李邱林，杜全維，董武鐘

(四川電力設計咨詢有限責任公司，四川 成都 610016)

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Nova MS50創(chuàng)新全站掃描儀在高海拔光伏電廠地形測量中的應用研究

李邱林，杜全維，董武鐘

(四川電力設計咨詢有限責任公司，四川 成都 610016)

高海拔區(qū)域光伏電廠建設的過程中，地形圖是規(guī)劃設計及工程量計算所必需的基礎(chǔ)資料，快速獲取良好現(xiàn)勢性的地形圖，決定了工程的順利實施。結(jié)合親身工作實際，利用Nova MS50，針對某大型光伏電廠進行了測圖實踐，并進行了精度與作業(yè)效率分析，驗證了其在工程實例應用中的可行性，對測繪單位進行特定條件下高海拔山區(qū)測量有一定的借鑒意義。

Nova MS50；掃描儀；高海拔；光伏電廠；地形測量

1 引 言

“十三五”期間我國在能源領(lǐng)域的工作重點和主要任務是，在保護生態(tài)的前提下積極發(fā)展水電，在確保安全的基礎(chǔ)上高效發(fā)展核電、大力發(fā)展新能源，加快能源工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐，努力提高清潔能源生產(chǎn)能力。光伏是可再生和清潔的能源，屬國家產(chǎn)業(yè)政策支持的項目，開發(fā)太陽能符合國家環(huán)保、節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展政策,光伏電廠項目在未來一段時間將與日俱增。

光伏電廠建設的過程中，地形圖是規(guī)劃設計及工程量計算所必需的基礎(chǔ)資料，快速獲取良好現(xiàn)勢性的地形圖，決定了工程的順利實施。圖1是高海拔光伏電廠站址，測量區(qū)域大體地物單一、視野開闊，如果采用常規(guī)的測量方式，勞動強度大、效率低，有沒有更好的手段能夠自動快速地完成測量？在工程測繪領(lǐng)域，全數(shù)字航空攝影測量、機載激光雷達、CORS等技術(shù)的成熟，豐富了地形圖的獲取方式，但由于經(jīng)濟成本、地理位置因素，并未得到大范圍的推廣普及。Nova MS50創(chuàng)新全站掃描儀的出現(xiàn)，為地形圖的獲取方式提供了一種新的、快捷的、經(jīng)濟的途徑。MS50掃描距離可達1 000 m，設站后設定掃描區(qū)域，儀器自動掃描，測量人員等著收儀器即可。本文筆者結(jié)合親身工作實際，利用Nova MS50，針對某大型光伏電廠進行了測圖實踐，并進行了精度與作業(yè)效率分析。

圖1 光伏電廠場地全貌Fig.1 The site panorama of PV Plant

2 Nova MS50全站掃描儀及測量精度

2.1 此儀器的優(yōu)勢

徠卡Nova MS50創(chuàng)新全站掃描儀是功能全面的革命性解決方案，它集成了高精度全站儀技術(shù)、高速3D掃描技術(shù)、高分辨率數(shù)字圖像測量技術(shù)以及超站儀技術(shù)等多項先進的測量技術(shù)，能夠以多種方式獲得高精度的測量結(jié)果，應用范圍得到了空前的擴大。它有以下優(yōu)勢：

1)是全站儀有超越目前全站儀的新技術(shù)。

采用源自航天的WFD激光測距技術(shù)，測量精度高，免棱鏡測量距離高達2 000 m，測距速度提高了一倍。

2)是掃描儀有超越傳統(tǒng)掃描儀的高精度。

掃描速度最高可達1 000個點每秒，掃描距離可達1 000 m，100 m處點位精度可以達到0.8 mm的高精度。

3)是圖像測量系統(tǒng)有超越傳統(tǒng)圖像測量系統(tǒng)的高效率。

具有廣角相機和望遠鏡相機，廣角相機市場廣闊，用于粗略照準，定義掃描區(qū)域及拍攝全景圖，望遠鏡相機具有自動對焦功能，能實現(xiàn)快速精確照準。

4)可作超站儀能實現(xiàn)無標志創(chuàng)新測量模式。

能夠與徠卡GNSS組合成超站儀，進行GNSS測量，實現(xiàn)MS50高站及定向，顛覆“先控制后碎步”的傳統(tǒng)測量模式。

圖2 MS50全站掃描儀Fig.2 MS50 total station scanner

2.2 此儀器誤差來源

Nova MS50全站掃描儀進行地形測量的誤差來源與普通全站儀進行地形測量的誤差來源一樣，其主要誤差來源有四方面[1-3]：

1)測角誤差：測角誤差包含儀器固定誤差如儀器三軸誤差、對中誤差及照準誤差等。

2)測距誤差：測距誤差包含比例誤差、固定誤差和周期誤差，儀器的標稱精度表達式為

mD=a+bD

式中：mD為測距中誤差(mm)；a為固定誤差(mm)；b為比例尺誤差系數(shù)(mm/km)；D為測距長度(km)。

3)測角測距誤差對點位誤差的影響：根據(jù)工程測量規(guī)范，測點中誤差公式為

4)三角高程測量誤差：三角高程測量計算公式為

H=D×tanα+(1-k)D2/2R+I

式中：H為地形點高程(m)；D為水平距離(m)；α為高度角(°)；k為大氣折光系數(shù)；R為地球半徑(km)；I為測站高程加儀器高(m)。

由公式可得高程中誤差：

3 工程實例分析

某大型光伏電廠項目位于川西高原，站址總體呈西北走向，長約1.5 km，寬約300～500 m，面積約4.0 km2，場地內(nèi)地勢總體西北高，東南低，高程4 150～4 230 m，地形坡度5°～10°，測區(qū)海拔高，植被稀少，土地類型為草地。為了說明Nova MS50在高海拔山區(qū)測圖的優(yōu)勢，從測量成果精度和測量效率兩個方面進行分析。

