所述采集点平面坐标确定所述架空电线的连接线高程函数及拟合高程函数；
根据所述连接线高程函数及所述拟合高程函数计算在实时测量处的实时弧垂。
本发明提供了基于弧垂测量仪的弧垂测量方法、系统、设备和介质，对架空电线上的各采集点的三维坐标及两轴姿态数据进行实时采集，通过卫星定位及载波相位差分技术确保了每个采集点三维坐标的准确性，同时还考虑了姿态变化对坐标采集的影响，进一步提高了坐标采集的稳定性。再将校正后的三维电线坐标转换为在二维平面的平面坐标，并根据平面坐标确定连接线高程函数及拟合高程函数以计算在实时测量处的实时弧垂，从而达到精确测量弧垂值的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为一个实施例中基于弧垂测量仪的弧垂测量方法的流程示意图；
图2为弧垂测量仪及地面控制站的工作示意图；
图3为弧垂测量仪在架空电线上滑动的示意图；
图4为连接线高程函数及拟合高程函数在直角坐标系的示意图；
图5为一个实施例中弧垂测量系统的结构示意图；
图6为一个实施例中基于弧垂测量仪的弧垂测量设备的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，图1为一个实施例中基于弧垂测量仪的弧垂测量方法的流程示意图。本基于弧垂测量仪的弧垂测量方法用于测量架空电线的弧垂，参见图2，架空电线30架设在相邻的第一电塔10与第二电塔20之间，两个电塔之间常会出现高度差，本实施例中对第一电塔10与第二电塔20的高度不做具体限定，即可以将海拔较高的电塔作为第一电塔10，也可以将海拔较低的电塔作为第一电塔10。架空电线30通过第一挂线点A与第一电塔连接10，通过第二挂线点B与第二电塔20连接。在架空电线上设置有至少一个预设采集点，弧垂测量仪40在这些预设采集点采集必要的坐标数据，并发送至地面控制站50进行转换、分析、计算以得到架空电线的弧垂。
本基于弧垂测量仪的弧垂测量方法提供的步骤包括：
步骤102，当两个弧垂测量仪分别悬挂于第一电塔的第一挂线点及第二电塔的第二挂线点时，采集架空电线在第一挂线点及在第二挂线点处的初始三维定位坐标。
其中，初始三维坐标包括在第一挂线点经纬度坐标及高程和在第二挂线点处的经纬度坐标及高程。坐标采集通过GPS(Global Positioning System，全球定位系统)及RTK(Real Time Kinematic，载波相位差分)技术来实现，具体实现方法与后续采集每个预设采集点的采集点三维坐标基本一致，在此暂不详述。
步骤104，根据测量需求在架空电线上预设至少一个预设采集点。
在进行采集点的三维坐标采集时，是通过人为操作来让弧垂测量仪在架空电线上持续滑动。地面控制站根据测量需求会发送采样控制参数至弧垂测量仪来限定需要采样的采集点的数量。弧垂测量仪进行三维坐标采集的采样频率是固定的，且滑动速度需保持在一定限制范围内才能实现准确测量，从而可以大致确定每个预设采集点在架空电线的位置。
步骤106，当检测到两个弧垂测量仪中的任意一个弧垂测量仪向架空电线的中点位置滑动时，将滑动的弧垂测量仪位于架空电线的每个预设采集点时的实时三维定位坐标作为每个预设采集点的采集点三维坐标；获取弧垂测量仪在每个预设采集点的两轴姿态数据。
在采集每个预设采集点的采集点三维坐标时，仅需移动其中一个弧垂测量仪。由于第一电塔与第二电塔的高度不做具体限定，因此是可以将弧垂测量仪从较低处向较高处的中点位置滑动，也可以将弧垂测量仪从较高处向较低处的中点位置滑动。
本实施例中定位采集点三维坐标的GPS定位原理是：弧垂测量仪至少测量出当前的预设采集点与4颗卫星的距离和对应时间，通过解方程即可求得预设采集点在地球坐标系下的采集点三维坐标(x，y，z)。x、y、z为待测点坐标的空间直角坐标，即经纬度坐标和高程。
其计算公式如下所示：
