免棱镜全站仪在送变电施工中的应用与开发.pdf

2 0 1 1 年第 2 期 上 海 电力 免棱镜全站仪在送变电施工中的应用与开发 于天 刚 ， 钦 曦磊 ( 上海送变 电工程公司 ， 上海 2 0 0 2 3 5 ) 摘要 ： 随着科技进 步， 高精度激 光测量技术在送变 电施 工中应用越来越广泛 ， 长距离免棱镜 全站仪的应用 ， 为工程测量 、 施工工艺等提供 了多种革新方法 的可能 。通过分 析与实测 ， 将各种施 工测量 中常用的工况进行 编程存入选定 的设 备 ， 结合全站仪免棱镜测量的特性 ， 使 一些 以往 难以测量 的工 况实现精确测量 ， 一些常用测 量方法得以简化 ， 实现 了单人测量 ， 并借此辅助计算 简化了部分施 工方法 。免棱镜 全站仪还 可用 于运行和维 护 等 多种 场 合 ， 对 推 进 送 变 电 工 程 的 建 设 ， 具 有 重 大 意义 。 关键 词 ： 送变电施工 ； 数学模 型； 免棱镜全站仪 ； 单人测量 ； 程序 ； 界面 中 图分 类 号 ： TM7 2 6 文献 标 志码 ： B 送 变 电施 工 中测量 工 作 量 很 大并 且 是 质 量 、 安全控 制 的重要 手段 ， 随着测 量设 备技 术 的进步 ， 传 统测 量方法 有变 革 的迫切需 求 。市场 上也 相继 出现 了多种 精 致 小 巧 实 用 的便 携 式 专 用 测 量 仪 器 ， 经 过使 用 发 现 ， 这 类 产 品在 有 效距 离 、 测 量 精 度上 无法 满 足 线 路 施 工 大 档 距 、 旧 线 路 ( 反 射 不 足 ) 、 高精度 场合 等条 件下 的需 要 。本 文探 讨 了如 何利用 免棱 镜全 站仪 的免棱 镜 方式 和内置 芯片 强 大 的计 算功 能 ， 预 设线 路常 见测 量工况 模式 ， 并结 合工程 项 目与相 关 单 位 合 作完 成 ， 使 之 成 为 一种 为送 变 电施 工及 检 验 测 量需 求 定 身 打 造 的 ， 可单 人 操作 完成 测量任 务 的高精度 测 量设备 。 l 免棱镜全站仪 的特点 免棱 镜全 站仪 的特 点如下 ： 1 )免棱 镜 全 站 仪 是标 准 的 高精 度 测 量 仪 器 可 同时 使 用棱 镜 、 反 射 膜 、 无棱 镜 等 状态 测 量 ， 在 免棱镜 状态 下标 称有效 测 量距 离 一 般 可达 3 0 0 5 0 0 m， 拓普康 G P T 一 7 5 0 0系列 ， 在 超 长 无 棱镜 状 态下 的 有 效测 量 距 离 可 达 8 0 0 1 0 0 0 m。经 过 测 试 ， 在无棱 镜模 式下 ， 与 卷尺 、 棱镜 复核 比对下 ， 测 量结 果相差 很 小 。 2 )免 棱镜 全 站 仪使 用界 面友 好 测 量 面板 是 双面 的 ， 可 以前后 两 面 同时观测 和操作 ； 面板 提 供 了按键 和液 晶 触 摸式 两 种 输 入 方式 ， 菜 单 符 合 操作 习惯 ， 提示 明确 ， 便 于操作 。 3 )免棱 镜 全 站 仪 可 单人 操 作 且 测 量 方便 原本需要 多人测 量 的工 作 ， 现 在 一个 人 即可 完成 ， 并可 以直接 输出需要多次 计算的复 杂数据 ， 如 测量 交叉跨越数 据 ； 可以完成一些 以往 因无 法到测 点摆 放 棱镜而不 可能实现精确测量 的项 目， 如 湖面上 的 交叉跨越， 运行线路上的间隔棒距离等场合。 4 )免 棱镜 全 站 仪 存在 编程 预 置 可 能 设 想 在 厂 家预设 了部 分 常 用 的测 量 工 况 ， 如 两 点相 对 根据现场用 电负荷的实 际分 布情况 ， 考虑 到保 证 临时用 电的安 全性和 电源 布置方 面的美观性 ， 在 一 1 1 5 m层 和一2 6 5 m层 沿墙布置有 2段架空母 线 。