浅谈架空输电线路测量技术的发展

浅谈架空输电线路测量技术的发展发表时间：2018-07-26T11:52:55.943Z 来源：《电力设备》2017年第35期作者：杨博何建刚高梓瑞陈方荣刘明[导读] 摘要：测量技术对于架空输电线路工作而言起到至关重要的作用，传统的测量工具和方法已经大量应用到输电线路的建设和运行维护工作当中。

（云南电网有限责任公司大理供电局云南大理 671000）摘要：测量技术对于架空输电线路工作而言起到至关重要的作用，传统的测量工具和方法已经大量应用到输电线路的建设和运行维护工作当中。

随着科技进步和技术发展，应用在电力行业中的工程测量技术也不断发生变化，先进的测量技术正不断崛起，并与传统测量方法结合各自取长补短进行应用。

本文以应用于电力行业架空输电线路测量工作中的工具和技术为重点进行介绍，从输电线路测量工作的应用场景、传统测量工具以及新型测量方法等方面进行阐述，为线路工作者开展测量工作提供思路。

关键词：线路；测量；GPS；无人机1. 引言架空输电线路作为连接发电侧与用电侧的电能输送大通道，是整个电力系统的大动脉，也是电力系统网架结构的重要组成部分。

无论线路电压高或低，无论线路距离远或近，在输电线路的设计、建设、运行和维护过程中，每一个环节均离不开测量。

不同的测量工具或方法往往具有不同测量精度，选择适当与否也会影响到测量最终结果的准确性，甚至危及电网的安全稳定运行。

本文将结合架空输电线路的实际测量工作，梳理线路测量方法的发展过程，对比分析传统测量工具与新型测量方法的优势和不足，给出架空输电线路测量工作未来的发展方向。

2. 输电线路测量应用场景在架空输电线路工程的规划、设计、施工和验收等各个环节，均离不开工程测量。

线路规划阶段，首先要依据地形图确定出线路的大致路径，通过调研得到线路长度、沿途地形等基本数据；设计阶段，首先依据地形图和输电线路测量规程选择并确定线路的路径方案，并用测量仪器对路径中心进行测定，然后进行测距、高程测量等工作，得到线路所经地带的地物和地貌，再根据测量记录详细绘制线路的平断面图；施工阶段，还要根据线路设计阶段得到的平断面图对杆塔位置进行复核和定位，再依据杆塔中心桩位置准确地测量出杆塔基础位置，同时精确测量架空线路的弧垂；验收阶段，也需要采用相应测量手段对基础、杆塔、架空线弧垂的质量进行再次测量核查[1]。

架空输电线路的日常运行维护和巡检工作，同样离不开测量，例如测量杆塔呼高、导线弧垂、线路通道内树木与导线的垂直距离等。

通过测量，线路工作者可以有效判别线路存在缺陷，采取相应措施进行消缺，为线路安全稳定运行提供保证。

可以看出，无论是线路的前期设计、施工，还是后期的运行维护，都离不开测量工作。

3. 输电线路常用测量手段传统的线路测量工作中，根据测量对象和内容不同，通常使用的是钢尺、全站仪、经纬仪、水准仪等测量工具进行勘测，伴随着测量技术的不断发展, “3S”技术、无人机测量及其组合测量等先进测量技术也越来越广泛地被线路工作者应用到线路测量工作当中[2]。

输电线路的测量工作正由传统的测量工具逐渐演变为更加先进、精确的新型测量技术，输电线路的测量工作正在发生着日新月异的变化。

3.1 传统测量方法（1）经纬仪经纬仪在输电线路测量工作中应用非常广泛，可用来测量距离和角度，目前投入到实际应用中的经纬仪主要有光学经纬仪和电子经纬仪两种。

电子经纬仪是在光学经纬仪的基础上发展而来的，由于其精度高、易操作等优势而得到了广泛的应用。

对于输电线路的地形测量工作而言，较常使用的方法是利用经纬仪对导线至导线底部物体测量，但在使用经纬仪测量输电线路的悬高时，需要在线路的下方放置塔尺，这就要求有一个较好的测量环境和良好的线路地况。