上述四个方程式中待测点坐标x、y、z和Vt0为未知参数，其中di＝cti(i＝1、2、3、4)，d1、d2、d3、d4分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到弧垂测量仪的GPS接收机之间的距离。ti(i＝1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达弧垂测量仪的GPS接收机所经历的时间。c为GPS信号的传播速度(即光速)。xi、yi、zi(i＝1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。Vti(i＝1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。Vto为GPS接收机的钟差。由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z和GPS接收机的钟差Vto。
进一步的，将一台GPS接收机安置在地面控制站上进行观测。根据地面控制站已知的精密坐标，计算出地面控制站到卫星的定位误差数据，并由地面控制站实时将定位误差数据发送出去。弧垂测量仪的GPS接收机在每个预设采集点进行GPS观测的同时，也接收到地面控制站发出的定位误差数据，并对坐标x、y、z进行改正，以得到每个预设采集点的实时三维定位坐标，从而实现提高定位精度。
参见图3，随着弧垂测量仪在架空电线上持续滑动，弧垂测量仪在架空电线上的姿态会随着架空电线的弧度而发生变化，且弧垂测量仪上的GPS卫星天线距架空电线有一定高度，采集点三维坐标是基于GPS接收机计算出的定位坐标，当弧垂测量仪发生倾斜时，采集点三维坐标与三维电线坐标(即实际需转化及拟合的电线的三维坐标)之间的对应关系会发生偏差。此外，架空输电线因重力原因并不完全水平，通常呈悬链线状态存在。当自动弧垂测量仪放置在架空输电线上时，与水平面存在一定夹角，GPS卫星天线并不会真实反映出架空输电线的真实坐标情况，于是采集两轴姿态数据以用于后续进行姿态倾斜的校正。
两轴姿态数据包括俯仰校正值Xpitch及横滚校正值Xroll，基于横滚角θ及俯仰角β来计算。具体的，获取弧垂测量仪在滑动到架空电线的每个预设采集点时的横滚角θ及俯仰角β，获取弧垂测量仪的天线高度AntH。分别根据天线高度及横滚角计算在每个预设采集点的横滚校正值Xroll，及根据天线高度及俯仰角计算在每个预设采集点的俯仰校正值Xpitch，计算公式具体为：
俯仰校正值：Xpitch＝AntH×(1-cosβ)
横滚校正值：Xroll＝AntH×(1-cosθ)
同时，以上两个校正值在实际计算结果中有正负之分，即对应的校正有正校正，也有负校正。
步骤108，根据初始三维定位坐标和实时三维定位坐标及两轴姿态数据计算三维电线坐标，将初始三维定位坐标和实时三维定位坐标转换为在二维平面的平面坐标。
实际计算使用中，首先将初始三维定位坐标和实时三维定位坐标的定位经纬度坐标在大地水平面上分别减去俯仰校正值Xpitch及横滚校正值Xroll，得到三维电线坐标的电线经纬度坐标。同时在三维定位坐标中将GPS卫星天线与架空电线的高度差减去，从而修正得到在每个预设采集点的电线经纬度坐标。
二维平面的平面坐标包括在第一挂线点的第一平面坐标、在第二挂线点的第二平面坐标及在每个预设采集点的采集点平面坐标。将初始三维定位坐标和实时三维定位坐标转换为在二维平面的平面坐标步骤具体包括：首先将电线经纬度坐标进行高斯投影，得到在大地平面的大地平面坐标。其中，高斯投影中有3度带和6度带之分，因架空电线档距较大，有些可达1公里，为保证计算精度，本系统采用3度带计算方法。在投影面上，中央子午线和赤道的投影都是直线，并且以中央子午线和赤道的交点作为坐标原点，以中央子午线的投影为纵坐标x轴，以赤道的投影为横坐标y轴。其次，将第一挂线点或第二挂线点作为二维平面的坐标原点，例如本实施例中将第一挂线点作为坐标原点，计算每个预设采集点对应的大地平面坐标与坐标原点的相对距离。直接使用平面直角坐标系中两点间的距离计算公式即可。如：已经平面直角坐标系中两点坐标分别为A(x0，y0)，P1(x1，y1)，则A与P1之间的相对距离为：
最后，根据相对距离确定每个预设采集点的三维电线坐标在二维平面的水平坐标，根据电线高程确定每个预设采集点的三维电线坐标在二维平面的垂直坐标。其中，二维平面上的垂直坐标，直接通过高程数据平滑得到。得到这些平面上的水平坐标、垂直坐标后，即可建立合适的平面直角坐标系。
