一种输电线路工程水文气象勘测外业信息采集系统和方法与流程

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种水文气象勘测外业信息采集系统和方法，尤其是涉及输电线路工程水文气象勘测外业信息采集系统。

背景技术：

目前输电线路工程水文气象勘测外业工作需采集繁杂的水文气象信息，包括洪涝灾害、风灾、冰灾等气象灾害资料，工程区域内水利规划情况，洪水位、风速等逐年数据，逐基塔位的水文特征及微地形微气象情况……信息冗杂、形式多样。目前电力工程勘测设计行业缺乏外业信息查勘的商用软件级硬件设备；技术人员主要通过访问、调查等手段以纸质记录、手机拍照等形式进行信息采集，手写记录，手工录入，重复劳动，差错率高；个人工作习惯不同，信息采集不规范；资料存取分散，形式不统一，资料管理杂乱，大大制约了勘测设计工作效率和质量的提高，同时技术人员外出实施水文气象勘测外业信息采集时，不同工程不同地理位置，水文气象特征有可能不同，工程的水文气象条件亦会存在差异，而现场编录必须有针对性，以免现场编录人员盲目编录，浪费不必要的时间。因此如何提高水文气象勘测外业工作效率，促进外业工作的标准化、规范化和制度化，为输电工程精细化设计奠定信息基础成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是为从事输电线路工程水文气象勘测外业信息采集的技术人员提供一种理想的勘测手段，提高勘测的质量和效率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

在一方面，本发明提供了一种输电线路工程水文气象勘测外业信息采集系统，包括：外业信息采集装置和水文气象协同设计平台；

所述外业信息采集装置包括：工程管理模块、塔位管理模块、数据接收模块、数据采集模块、数据处理模块和数据上传模块；

所述工程管理模块，用于根据接收的预设工程属性新建塔位查勘工程项目，并负责对接收数据采集模块生成的记录表格进行管理，支持工程数据导出；还用于工程管理以及跟踪工程的进度情况和完成情况；

所述塔位管理模块，用于根据接收到的预先设定的塔位属性值自动识别塔位信息并新建塔位；根据选择的塔位编号显示塔位信息，所述塔位信息包括塔位的编号、塔位中心的经纬度、塔位占用面积、塔位勘测完成情况、水文气象条件；根据塔型、地理位置、水文气象条件、和完成情况对塔位分组；

所述数据采集模块，用于提供塔位查勘功能，包括按照接收到的塔位查勘条目采集相应信息录入；根据gps坐标信息获取特定水文气象条件的塔位查勘成果；

所述数据接收模块，用于接收下发的工程属性、塔位查勘条目以及塔位信息；

所述数据处理模块，用于将数据采集模块采集到的信息形成过程控制文件、塔位查勘记录表、水文气象调查表以及洪涝灾害调查表，并导出外业查勘报告；

所述数据上传模块，用于将采集到的信息上传到水文气象协同设计平台；

所述水文气象协同设计平台包括查勘条目编制模块、数据下发模块和数据接收模块；

所述查勘条目编制模块，用于在预先生成的查勘条目库中选择外业工作所需的查勘编录条目；

所述数据下发模块，用于将选定的查勘编录条目、工程属性和塔位信息发送至测量终端；

所述数据接收模块，用于接收外业信息采集装置上传的数据。

进一步地，所述外业信息采集装置还包括：塔位安全可靠性分析模块，用于对采集到的数据采用小流域洪水计算方法判断预设塔位处的洪水特性及安全可靠程度。

进一步地，所述外业信息采集装置还包括卫星图缓存模块，用于根据输电线路路径，选择缓存的区间、宽度、时间，自动缓存第三方提供的卫星图。

进一步地，所述外业信息采集装置还包括成果生成模块，所述成果生成模块用于绘制查勘记录表格，并对编录条目按照查勘记录表格进行组合分类，自动生成查勘记录表格及查勘报告供工程设计人员查阅分析。

进一步地，所述水文气象协同设计平台还包括账户信息管理模块，用于对使用外业信息采集装置的权限进行管理和认证。

在另一个方面，本发明提供了一种输电线路工程水文气象勘测外业信息采集方法，包括以下步骤：

确定需要查勘工程属性、塔位属性，并在预先建立的查勘条目库中确定外业工作所需的查勘编录条目；

根据塔位属性到达指定地点，并按照查勘条目库进行水文气象信息数据采集和录入；

根据所采集的信息分析判断，并优选塔位的实际位置，直至完成所有塔位信息采集及位置优选；

自动生成逐塔的查勘记录表格及查勘报告，完成外业工作。

进一步地，还包括根据采集到的数据计算小流域洪峰流量并根据洪峰流量判断塔位防洪安全可靠性；若可靠则可进入下一塔位的查勘，若不可靠则新建新的塔位；所述采集到的数据包括：塔位上游流域面积f、主沟的长度l，主沟的纵比降j，汇流参数m；