该 2段母线 的进 线电源均来 自箱变 。 母 线 A、 B、 C、 N 相均 采用 9 5 mm 的 电源线 ， 分别为黄色、 绿色、 红色 、 蓝色 ； 电源线使用铁绑线 固定在 2号绝 缘子 上 ， 绝 缘子 则 固定 在 支架上 ， 每 档支 架上 安装 有两 个绝缘 子 ， 中心距 离 为 2 0 0 mm。沿墙 侧 每 隔 6 n安装 一 个 支 架 ， 用 以将 母 线 固定牢 固。 3 实施 效 果 实施 后 的临 电系统 用 电负荷分 配 、 分 布合 理 ， 没有 产生 配 电箱 “ 哄抢 ” 和“ 无 人 问津 ” 的情 况 ， 各 配电箱采用架空电缆 的连接方式使得地面作业车 辆 ( 液 压车 、 铲 车 、 劳动 车 等 ) 横 跨 作 业 通 道 时 便 捷 安 全 ， 并 体 现 了 良好 的文明施 工状 态 。 收 稿 日期 ： 2 0 l 1 一 O 2 一 O 7 作者简介 ： 龚文豪( 1 9 7 8 一 ) ， 女 ， 工程师 ， 从事 电气安 装项 目 管 理 工 作 。 ( 编 辑 ： 吕 斌 ) 一 1 1】一 上 海 电力 2 0 1 1 年第2 期 位 置 的测 量 、 面积测 量等 方式 的基础 上 ， 预设 送 变 电施工 常见工 况 的测 量 、 计 算模 式 ， 测 量 时通过 面 板 模式选 择 ， 根据 提示 相应 测 量 即 可得 到 需要 的 数 据 。经过 与相应 合 作 伙 伴 的不 懈 努 力 ， 在索 佳 的一个 品牌上 找到 了突破 ， 后根 据需要 ， 选择 了同 样 可 以实 现编 程 的拓 普康 品牌 。 实现 编程 定制 测 量 方式 非 常 重要 ， 可在 测 量 现 场根据 提示 测量 或 输 入参 数 ， 直 接 读 出所需 的 测 精计算 的结 果 ， 无需 像 以往 那样 将 大 量 中 间过 数 进 行 复杂的手 工计算 或带 回驻 地用 电脑软 什 汁钟 ： J i n n 编制 数据保 存 的模 式 ， 便于需 要 时 代 J 定 编 的 安 装 文 件用 U 盘插 入 全 站 仪 L S l j 拨 1 仪 I 全站仪 界面 巾“ 我 的 电脑” 进行 操 作 像 山I U呐 一 样 安装 输 入 注册码 后几秒 钟后 他 奠装 使川 。 2 测量工况可与免棱镜仪器测量相结合 送 变I 乜 施 i 过程 巾 的测 量 如 ： 定 位 、 复 测 、 分 坑 等 多点测 量 需 多 人配 合 ， 也 是循 序 渐进 的 ， 分 析认 为有棱 镜 的方式 更为适 合 。主要在 测点 可见 但不 可达 到 ( 如 弧垂 点 ) 、 到 达 比较 困难 ( 如 构 架 、 铁塔 挂点 ) 、 平 时依靠 估 计 ( 如交 叉 跨 越 点 ) 、 依 赖 辅助 计算 的 ( 如 拉线 对 带 电导线 距 离 ) 等 的状 态 ， 非 常适 合免 棱镜测 量 。 结合相 关仪器 的测 量特 点 、 常用 的计 算方 法 ， 通过解 析上 述送 变 电 施 工需 要 的 测量 工 况 ， 可 以 归纳 为点对 点 、 点 对线 、 线对 线 、 弧 垂测 量 、 线 长测 量等模 式 ， 并 通 过 建 立 数 学 模 型 ， 分 别 编 程 。 当 然 ， 对 导线 曲线按 照 悬 链 线 或抛 物 线 两 种模 式 均 进行研 究 比对 ( 三点 可 确 定 ) 确 定 空 间模 型 ； 对 短 距离 导线按 照需 要测 量 范 围 内近 似直 线 ( 两 点 可 确定 ) 确定 空 间模 型 。 