Nova MS50采用常規(guī)全站儀設站方式進行架設定向，然后對掃描區(qū)域及間隔進行設置，單人即可完成儀器操作。儀器掃描分為兩個步驟：首先拍攝全景圖，MS50自動拍攝選擇的范圍，自動將照片組合成全景圖，全景圖提供后期點云的RGB色彩信息；然后根據(jù)預設的間隔進行掃描。部分通視條件不好的區(qū)域或者沒有測量數(shù)據(jù)的較遠的點，無需更換設備，可以直接采用免棱鏡功能對未能直接掃描的低洼處和特征點進行補測[4]。

3.1 測量精度比較

在實際測圖過程中，作為比較，分別采用RTK(Leica GS15標稱精度平面10 mm+1 ppm，垂直10 mm+1 ppm)和Nova MS50兩種方式進行測量，測量數(shù)據(jù)500多組，構(gòu)成一個大樣本數(shù)據(jù)。為了使數(shù)據(jù)精度分析具有高的可信度和統(tǒng)計意義，在這些樣本中隨機的抽取出20組用于統(tǒng)計比較。兩種方式測量結(jié)果的精度比較如表1所示。

由表1和圖3分析，在20組RTK和Nova MS50測量數(shù)據(jù)的點位精度，其點位差在8 mm到20 mm，高程差在2 mm到25 mm。

根據(jù)《數(shù)字測繪產(chǎn)品檢查驗收規(guī)定和質(zhì)量評定規(guī)范(GB/T18316—2001)》對表1的數(shù)據(jù)進行分析[5-7]。

平面精度采用公式：

式中：(Xi,Yi),(xi,yi)(單位m)分別為RTK和Nova MS50測量的平面坐標；n為檢核點個數(shù)。

算得MS=14.28 mm，平面精度小于規(guī)范50 mm的要求。

高程精度采用公式：

式中：Hi和hi分別為RTK和Nova MS50測量的高程(m)；n為檢核點個數(shù)。

算得MH=16.51 mm，高程精度小于規(guī)范30 mm的要求。

由以上的數(shù)據(jù)分析可得，Nova MS50全站掃描儀測量的精度是可以滿足大比例尺地形圖測圖精度要求的，在實際測圖中可以采用Nova MS50全站掃描儀進行地形測量。

表1 RTK與MS50測量數(shù)據(jù)對比

注：表1中數(shù)據(jù)已經(jīng)過保密處理，但不影響數(shù)據(jù)分析

圖3 RTK與MS50數(shù)據(jù)較差值對比Fig.3 The comparison chart of data comparative difference between RTK and MS50

3.2 測量效率比較

在項目所在區(qū)域，選取相似區(qū)域400 m×400 m測量范圍，分別采用RTK和Nova MS50兩種方式測圖，其對比表格見表2。

由表2分析，在高海拔電廠地形測量中，MS50測圖不僅減少了人員、設備的投入，而且作業(yè)效率遠遠高于RTK。

表2 測圖效率比較

圖4 光伏電廠地形Fig.4 The topographic map of PV power plants

3.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)成圖

Nova MS50外業(yè)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，以固定格式存儲數(shù)據(jù)，利用南方CASS7.1成圖軟件展繪野外高程點，建立DTM，生成三角網(wǎng)，繪制等高線，編輯成圖。最終的光伏電廠地形圖和實地比對，吻合程度高，很好地反應了實際地形(圖4)。

4 結(jié) 語

結(jié)合工程實踐，通過RTK與MS50全站儀測量成果精度與測圖效率的對比，MS50全站儀測量成果滿足規(guī)范中對大比例尺測圖的精度要求，證明MS50全站儀在高海拔山區(qū)進行大比例尺測圖具有較強的優(yōu)越性，在地表裸露或植被稀少地區(qū)的數(shù)字化地形測量的工作效率遠遠高于利用RTK進行數(shù)字測圖，對測繪單位進行特定條件下高海拔山區(qū)測量有一定的借鑒意義。隨著Nova MS50在測繪中逐漸被普遍使用，它的應用領(lǐng)域值得人們進行深入研究。

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The Application of Nova MS50 Innovative Total Station Scanner to Measuring PV Power Plant of High Altitude Terrain

Li Qiulin,Du Quanwei,Dong Wuzhong

(SichuanElectricPowerDesign&ConsultingCo.,Ltd,ChengduSichuan610016,China)

In the process of constructing high-altitude region PV plant,topographic map is the basic information of planning design and engineering calculation. It will determine the successful implementation of the project to get current potential topographic map quickly. In this paper,the author combining his own practical work ,with the help of Nova MS50,conducted a mapping practice for a large-scale photovoltaic power plant,and analyzed the accuracy and operational efficiency. It testified its feasibility in the application of engineering practice and had a certain referential significance to measuring high altitude mountain under certain condition for surveying and mapping units.

Nova MS50; scanner; high altitude; PV power plants; topographic survey

1672—7940(2016)06—0808—05

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.06.020

李邱林(1971-)，男，高級工程師，主要從事工程測量方面的研究工作。E-mail:1060523669@qq.com

P217

A

2016-05-05