步骤110，根据第一平面坐标、第二平面坐标及采集点平面坐标确定架空电线的连接线高程函数及拟合高程函数。
参见图4，本实施例中的连接线高程函数实际为经过第一挂线点A与第二挂线点B的一次线性函数1，记为y1＝kx，其中系数k可根据第一平面坐标和第二平面坐标计算得到。
理想的架空输电线模型为悬链线模型，标准的悬链线数学表达式为双曲余弦函数，如下式：
但因双曲余弦函数为超越方程，只能通过近似函数进行无限逼近，无法得到精确的数值解，因此本实施例中不采用该模型。通过对悬链线数学模型的推导和分析，并结合架空输电线实际情况，当以其中一个挂点为原点，水平方向为x轴建立平面直角坐标系时，架空输电线的数学表达式可近似为斜抛物线模型，这极大的简化了弧垂的中间运算过程且最终计算结果经过验算也足够准确，表达式如下所示：
y2＝ax2+bx
具体的，构建如上所示的斜抛物线模型，根据斜抛物线模型对平滑处理后的采集点平面坐标进行最小二乘法化拟合，以拟合得到拟合坐标与采集点平面坐标之间误差的平方和为最小时的拟合参数a1和b1。根据该拟合参数a1和b1确定目标斜抛物线函数y2＝a1x2+b1x，也就是拟合高程函数，这样也就得到了架空输电线的准确表达式。
步骤112，根据连接线高程函数及拟合高程函数计算在实时测量处的实时弧垂。
参见图4，实时弧垂是在实时测量处P2的第一高程减去P1的第二高程，将相对水平距离代入连接线高程函数及拟合高程函数及可分别计算得到第一高程和第二高程。实时弧垂的公式为：
计算的实时弧垂为图4中曲线3所示。进一步的，根据实时弧垂的计算公式还可以确定在目标测量处
的最大拟合弧垂为
上述基于弧垂测量仪的弧垂测量方法，对架空电线上的各采集点的三维坐标及两轴姿态数据进行实时采集，通过卫星定位及载波相位差分技术确保了每个采集点三维坐标的准确性，同时还考虑了姿态变化对坐标采集的影响，进一步提高了坐标采集的稳定性。再将校正后的三维电线坐标转换为在二维平面的平面坐标，并根据平面坐标确定连接线高程函数及拟合高程函数以计算在实时测量处的实时弧垂，从而达到精确测量弧垂值的目的。
在一个实施例中，如图5所示，提出了一种弧垂测量系统，该系统包括：两个弧垂测量仪510，地面控制站520。
弧垂测量仪510，用于当两个弧垂测量仪510分别悬挂于第一电塔的第一挂线点及第二电塔的第二挂线点时，采集架空电线在第一挂线点及在第二挂线点处的初始三维定位坐标；根据测量需求在架空电线上预设至少一个预设采集点；当检测到两个弧垂测量仪510中的任意一个弧垂测量仪510向架空电线的中点位置滑动时，将滑动的弧垂测量仪510位于架空电线的每个预设采集点时的实时三维定位坐标作为每个预设采集点的采集点三维坐标；获取弧垂测量仪510在每个预设采集点的两轴姿态数据；
地面控制站520，用于根据初始三维定位坐标和实时三维定位坐标及两轴姿态数据计算三维电线坐标，将初始三维定位坐标和实时三维定位坐标转换为在二维平面的平面坐标；根据第一平面坐标、第二平面坐标及采集点平面坐标确定架空电线的连接线高程函数及拟合高程函数；根据连接线高程函数及拟合高程函数计算在实时测量处的实时弧垂。
上述弧垂测量系统，对架空电线上的各采集点的三维坐标及两轴姿态数据进行实时采集，通过卫星定位及载波相位差分技术确保了每个采集点三维坐标的准确性，同时还考虑了姿态变化对坐标采集的影响，进一步提高了坐标采集的稳定性。再将校正后的三维电线坐标转换为在二维平面的平面坐标，并根据平面坐标确定连接线高程函数及拟合高程函数以计算在实时测量处的实时弧垂，从而达到精确测量弧垂值的目的。
在一个实施例中，弧垂测量仪510，还具体用于：当弧垂测量仪510位于每个预设采集点时，接收地面控制站520计算出的地面控制站520视野范围内每颗卫星的定位误差数据，及接收弧垂测量仪510视野范围内每颗卫星发送的实时卫星信号；根据弧垂测量仪510实时卫星信号解算弧垂测量仪510的解算三维定位坐标，根据相同卫星的定位误差数据对解算三维定位坐标进行修正，以得到每个预设采集点的实时三维定位坐标。