因此，在使用经纬仪测量时，常由于地形复杂、通视情况不良等原因，需要通过多次搬站测量才能完成任务，速度较慢、劳动强度大、安全隐患多，有时甚至无法进行。

虽然，有线路工作者对这个问题进行过研究和思考，例如文献[3]提出的一种采用经纬仪在通视条件较差以及人力无法到达线路的情况下解决测量问题，在传统测量方法的基础上提出革新，扩大了经纬仪的使用范围，但使用经纬仪进行测量依然存在其一定的局限性。

（2）全站仪全站仪是在电子经纬仪的基础上研制出的一种可以测量角度、高程、距离等参数，并通过计算得出地面点的三维空间坐标的新型测绘仪器，它利用机械、光学、电子等高科技元件组合而成，可以在一个测站上同时完成多项测量和数据处理工作。

普通的全站仪在测量时都需要棱镜，这就要求在使用时常要求有较好的通视环境，一般情况下应用在线路测量中都可满足工程测量的要求。

但若在高山区、密林区等通视条件不好的场景下工作时，架设棱镜就显得较为困难，此时普通的测量方法既繁琐又难以保证精度，常需耗费大量时间、人力成本去清理通道，若路径设计不合适时需要反复清理，造成了环境的破坏和人力的浪费。

为解决上述问题，文献[4]提出可采用对边测量的方法。

对边测量指的是用全站仪测量时，在不搬动仪器的情况下直接测量出某一起点与任一个其他点之间的斜距、平距和高差的方法。

对边测量主要有以下几个特点：测站不需对中；不需量取仪器高；降低作业强度，提高作业效率等。

目前，全站仪在测量工作中的应用已经非常普及，精度也越来越高。

用全站仪配合其他工具的测量方法也正在投入应用。

（3）水准仪水准仪常用于地面点高程的测量工作。

目前地面点高程的测量有水准测量、三角高程测量、气压高程测量和GPS高程测量等方法，其中气压高程测量和GPS高程测量等方法的精度较低，对于某些需要高精度高程值的工作还是需要采用几何水准测量的手段[5]。

水准测量应用最多的仪器是水准仪，其基本原理是利用水准仪提供“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。

目前，水准测量已成为高程测量的基本方法之一。

然而，几何水准测量在坡度较大的地势条件下难以实现，精度也较难保证，故有线路工作者就如何在此种环境下进行高程测量提出尝试，文献[6][7]就提出了用全站仪代替水准仪进行高程测量的方法。

研究显示，在一定特殊测量环境下，运用三角高程测量方法不仅可以简化程序步骤，还能达到一定的精度，不失为一种替代水准仪测量的选择。

3.2 新型测量方法（1）GPS技术随着计算机技术和测绘科学的发展，逐渐形成了一种新型的“3S”测量技术。

所谓“3S”即是指全球定位系统（GPS）、遥感（RS）和地理信息系统（GIS）的集合，目前在电力行业中应用最多的就是GPS技术[8]。

GPS技术始于上世纪九十年代初期，经历了从单频GPS、静态、快速静态到GPS_RTK技术的发展过程，电力行业的勘测也紧跟GPS技术的发展步伐，目前应用最多的是GPS_RTK技术。

GPS_RTK 技术是以载波相位观测值为依据的实时差分GPS技术，GPS_RTK测量以其快速、实时、厘米级精度等特点广泛应用于数据采集与工程放样中，代表着GPS相对测地定位应用的主流。

GPS_RTK技术的出现，给输电线路的施工测量带来了历史性突破，在输电线路工程测量应用中有广阔的前景[2]。

目前，GPS技术在输电线路工程测量中的应用主要包括路径方案优化、定线测量、平断面测量、杆塔定位测量以及线路复测几个方面[9]，与传统的测量工器具相比，GPS技术具有下列优势：1）较低的通视要求：传统仪器在测量时要求仪器与被测物之间通视性良好，如遇到障碍物时测量就很麻烦，有时需要清除障碍物从而造成不必要的浪费；而GPS技术的基准站和移动站之间、移动站和移动站之间则不需要通视条件，避免了不必要的麻烦，也降低了作业成本。