3 工况数学模 型分析及测量方法 3 1 点与 点 点对点 测量 主要 用于下 列工 况 ： 1 )两塔之间关系测量 ， 如 档距 、 高差 、 倾角等 ； 2 )间隔棒 之 间的安装 距离测 量 ( 近似直 线 ) ； 3 )防振锤 的安装 距离 测量 ( 近似 直线 ) ； 4 )两相导线 的间距测 量 ； 5 )两分裂 导线 的间距 测量等 。 上述导 线 间距 测量 也可 在线对 线模 式 中精 确 实现 。 一 1 1 2一 以两塔 之 间关 系 为例 ： 如图 1 ， 测 量 两 塔挂 点 A( x l ， y l ， z 1 ) ， B ( x 2 ， y 2 ， z 2 ) ， 则 输 出 ： 档距 l 一( ( x l x 2 ) +( y l y 2 ) 。 ) ； 高差 h AB S ( z l z 2 ) ； 高差角 一a r c t a n ( A h 1 ) 软件 测 量 主 界 面 ， 设 计 有 “ 点 对 点 ” 、 “ 点 对 线 ” 、 “ 线 对线 ” 、 “ 弧 垂 测 量 ” 四种 测 量模 式 。点 击 “ 点对点 ” 模 式进入 界 面 ， 精 确 瞄准 测量 “ 点 1 ” 后 ， 点 击界 面左 下角 的“ 测 量” ， 进 入“ 测 量” 界面 。 图 1 两挂 点 位 置关 系测 量 模 型 测量 界 面有反 射模 式或测 量模 式两 种方式 选 择 。反射 模式 有 棱 镜 、 无棱 镜 和 超 长 无棱 镜 三 种 模 式 ； 测 量模 式有精 测 和粗测 两种模 式 。点击 “ 测 量 ” 按钮 ， 全站 仪 开始 测 量 ， 测 量 过 程 中 右下 角 的 “ 测量” 不 可进 行修 改 ， 但 反射 模式 可 以进 行修 改 。 测 量成 功 后 测 量 “ 点 1 ” 的三 维 坐标 和距 离 、 角 度 信 息会显 示在 相应 的文 本框 中 ， 如 图 2 所 示 。 图 2点 1测 量 实 例 此 时点 击“ 确 定” 按 钮 ， 界 面 自动跳转 到“ 点 对 点 ” 测 量 界 面 ， 并 准 备第 二 个 目标 “ 点 2 ” 的测 量 。 同样 ， 单 击“ 测量 ” 进入 第二个 点测 量界 面 ， 再次 点 击 “ 测量 ” ， 全 站仪 开始测 量第 二个 目标 点 ， 测量 成 功 后“ 点 B ” 的三 维 坐 标 和距 离 、 角 度信 息 会 显 示 在 相应 的文本 框 中 ， 再 次点 击 “ 确 定 ” 后 “ 点 1 ” 和 “ 点 2 ” 的斜距 、 平距、 高差和倾斜角会显示在相应 的文本框 中。点 1点 2 测 量结 果如 图 3 所 示 。这 里说的倾斜角指的是位于低处的点指向高处点的 2 O 1 1 年第2 期 上 海 电力 仰 角 。 图 3“ 点 1点 2 ” 测 量 实 例 3 2 点 对线 交叉跨 越测 量 中导线 对树 顶或 房顶 的最 近距 离测 量 ， 即通过 空 间已知一 个坐 标点 ( 树顶 、 房 顶 、 房角 、 电线 杆顶 等 ) 对 一条 已知 两测量 点 的直线 的 垂线距 离 的计算 。 如 图 4， 测 线 路 上 两 个 临 近 测 点 A( x l ， y l ， z 1 ) ， B ( x 2 ， y 2 ， z 2 ) ， 在被 跨 越 物 ( 如房 屋 、 树 木 等 ) 选 一个 测点 C ( x 3 ， y 3 ， z 3 ) 。将 问题 抽 象 为空 间点 C到直 线 A B的垂 线长 L， 直接 输 出 L的数值 ， 这 样 的测 量从理 论上 更精确 。 C ( x 3 ， y 3 ， z 3 ) e 图 5点 对 线 测 量 实 例 交 叉跨 越测量 中导线对 被跨 越导 线 的最 近距 离测量 ， 即通 过空 间 已知一 条 ， 已知两测 量点 的直 线 与另 一条 已知两 测量 点 的直线 的公垂 线距 离 的 计 算 ， 同理可 用 于一 条 拉 线对 一 条 有 电线 路 的最 小距 离测 量 ， 确定是 否满 足安 全距离 等重要 应用 。 