在一个实施例中，弧垂测量仪510，还具体用于：获取弧垂测量仪510在滑动到架空电线的每个预设采集点时的横滚角及俯仰角；获取弧垂测量仪510的天线高度，根据天线高度及横滚角计算在每个预设采集点的横滚校正值，根据天线高度及俯仰角计算在每个预设采集点的俯仰校正值。
在一个实施例中，地面控制站520，还具体用于：根据在每个预设采集点的两轴姿态坐标对对应的定位经纬度坐标进行倾斜角修正，以修正得到在每个预设采集点的电线经纬度坐标。
在一个实施例中，地面控制站520，还具体用于：将电线经纬度坐标进行高斯投影，得到在大地平面的大地平面坐标；将第一挂线点或第二挂线点作为二维平面的坐标原点，计算每个预设采集点对应的大地平面坐标与坐标原点的相对距离，根据相对距离确定每个预设采集点的三维电线坐标在二维平面的水平坐标；根据电线高程确定每个预设采集点的三维电线坐标在二维平面的垂直坐标。
在一个实施例中，地面控制站520，还具体用于：将经过第一挂线点与第二挂线点的一次线性函数作为连接线高程函数；构建斜抛物线模型，根据斜抛物线模型对采集点平面坐标进行最小二乘法化拟合，以拟合得到拟合坐标与采集点平面坐标之间误差的平方和为最小时的拟合参数；根据拟合参数确定目标斜抛物线函数，将目标斜抛物线函数作为拟合高程函数。
在一个实施例中，地面控制站520，还具体用于：获取实时测量处相对于坐标原点的相对水平距离，根据相对水平距离及连接线高程函数计算在实时测量处的第一高程；根据相对水平距离及拟合高程函数计算在实时测量处的第二高程；将第一高程减去第二高程以计算架空电线的实时弧垂。
图6示出了一个实施例中基于弧垂测量仪的弧垂测量设备的内部结构图。如图6所示，该基于弧垂测量仪的弧垂测量设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该基于弧垂测量仪的弧垂测量设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现基于弧垂测量仪的弧垂测量方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行基于弧垂测量仪的弧垂测量方法。本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的基于弧垂测量仪的弧垂测量设备的限定，具体的基于弧垂测量仪的弧垂测量设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
一种基于弧垂测量仪的弧垂测量设备，包括存储器、处理器以及存储在该存储器中并可在该处理器上执行的计算机程序，该处理器执行该计算机程序时实现如下步骤：当两个弧垂测量仪分别悬挂于第一电塔的第一挂线点及第二电塔的第二挂线点时，采集架空电线在第一挂线点及在第二挂线点处的初始三维定位坐标；根据测量需求在架空电线上预设至少一个预设采集点；当检测到两个弧垂测量仪中的任意一个弧垂测量仪向架空电线的中点位置滑动时，将滑动的弧垂测量仪位于架空电线的每个预设采集点时的实时三维定位坐标作为每个预设采集点的采集点三维坐标；获取弧垂测量仪在每个预设采集点的两轴姿态数据；根据初始三维定位坐标和实时三维定位坐标及两轴姿态数据计算三维电线坐标，将初始三维定位坐标和实时三维定位坐标转换为在二维平面的平面坐标；根据第一平面坐标、第二平面坐标及采集点平面坐标确定架空电线的连接线高程函数及拟合高程函数；根据连接线高程函数及拟合高程函数计算在实时测量处的实时弧垂。
在一个实施例中，在将滑动的弧垂测量仪位于架空电线的每个预设采集点时的实时三维定位坐标作为每个预设采集点的采集点三维坐标之前，还包括：当弧垂测量仪位于每个预设采集点时，接收地面控制站计算出的地面控制站视野范围内每颗卫星的定位误差数据，及接收弧垂测量仪视野范围内每颗卫星发送的实时卫星信号；根据弧垂测量仪实时卫星信号解算弧垂测量仪的解算三维定位坐标，根据相同卫星的定位误差数据对解算三维定位坐标进行修正，以得到每个预设采集点的实时三维定位坐标。