2）精度较高：传统仪器作业不可避免地会产生误差积累，而采用GPS技术测量时误差不会积累，测量精度也较高。

3）不受气候影响：传统仪器测量作业易受到光、能见度等因素的影响，在雾、雨天等天气环境下较难开展作业；而GPS技术靠卫星定位作业，除人为因素外不受天气因素干扰，测量时可实现全天候作业。

4）工作量较小：传统仪器作业后需要人工成图，工作量大；而GPS技术通过所采集的数据直接生成平面图和断面图，节约了人工成本，减少了人为工作量[9][10]。

当然，GPS技术也有其相应的不足，例如设备要求较高、精度易受控制点位置影响、测量环境要求较高、相关运行的规范标准还不够完善等等，虽然如此，但GPS在线路工程测量当中的潜力和发展空间依然是巨大的。

（2）无人机摄影测量技术无人机作为近年来一种新兴的技术，已从军用领域逐渐转入民用领域，并在各行各业中投入使用。

在电力行业，无人机主要用于输电线路的施工勘测和巡检运维，涉及到的机型有固定翼无人机、无人直升机以及多旋翼无人机，其中多旋翼无人机以其操作简单、悬停稳定性高、灵活体积小等优势得到了广泛应用。

由于电力工作的特殊性，应用在电力领域的无人机应当满足续航能力强，抗风性能好，能够搭载辅助仪器及设备等多种功能。

无人机数字摄影测量技术，实质是无人机技术与数字摄影测量技术的结合，通过无人机搭载摄影装置获取相应的图片和影像信息，并利用计算机技术对采集到的影像信息进行数字化、三维立体化处理，得到各种地面目标的空间信息和状态信息，以满足各种具体应用的信息需求。

传统的人力摄影手段成本较高、需耗费线路工作者大量的体力，且在野外摄影时也存在一定安全隐患，而无人机摄影测量技术能够有效解决上述问题，实现对特定区域内的景象进行摄影和测量，提高了影像信息获取的速度和质量。

在输电线路测量工作中，无人机数字摄影测量技术常用于线路勘测和线路巡检两个方面。

线路勘测方面，无人机摄影测量技术可实现对特定区域的详细测绘，通过对无人机摄影装置获取的图像进行加工和处理，利用生成的正射影像图或立体模型进行室内选线，同时可生成粗略的线路平断面图并进行预排杆位，在设计人员确定最终方案后再进行手工细切断面，外业人员结合工测方法进行一次终勘定位，检测断面、边线等细节，最后可得到高精度的线路平断面图和塔基图[11]。

线路巡检方面，常利用无人机巡检系统对架空输电线路本体和附属设施的运行状态、通道走廊环境等进行巡视和检测，可检测出输电线路是否存在绝缘子自爆、塔基被埋、线路位移、金具脱落、锈蚀、缺失、油漆漏涂等各类缺陷。

一个先进成熟的无人机巡检系统应当具备无人机设备管理、数据管理、智能操控、智能传感、智能分析和作业可视化调度等各模块，具有安全、稳定和便携等特征，可实现无人机的飞行智能化、数据处理自动化等功能。

目前，输电线路巡检工作已逐渐从单纯的“人巡”模式向“机巡＋人巡”协同巡检模式不断过渡，未来还会向“有人机+无人机+人巡”协同作业方向发展。

无论是线路前期勘测还是后期运维巡检，通过应用无人机技术，大大节省了人力和时间成本，提高了野外作业效率。

虽然目前无人机应用还存在标准制度不完善、数据智能化分析水平较低、现场作业风险较大、人员培训有待加强等客观问题，但依然不影响其在电力领域越来越广泛地进行应用。