计算小流域洪峰流量并根据洪峰流量判断塔位防洪安全可靠性方法包括如下的计算步骤：

计算洪峰流量qm，计算公式为：

式中：qm为设计洪峰流量；为洪峰径流系数；sp为设计频率的雨力，τ为汇流时间，n为暴雨衰减指数；

式1-1中设计频率的雨力sp的计算公式为：

其中h24为设计频率的24小时暴雨量，n为暴雨衰减指数，查各省n值分区得n1、n2、n3；其中n值分区的暴雨衰减指数n由各省(区)实测暴雨资料分析定量,查当地水文手册可获得。

当τ≤1h时，n＝n1，当1＜τ≤6h时，n＝n2，当6＜τ≤24h时，n＝n3；

当tc≥τ时

当tc＜τ时

式中：τ0为时的汇流时间；tc为产流历时；μ为损失参数；m为汇流参数；

利用曼宁公式计算设计洪水位h，计算公式如下：

以上公式中：q是流量，其值为通过推理公式计算得来的设计流量qm；a是过水断面面积；n是地面糙率；r是水力半径，其表达式为:χ是湿周长；

其中a、r均为水位h的函数关系，在已知流量q的情况下通过试算得到设计洪水位h；

若h减去塔位高程的差值大于等于0，则防洪安全可靠；若h减去塔位高程的差值小于0，则防洪安全不可靠。

本发明所达到的有益效果：

1、本发明通过外业信息采集装置直接根据下发的信息新建工程并对工程管理，完成输电线路工程中需要采集的水文、气象两方面的信息实现记录电子化、显示图形化、方便以表格形式传输便捷化、分散资料的归并，有利于外业工作的电子化归档与查询；

2、本发明通过水文气象协同设计平台编制查勘条目库并将需要查勘的塔位的查勘条目以及塔位信息一起下发到外业信息采集装置实现了输电线路工程水文气象勘测外业信息采集系统将外业工作模式作了固化，制定了标准化的查勘条目库，提供了傻瓜式的选填模式，避免了人为经验、个人差错引起的查勘要点遗漏、判断误差等容易引起质量事故的事件发生；从源头上消除了设计数据人为出错的隐患；无纸化操作，也有效降低中间数据传递中的差错发生概率；

3、系统外业信息采集装置能够在整合以往水文气象外业勘测的经验，对输电线路工程中需要采集的水文、气象两方面的信息实现记录电子化、显示图形化、传输便捷化、分散资料的归并，有利于外业工作的电子化归档与查询，实现外业信息采集工作的标准化、规范化和制度化，优化人力资源配置，提高单兵作战能力，最大程度的运用电子设备，不再打印大量的图纸材料，无纸化作业减少人工记录和数据转换，降低了出错概率，促进外业勘测的可控与规范化，同时有利于资源节约和环境保护。实现与数据库的全流程对接，提高外业工作效率的同时，促进内业资料整理效率，进一步提升水文气象勘测的质量与进度，提高勘测成品质量，并能为其他行业的精细化设计提供支持；

4、本发明还包括根据采集来的数据信息并通过小流域洪水计算判断预设塔位处的洪水特性及安全可靠程度；进一步提高的选定塔位的可靠性和安全性。

附图说明

图1所示是本发明具体实施例外业信息采集装置与水文气象协同设计平台交互示意图；

图2所示是本发明具体实施例系统框架示意图；

图3所示是本发明具体实施例的系统模块示意图；

图4所示是本发明具体实施例的数据交互示意图；

图5所示是本发明具体实施例的成果展示示意图；

图6所示是本发明具体实施例的塔位管理示意图；

图7所示是本发明具体实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1、图2所示，本发明提供的输电线路工程水文气象勘测外业信息采集系统，包含：

外业信息采集装置和水文气象协同设计平台；本实施例中水文气象协同设计平台设置于pc端，外业信息采集装置为pad客户端。

pad客户端是数据采集来源，数据存储模式采用sqlite数据库，与业务模块接口采用实体类封装进行，便于实现业务逻辑的耦合性。sqlite是轻量级嵌入式数据库引擎，它支持sql语言，sqlite通过利用虚拟机和虚拟数据库引擎(vdbe)，使调试、修改和扩展sqlite的内核变得更加方便。采用xml(可扩展标记语言)可以直接导入导出数据，与pc断无缝对接，不存在跨平台问题，高效，便捷。