在一个实施例中，两轴姿态数据包括俯仰校正值及横滚校正值，获取弧垂测量仪在每个预设采集点的两轴姿态数据，包括：获取弧垂测量仪在滑动到架空电线的每个预设采集点时的横滚角及俯仰角；获取弧垂测量仪的天线高度，根据天线高度及横滚角计算在每个预设采集点的横滚校正值，根据天线高度及俯仰角计算在每个预设采集点的俯仰校正值。
在一个实施例中，根据初始三维定位坐标和实时三维定位坐标及两轴姿态数据计算三维电线坐标，包括：根据在每个预设采集点的两轴姿态坐标对对应的定位经纬度坐标进行倾斜角修正，以修正得到在每个预设采集点的电线经纬度坐标。
在一个实施例中，三维电线坐标还包括电线高程，将初始三维定位坐标和实时三维定位坐标转换为在二维平面的平面坐标，包括：将电线经纬度坐标进行高斯投影，得到在大地平面的大地平面坐标；将第一挂线点或第二挂线点作为二维平面的坐标原点，计算每个预设采集点对应的大地平面坐标与坐标原点的相对距离，根据相对距离确定每个预设采集点的三维电线坐标在二维平面的水平坐标；根据电线高程确定每个预设采集点的三维电线坐标在二维平面的垂直坐标。
在一个实施例中，根据第一平面坐标、第二平面坐标及采集点平面坐标确定架空电线的连接线高程函数及拟合高程函数，包括：将经过第一挂线点与第二挂线点的一次线性函数作为连接线高程函数；构建斜抛物线模型，根据斜抛物线模型对采集点平面坐标进行最小二乘法化拟合，以拟合得到拟合坐标与采集点平面坐标之间误差的平方和为最小时的拟合参数；根据拟合参数确定目标斜抛物线函数，将目标斜抛物线函数作为拟合高程函数。
在一个实施例中，根据连接线高程函数及拟合高程函数计算在实时测量处的实时弧垂，包括：获取实时测量处相对于在二维平面的坐标原点的相对水平距离，根据相对水平距离及连接线高程函数计算在实时测量处的第一高程；根据相对水平距离及拟合高程函数计算在实时测量处的第二高程；将第一高程减去第二高程以计算架空电线的实时弧垂。
一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：当两个弧垂测量仪分别悬挂于第一电塔的第一挂线点及第二电塔的第二挂线点时，采集架空电线在第一挂线点及在第二挂线点处的初始三维定位坐标；根据测量需求在架空电线上预设至少一个预设采集点；当检测到两个弧垂测量仪中的任意一个弧垂测量仪向架空电线的中点位置滑动时，将滑动的弧垂测量仪位于架空电线的每个预设采集点时的实时三维定位坐标作为每个预设采集点的采集点三维坐标；获取弧垂测量仪在每个预设采集点的两轴姿态数据；根据初始三维定位坐标和实时三维定位坐标及两轴姿态数据计算三维电线坐标，将初始三维定位坐标和实时三维定位坐标转换为在二维平面的平面坐标；根据第一平面坐标、第二平面坐标及采集点平面坐标确定架空电线的连接线高程函数及拟合高程函数；根据连接线高程函数及拟合高程函数计算在实时测量处的实时弧垂。
在一个实施例中，在将滑动的弧垂测量仪位于架空电线的每个预设采集点时的实时三维定位坐标作为每个预设采集点的采集点三维坐标之前，还包括：当弧垂测量仪位于每个预设采集点时，接收地面控制站计算出的地面控制站视野范围内每颗卫星的定位误差数据，及接收弧垂测量仪视野范围内每颗卫星发送的实时卫星信号；根据弧垂测量仪实时卫星信号解算弧垂测量仪的解算三维定位坐标，根据相同卫星的定位误差数据对解算三维定位坐标进行修正，以得到每个预设采集点的实时三维定位坐标。
在一个实施例中，两轴姿态数据包括俯仰校正值及横滚校正值，获取弧垂测量仪在每个预设采集点的两轴姿态数据，包括：获取弧垂测量仪在滑动到架空电线的每个预设采集点时的横滚角及俯仰角；获取弧垂测量仪的天线高度，根据天线高度及横滚角计算在每个预设采集点的横滚校正值，根据天线高度及俯仰角计算在每个预设采集点的俯仰校正值。
在一个实施例中，根据初始三维定位坐标和实时三维定位坐标及两轴姿态数据计算三维电线坐标，包括：根据在每个预设采集点的两轴姿态坐标对对应的定位经纬度坐标进行倾斜角修正，以修正得到在每个预设采集点的电线经纬度坐标。
在一个实施例中，三维电线坐标还包括电线高程，将初始三维定位坐标和实时三维定位坐标转换为在二维平面的平面坐标，包括：将电线经纬度坐标进行高斯投影，得到在大地平面的大地平面坐标；将第一挂线点或第二挂线点作为二维平面的坐标原点，计算每个预设采集点对应的大地平面坐标与坐标原点的相对距离，根据相对距离确定每个预设采集点的三维电线坐标在二维平面的水平坐标；根据电线高程确定每个预设采集点的三维电线坐标在二维平面的垂直坐标。