在两 条空 间异 面悬链 线上 各取 两个点 A( x l ， y1， z 1)， A ( x 2， y2， z 2)， B( x 3， y 3， z 3 )， B ( x 4 ， y 4 ， z 4 ) ， 这样 就把 问题 转换 为求两条 空 间异面直线 A A、 B B的公垂线长 ， 如 图 6所示 。 2 ) 拉线对有电线路情况 图 4 线 路 上 点 对线 测量 工 况 模 型 点击 主界 面“ 点 对线 ” 按钮 进 入相 应 的点 对线 测量界 面 ， 默认 是先测量第 一个点 。旋 转全 站仪使 之大致 瞄准第 一个 测 量 点 C ， 然 后 旋 紧制 动 旋钮 ， 有 调节水平 和竖直微动旋钮 精确 瞄准测 量点 C， 点击 界面左下角 的“ 测 量” 按钮 ， 全站 仪 开始 测 量 ， 测 量 成功后测量点 的三维坐标 和距 离 、 角度信 息会显 示 在相 应的文本 框 中如 图 5 所 示 。用 同样 方法 测 量 直线所在的“ 线 1 ” 和“ 线 2 ” 两个点， 全部测量完成 后 ， 点击 “ 确 定” 后 ， 则 “ 点 1 ” 到点“ 线 1 ” 和 点“ 线 2 ” 所确 定的直线 L的距离显示 。 3 3 线对线 图 6 线对线测量工况模型 设空 间直 线 L 1 、 L 2 分 别 为 ： l Y Y1 2 “ 1 1 n l P1 一 -T 2 一 Y Y2 一z z2 m2 f 2 户2 则 L 1 、 L 2的公 垂线 长为 ： L一 ( 2 一 1 ) + 2 t 2 一y r l 1 t 1 。 + ( 2 一Y 1 ) + 2 t 2 一， z 1 t 1 + ( 2 一 1 ) +P 2 t 2 一P 】 t 1 。 上 海 电力 2 0 1 1 年第2 期 式 中 点击主界 面“ 线 对线 ” 按 钮进 入相 应 的测 量界 面 ， 如图所示 。按照上述方法依 次测量“ 线 1点 1 ” 、 “ 线 1 点 2 ” 、 “ 线 2点 1 ” 和“ 线 2点 2 ” 4 个点 ， 测量 完 成后 点击“ 确定 ” ， 则线 1 和线 2 之 间最短 的距离会 显示 在“ 线线距” 文本框 中， 如 图 7实例所示 。 图 7 线 对 线 测 量 工况 模 型 3 4驰度测 量 采用线 外法 测量 ， 将 架空 线 作 为 空 间一 条 悬 链线 或抛物 线建 模 ， 测 量档 内导线 三点 ( 两边 挂点 和线 档 中心 点 ) ， 计 算确 定该 档导线 的驰 度值 。该 方法 是一 种非 常便 利 的测 弧垂 方 法 ， 但 在 以往 的 仪器 设备 条件 下很 少 用 到 ， 也 只有 这 种 无棱 镜 全 站仪 能够 方便 的 实现 ， 无 须 跑 到架 空 线 正 下方 进 行 测量 ( 无论是 档 端 、 档 外 、 档 内角度 法 以及平 视 法都 需将 测点 设在导 地线 正下方 ) ， 无 需其他 辅助 数 据 ， 大 大节省 了人力 ， 提 高 了工 作效率 。 在设 计转 换方法 、 编 程 以及 实地测 量过 程 中 ， 分别 对悬链 线 、 抛 物线 模 型 的中心 点 法 和 最低 点 法 进行过 分析 和 比对 确认 ， 因此 ， 在程序 主界 面设 置 了多 种计算 方法 ， 例如 ： 弧垂 测 量方 式 设 有 “ 最 低 点法” 和“ 中心点 法 ” ； 弧 线 测 量方 式 设 有 “ 抛 物 线法 ” 和“ 悬链 线 法 ” 。其 中 ， 中心 点 法 方便 可 靠 ， 一 1 1 4 测 量非 常简单 ， 不受 目视 视差 干扰 。 