丁志鹏，王剑波，史晓霞，张龙
国网山东省电力公司五莲县供电公司，山东 262300
摘 要：在进行配网工程的前期勘查初设工作时，需要先对线杆进行定位，然后再在定位好的位置进行线杆坑的挖掘工作。在实际开挖过程中存在杆坑位置土层下有岩石，导致无法继续开挖，需重新进行定位的情况。为了能提前得知开挖地点的土层信息，并同步完成地理位置的坐标定位，设计了一种配网勘查杆距测量仪，该测量仪可精确探测地下土质信息，探测到土层内岩石时会报警，并且在液晶显示屏上能实时显示探测点的坐标信息，测量仪操作简单，实用性很强。
关键词：配网勘查；杆距测量；土质；地理坐标
1 引言
在进行配网工程的前期勘查初设工作时，存在杆坑定位后，在开挖过程中发现定位位置底下的土层内存在岩石，导致无法继续开挖，从而导致杆坑定位失败，需重新进行定位，严重的甚至导致整个设计方案失败。因此对电杆杆坑选址进行精准定位、距离测量，并在图纸中进行精准标注，减少设计偏差，提升初设一次成功率显得尤为重要。通常初设现场设计人员需要先用专门的探地雷达对可能的杆坑位置进行探测，在确认杆坑周围规定深度的土壤内没有岩石层，可以进行杆坑挖掘的位置进行杆坑精确定位，然后使用激光测距仪的激光标定方法进行杆距定点测量，其原理是仪器在观测点将激光发射后并接收触碰到被测物体后反射回的激光，换算后可测算两参照物间的距离。该勘查过程需要使用多台设备、多人协同完成，工作费时费力，效率较低。
针对现有技术的上述不足，设计了一种配网勘查杆距测量仪，以解决上述技术问题。该配网勘查杆距测量仪，包括采集测量模块、数据分析模块、数据输出模块及电源模块，其中采集测量模块包括土质雷达探测模块、定位信号接收模块、基于GSM的蜂窝定位信号接收模块、温度采集模块及加热模块，数据分析模块负责对采集到的土质信息和定位信息数据进行处理，数据输出模块为LCD显示屏，用于显示定位信息、土质信息及温度信息，电源模块采用便携大容量电池进行供电。
配网勘查杆距测量仪的岩石雷达探测模块通过探地雷达天线，将电磁波发送至地下，如果探测到底下有岩层，报警指示灯点亮，同时蜂鸣器报警；测量仪的定位系统采用高精度的亚米级卫星定位模块，支持GPS+北斗多卫星定位系统，双系统可同时搜到22颗卫星，大大提升了定位精度；温度采集模块实时采集测量仪的温度，如果低于5℃，则开启加热模块，从而保证卫星定位模块一直处于最佳的运行温度，加快了卫星定位的速度，扩大了测量仪的使用范围；电源模块采用大容量的便携式可充电锂电池，保证了测量仪的续航能力，延长了测量仪的使用时间。
2 配网勘查杆距测量仪原理
配网勘查杆距测量仪的主机部分负责数据的采集处理、GPS+北斗定位及坐标显示、GSM蜂窝定位、岩石层探地雷达探测、定位及报警指示、温度采集和加热模块控制、电源供电等工作，下面介绍一下各部分的工作原理及工作过程。
2.1 卫星定位模块
本配网勘查杆距测量仪的卫星定位模块是采用GSM/GPRS/GPS/Beidou 多功能模块，支持GPS+北斗多卫星定位系统，GPS+北斗双卫星系统同时可以搜索到22颗卫星，更多卫星参与计算，大大提高位置精度；内置低噪声放大器（LNA），采用陶瓷有源天线，无需供电电路；具有EPO TM离线辅助定位功能，可以通过下载预测的GPS轨迹数据大大缩短定位时间；支持秒定，额外支持NTP/NITZ时间同步，并能提供参考位置信息，实现4.5 秒的冷启动定位耗时。
本配网勘查杆距测量仪采用的是双系统定位模式，只需要读取“$GNRMC”模式的数据即可。
模块插入SIM卡，通过模块的GPRS通讯功能，可实现GSM蜂窝辅助定位功能，在有大型建筑物遮挡或者有大树遮挡、无法进行卫星定位的场合，GSM蜂窝辅助定位功能可向附近的移动通讯基站发送定位请求，获取基站的地理坐标，用于辅助地理坐标的定位。
2.2 岩石探测雷达模块
土壤探测雷达用于电杆开挖时在开挖位置对土壤开挖条件进行探测分析，利用电磁波进行土壤空间结构探测并将探测信息反馈到定点系统并激活定位测距模块。探地雷达模块探测土质采用的是瞬变电磁测深法。瞬变电磁探测是地球物理探测的主要手段之一，通过向地下发射电磁波激励地下目标，接收其产生的二次场，确定被测目标的物理参数。
由于土壤电导率比较大，属于良导电媒质，所以交变磁场在土壤中的衰减比较大，为了能够在接收端接收到足够幅度的信标信号，可以通过提高发射强度来增大接收端的信号幅度。本配网勘查杆距测量仪使用基于ZVS软开关并联谐振式逆变变换器技术，在发射线圈上产生大的谐振电流，从而得到很强的磁激励。
探测雷达模块的目的是探测土层中的岩石深度，即需要测试磁信号在土壤中的衰减大小，发射端是磁信号发射机，那么接收端收到的是磁信号，根据电磁感应定律：任何封闭电路中感应电动势的大小，等于穿过这一电路磁通量的变化率。因此我们在接收端设计采用多匝线圈作为接收磁信号场强探头，当发射机激励的磁信号穿过感应线圈时，能在感应线圈上感应出电动势。
当探测雷达模块探测到土层中有岩石层时，测量仪的报警指示灯亮，同时蜂鸣报警器响，提示探测到岩石，此地不适合杆坑的挖掘。
2.3 温度采集及加热模块
温度采集模块采用的是DS18B20温度传感器，测温范围 －55℃～+125℃，固有测温误差1℃。，独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，操作方便。
温度测量及升温模块用于探测当前装置温度，并通过加热实现在寒冷天气时提升不限于探测、信号接收时芯片的耐受适用性。
3 结论
配网初期的勘测阶段需要消耗大量的时间和人力物力，需要先进行地理坐标的采集，然后在标定的采集地点进行杆坑的挖掘工作。如果挖掘时发现土层下有岩石，则需要重新对地理坐标进行采集，在地图上重新进行标定，再一次对杆坑进行挖掘，有时候一个杆坑的挖掘可能需要标定好几个位置之后才能完成，非常繁琐。本配网勘查杆距测量仪具有地理坐标采集和土质探测雷达功能，在地理坐标采集时即可实时监测采集点的土层情况，如果发现土层下有岩石，随时改换杆坑的位置，杆坑地理坐标采集和土质情况探测一次完成，省时省力。如果探测到地下安全深度下没有岩层，则说明该地点可以进行杆坑挖掘。通过配网勘查杆距测量仪内置的卫星定位模块进行精确地理位置定位，得到该地点的经纬度坐标；探测仪通过两个不同地点的经纬度坐标，自动计算出两点之间的距离。配网勘查杆距测量仪内置的卫星定位模块支持北斗卫星、GPS卫星定位、SIM卡蜂窝定位，定位精确。内置的加热模块可扩大仪器的使用范围。通过实践证明，该测量仪土质情况测量准确，定位精准，仪器反应灵敏，操作简便，具有非常好的市场市场前景。
（作者单位：国网山东省电力公司五莲县供电公司）
参考文献：
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