在一个实施例中，根据第一平面坐标、第二平面坐标及采集点平面坐标确定架空电线的连接线高程函数及拟合高程函数，包括：将经过第一挂线点与第二挂线点的一次线性函数作为连接线高程函数；构建斜抛物线模型，根据斜抛物线模型对采集点平面坐标进行最小二乘法化拟合，以拟合得到拟合坐标与采集点平面坐标之间误差的平方和为最小时的拟合参数；根据拟合参数确定目标斜抛物线函数，将目标斜抛物线函数作为拟合高程函数。
在一个实施例中，根据连接线高程函数及拟合高程函数计算在实时测量处的实时弧垂，包括：获取实时测量处相对于在二维平面的坐标原点的相对水平距离，根据相对水平距离及连接线高程函数计算在实时测量处的第一高程；根据相对水平距离及拟合高程函数计算在实时测量处的第二高程；将第一高程减去第二高程以计算架空电线的实时弧垂。
需要说明的是，上述基于弧垂测量仪的弧垂测量方法、系统、设备及计算机可读存储介质属于一个总的发明构思，基于弧垂测量仪的弧垂测量方法、系统、设备及计算机可读存储介质实施例中的内容可相互适用。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于弧垂测量仪的弧垂测量方法，其特征在于，应用于弧垂测量系统，所述弧垂测量系统包括两个弧垂测量仪，所述方法包括：
当所述两个弧垂测量仪分别悬挂于第一电塔的第一挂线点及第二电塔的第二挂线点时，采集所述架空电线在所述第一挂线点及在所述第二挂线点处的初始三维定位坐标；其中，所述架空电线架设在相邻的第一电塔与第二电塔之间，所述第一挂线点为所述第一电塔与所述架空电线的连接点，所述第二挂线点为所述第二电塔与所述架空电线的连接点；
根据测量需求在所述架空电线上预设至少一个预设采集点；
当检测到所述两个弧垂测量仪中的任意一个弧垂测量仪向所述架空电线的中点位置滑动时，将滑动的弧垂测量仪位于所述架空电线的每个所述预设采集点时的实时三维定位坐标作为每个所述预设采集点的采集点三维坐标；获取所述弧垂测量仪在每个所述预设采集点的两轴姿态数据；
根据所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标及所述两轴姿态数据计算三维电线坐标，将所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标转换为在二维平面的平面坐标；其中，所述二维平面的平面坐标包括所述第一挂线点的第一平面坐标、在所述第二挂线点的第二平面坐标及在每个预设采集点的采集点平面坐标；
根据所述第一平面坐标、所述第二平面坐标及所述采集点平面坐标确定所述架空电线的连接线高程函数及拟合高程函数；
根据所述连接线高程函数及所述拟合高程函数计算在实时测量处的实时弧垂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将滑动的弧垂测量仪位于所述架空电线的每个所述预设采集点时的实时三维定位坐标作为每个所述预设采集点的采集点三维坐标之前，还包括：
当弧垂测量仪位于每个所述预设采集点时，接收地面控制站计算出的地面控制站视野范围内每颗卫星的定位误差数据，及接收所述弧垂测量仪视野范围内每颗卫星发送的实时卫星信号；
根据所述弧垂测量仪实时卫星信号解算所述弧垂测量仪的解算三维定位坐标，根据相同卫星的定位误差数据对所述解算三维定位坐标进行修正，以得到所述每个预设采集点的实时三维定位坐标。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两轴姿态数据包括俯仰校正值及横滚校正值，所述获取所述弧垂测量仪在每个所述预设采集点的两轴姿态数据，包括：
获取所述弧垂测量仪在滑动到架空电线的每个预设采集点时的横滚角及俯仰角；