中心点法 是根 据 空 间三 点确 定 一 条 抛 物线 ， 计算两侧挂点连线 中点垂线向下与弧线的交点的 距 离 。如 图 8所 示 ， 测 量两铁 塔 挂点 A、 B ， 测 得 A ( x l ， y l ， z 1 ) ， B ( x 2 ， y 2 ， b 2 ) ； 计 算 出 ( x l +x 2 ) 2 ， 从 A、 B任一 点 向档 内旋 转到 该坐标 ( 仪器 上用 + 一 指示 到 0时 ) ， 找 到架 空 线 上对 应 的 点 D， 测 出 其 坐标值 D( x 3 ， y 3 ， z 3 ) ， 输 出计 算 值 厂一 2 ( z l + z 2 ) 一 z 3 A A B B 图 8 中 心 点 法 弧 垂 测 量 模 型 进入相 应 的测 量 界 面 ， 测量 第 一 个 点 的 三维 坐标 和距 离 、 角度 ， 数 据 显 示在 相 应 的文 本框 中 。 用 同 样 方 法 测 量第 二 个 点 ， 即另 外 一侧 的挂 点 。 两个 挂点 测量 完成后 ， 在 开始取 中量 界面单 击“ 取 中” 按钮 ， 界面 中 HA 文本 框 中会 出现 全站 仪应 水平 转 动的角 度 ， 此 时旋 转 全 站 仪 使 该文 本 框 中 的值 为 大致为 零 ， 然 后旋 紧水平 制 动旋钮 ， 调节水 平微 动旋 钮 ， 使 之 精 确在 0值 附近 ， 然 后 点击 “ 停 止 ” 按钮 准备 测量 中心点 ， 旋 动望远 镜竖 直度盘 精 确 瞄准 电力线 上对 应 的点 ， 该 点 即为 中心 点 ， 测 量 该 点 ， 测 量完 成后 点 击“ 确 定 ” 按 钮 则 弧 垂距 将 显 示 在对 应 的文 本框 中， 如 图 9所示 。 图 9 测量实例 2 0 1 1 年第 2 期 上 海 电 力 3 5弧 线 ( 线 长 ) 测 量及 重要应 用 点与 点 ( 挂 点) 之 间 的线长 ( 悬链 线或 抛物线 ) 测量 计算 。测量 已知 两挂 点 ， 输 入设计 弧垂 值 ， 用 孤立 档金具 串的公式处 理 ， 再输 入金具 串长度 、 金 具 串重 量 、 金具 串 串数 、 导线 比重 、 导线 分 裂 数 等 数 据 ， 即可输 出 中间导 线 的长度 ， 可满 足地 面直接 断线压 接再挂 线 功 能 ， 免 去 了挂 线一 画 印一 断线 压 接一 紧线 的步骤 ， 即改进 了传统 的施 工方 法 ， 尤 其 适用 于站 内构 架 间母 线 的施 工 ， 线 路 孤 立档 架 线 施工 ， 在减 少停 电配 合时 间方 面也有 重要 意义 。 如 图 1 O所 示 ， 测 量 档 两 端 铁 塔 挂 点 数 据 A ( x l ， y l ， z 1 ) ， B ( x 2 ， y 2 ， z 2 ) ， 所 需 输 入 参 数 为 耐 张 串长度 ， 。 为 耐张 串单位 自重 ( N m) ； 为导 线 单位 自重 ( N m) ； f o 一设计 弧垂 ， 计 算 线 长 L一1 c o s +l 。 c o s K ( 2 4 H ) ， 式 中 ： K 为挂 点 两端 连 有耐 张 串时线 长的增 加 系数 ； H 为水平 张力 ， K一 1 +1 2 ( 。 一1 ) ( A 1 ) +8 ( o 叫一 1 ) ( t O o 叫一2 ) ( x 1 ) 。 ， Hl h w ( 8 fo s i n e ) 。 图 l O 孤立档驰度现场测量模型 如 图 1 1所示 的界 面 ， 首 先测 量 两个 挂 点 ， 即 界 面 中的“ 点 1 ” 和“ 点 2 ” ， 然后 再在 界面 中输人 相 应 的参数 ， 完成 后点 击“ 计 算 ” 则 线长 L将显 示 在 图示 界