本实施例pc端的水文气象协同设计平台采用的是可视化的人机交互界面，用户通过系统菜单或功能按钮直接对软件发送操作指令。如图3所示，本系统包括以下功能模块：

外业信息采集装置包括：工程管理模块、塔位管理模块、数据接收模块、数据采集模块、数据处理模块和数据上传模块；

所述工程管理模块，用于根据接收的预设工程属性新建塔位查勘工程项目，并负责对接收数据采集模块生成的记录表格进行管理，支持工程数据导出；还用于工程管理以及跟踪工程的进度情况和完成情况；

所述塔位管理模块，用于根据接收到的预先设定的塔位属性值自动识别塔位信息并新建塔位；根据选择的塔位编号显示塔位信息，所述塔位信息包括塔位的编号、塔位中心的经纬度、塔位占用面积、塔位勘测完成情况、水文气象条件；根据塔型、地理位置、水文气象条件、和完成情况对塔位分组；

所述数据采集模块，用于提供塔位查勘功能，包括根据接收到的塔位查勘条目采集相应信息录入；根据gps坐标信息获取特定水文气象条件的塔位查勘成果；

所述数据接收模块，用于接收下发的工程属性、塔位查勘条目以及塔位信息；

所述数据处理模块，用于将数据采集模块采集到的信息形成过程控制文件、塔位查勘记录表、水文气象调查表以及洪涝灾害调查表，并导出外业查勘报告；在具体实施例中，优选地，按照qhse文件格式要求形成文件，所述qhse指在质量(quality)、健康(health)、安全(safety)和环境(environment)方面指挥和控制组织的管理体系。

所述数据上传模块，用于将采集到的信息上传到水文气象协同设计平台；

所述水文气象协同设计平台包括查勘条目编制模块、数据下发模块和数据接收模块；

所述查勘条目编制模块，用于在预先生成的查勘条目库中选择外业工作所需的查勘编录条目；

所述数据下发模块，用于将选定的查勘编录条目、工程属性和塔位信息发送至测量终端；

所述数据接收模块，用于接收外业信息采集装置上传的数据。

由于不同工程不同地理位置，水文气象特征有可能不同，工程的水文气象条件亦会存在差异，而现场编录必须有针对性，技术人员可根据已掌握的资料指定外业采集信息的主要范围，防止现场编录人员盲目编录，浪费不必要的时间，因此本发明包括了水文气象协同设计平台中的查勘条目编制模块，其中的查勘条目包括高程、位置、洪涝情况、冲沟情况、跨越河流航道、两微情况、地形地貌等。

本发明中外业信息采集装置和水文气象协同设计平台要实现数据的交互，数据交互示意图如图4所示，其中外业信息采集装置包括数据接收和数据上传模块，水文气象协同设计平台包括数据下发和数据接收模块。水文气象协同设计平台(以下简称“水文平台”)的数据下发子模块主要将工程基本信息即工程属性、设置的编录条目即塔位查勘条目、塔位信息包括塔位的编号、塔位中心的经纬度、塔位占用面积、塔位勘测完成情况、水文气象条件以及kml塔位路径图等下发至外业信息采集装置(本实施例中即pad终端)。需要说明的是输电线路是由各个铁塔组成的线状工程，铁塔作为勘测设计工作的重点，其所在的位置便是俗称的塔位。

外业信息采集装置中的数据上传子模块提供了usb、离线包两种上传途径，主要将pad终端采集得到的信息上传至水文平台。

外业信息采集装置中的数据处理模块处理采集的信息，按照qhse文件要求，形成过程控制文件、塔位查勘记录表、水文气象调查表、洪涝灾害调查表，并形成excel、word文件，直接形成查勘报告，如图5所示。

外业信息采集装置中工程管理模块：可在pad终端手动新建工程，亦可通过pc端下发。进入工程后，可选择工程，或侧滑工程选择导出外业数据包、删除工程。导出数据包会生成压缩包到指定目录，系统提醒路径位置。

塔位管理模块：塔位可在pad终端通过长按地图某处手动新建，亦可在数据下发、文件夹导入的kml文件中自动识别新建，如图6。

实施例2：在以上实施例的基础上，外业信息采集装置中还可以包括成果生成模块，所述成果生成模块用于绘制查勘记录表格，并对编录条目按照查勘记录表格进行组合分类，自动生成查勘记录表格及查勘报告供工程设计人员查阅分析。水文气象条件相近的塔位可以引用附近塔位的查勘成果。未完成工作的塔位红色标记，已完成的塔位可选用绿色标记。点击塔位编号，显示塔位详细信息。可按塔型、地理位置、水文气象条件、完成情况等对塔位分组。