获取所述弧垂测量仪的天线高度，根据所述天线高度及所述横滚角计算在每个预设采集点的横滚校正值，根据所述天线高度及所述俯仰角计算在每个预设采集点的俯仰校正值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维定位坐标包括定位经纬度坐标，所述三维电线坐标包括电线经纬度坐标，所述根据所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标及所述两轴姿态数据计算三维电线坐标，包括：
根据在每个预设采集点的两轴姿态坐标对对应的定位经纬度坐标进行倾斜角修正，以修正得到在每个预设采集点的电线经纬度坐标。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维电线坐标还包括电线高程，所述将所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标转换为在二维平面的平面坐标，包括：
将所述电线经纬度坐标进行高斯投影，得到在大地平面的大地平面坐标；
将所述第一挂线点或所述第二挂线点作为所述二维平面的坐标原点，计算每个所述预设采集点对应的大地平面坐标与所述坐标原点的相对距离，根据所述相对距离确定每个所述预设采集点的三维电线坐标在所述二维平面的水平坐标；
根据所述电线高程确定每个所述预设采集点的三维电线坐标在所述二维平面的垂直坐标。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一平面坐标、所述第二平面坐标及所述采集点平面坐标确定所述架空电线的连接线高程函数及拟合高程函数，包括：
将经过所述第一挂线点与所述第二挂线点的一次线性函数作为所述连接线高程函数；
构建斜抛物线模型，根据所述斜抛物线模型对所述采集点平面坐标进行最小二乘法化拟合，以拟合得到拟合坐标与所述采集点平面坐标之间误差的平方和为最小时的拟合参数；
根据所述拟合参数确定目标斜抛物线函数，将所述目标斜抛物线函数作为所述拟合高程函数。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述连接线高程函数及所述拟合高程函数计算在实时测量处的实时弧垂，包括：
获取实时测量处相对于在二维平面的坐标原点的相对水平距离，根据所述相对水平距离及所述连接线高程函数计算在所述实时测量处的第一高程；
根据所述相对水平距离及所述拟合高程函数计算在所述实时测量处的第二高程；
将所述第一高程减去所述第二高程以计算所述架空电线的实时弧垂。
8.一种弧垂测量系统，其特征在于，所述弧垂测量系统包括：地面控制站，两个弧垂测量仪；
弧垂测量仪，用于当所述两个弧垂测量仪分别悬挂于第一电塔的第一挂线点及第二电塔的第二挂线点时，采集所述架空电线在所述第一挂线点及在所述第二挂线点处的初始三维定位坐标；根据测量需求在所述架空电线上预设至少一个预设采集点；当检测到所述两个弧垂测量仪中的任意一个弧垂测量仪向所述架空电线的中点位置滑动时，将滑动的弧垂测量仪位于所述架空电线的每个所述预设采集点时的实时三维定位坐标作为每个所述预设采集点的采集点三维坐标；获取所述弧垂测量仪在每个所述预设采集点的两轴姿态数据；
地面控制站，用于根据所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标及所述两轴姿态数据计算三维电线坐标，将所述初始三维定位坐标和所述实时三维定位坐标转换为在二维平面的平面坐标；根据所述第一平面坐标、所述第二平面坐标及所述采集点平面坐标确定所述架空电线的连接线高程函数及拟合高程函数；根据所述连接线高程函数及所述拟合高程函数计算在实时测量处的实时弧垂。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.一种基于弧垂测量仪的弧垂测量设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
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| CN112697084B (zh) | 2022-08-19 |
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