外业信息采集装置进行水文、气象两方面信息的采集，形成查勘记录、调查记录，其中查勘记录为：针对具体塔位，根据配置的编录条目进行数据采集，在信息采集过程中，除了文字信息描述等，提供图文信息等，为了便于展现调查信息，提供塔位手绘等功能；调查记录为：针对工程所在区域进行相关水文气象信息调查，根据调查的类型不同，分为a、b两种调查记录表，在调查记录中记录调查相关地址的gps坐标信息；根据选定水文气象条件的塔位gps坐标可以获取特定水文气象条件的塔位查勘成果。

在成果生成模块内，可以自由绘制查勘记录表格，可以分类统计外业工作编录的条目，可以逐塔生成查勘记录表格，可以对查勘记录表格内的信息进行分类统计自动生成查勘报告。在外业工作结束后，按照勘测设计者的需求进行自行的绘制查勘记录表格，包括表格的结构及相应的内容，表格的结构可以在预设的模板中进行选择或进行调整，表格内容一般可以包含“塔位属性”、“水文条件”、“气象条件”、“示意图”、“结论与建议”五大类。在外业工作结束后，利用成果生成模块按照上述的大类对编录的条目进行分类组合，各类的内容由编录条目的名称及记录的成果一并组合而成，并按分类添加在查勘记录表格的对应位置。对各个编录条目，进行定量的统计分析，自动形成查勘报告。如“气象条件”中的“微地形微气象”下属的5个类型，在外业现场对“微地形微气象”的类型进行判断，并进行勾选，勾选的成果保存在条目内，再利用成果生成模块对各个类型的“微地形微气象”塔位个数及占比进行统计，并将相应的塔位编号输出，完成统计分析。

此外塔位还可通过地图展示或列表展示。外业信息采集装置还包括卫星图缓存模块，用于根据输电线路路径，选择缓存的区间、宽度、时间，自动缓存第三方提供的卫星图。

实施例3：在以上实施例的基础上，在具体实施例中，在外业信息采集装置中还包括身份认证模块，所述身份认证模块：用于对使用者的权限进行验证，其账户信息来自于水文平台，账户信息需要在水文平台进行维护管理。

在水文气象协同设计平台还包括账户信息管理模块，用于对使用外业信息采集装置的权限进行管理和认证。

在具体实施例中，进一步地，系统还包括塔位安全可靠性分析模块，其用于对采集到的数据采用小流域洪水计算方法判断预设塔位处的洪水特性及安全可靠程度。塔位安全可靠性分析模块集成了多种洪水计算方法，针对塔位的防洪可靠性进行分析计算。分析模块根据查勘条目采集的数据，调用合适的洪水计算方法得到设计洪水位、洪水流量等参数，结合现场情况判断塔位的防洪可靠性，并给出建议的防洪措施。

如针对低山丘陵地区易受小流域暴雨洪水影响的塔位，根据采集的流域面积、主沟长度、主沟坡度、汇流参数、损失参数等，调用推理公式进行小流域洪水计算公式，得到塔位处的设计洪水流量，根据实测的过水断面采用曼宁公式分析得到设计洪水位。通过设计洪水位与塔位地面高程的差值来判断防洪安全的可靠性，差值为“+”，则防洪不可靠，需将采取防洪措施，“-”则说明防洪可靠。

推理公式计算设计洪峰流量：

当tc≥τ时

当tc＜τ时

式中：qm为设计洪峰流量(单位：m³/s)；为洪峰径流系数；sp为设计频率的雨力(单位：mm/h)，计算公式为：h24为设计频率的24小时暴雨量(单位：mm)，τ为汇流时间(单位：h)；τ0为时的汇流时间；tc为产流历时(单位：h)；μ为损失参数(单位：mm/h)；m为汇流参数；n为暴雨衰减指数，查各省n值分区得n1、n2、n3，当τ≤1h时，n＝n1，当1＜τ≤6h时，n＝n2，当6＜τ≤24h时，n＝n3。采集塔位上游流域面积f(单位：km²)、主沟的长度l(单位：km)，主沟的纵比降j(‰)。计算参数θ(无量纲，θ＝l/j^1/3)，根据θ值在模块内选择汇流参数m(无量纲，模块内附有查算表格，参考《电力工程水文计算手册》)。

曼宁公式计算设计洪水位：

以上公式中：q—流量(m³/s)，其值为通过推理公式计算得来的设计流量qm；a—过水断面面积(m²)；n—地面糙率，查表获得，参考《电力工程水文计算手册》；r—水力半径，χ—湿周长(m)。其中a、r均为水位h的函数关系，可在已知流量q的情况下通过试算得到设计洪水位h。

实施例4：一种输电线路工程水文气象勘测外业信息采集方法，包括以下步骤：

确定需要查勘工程属性、塔位属性，并在预先建立的查勘条目库中确定外业工作所需的查勘编录条目；

根据塔位属性到达指定地点，并按照查勘条目库进行水文气象信息数据采集和录入；

根据所采集的数据优选塔位的实际位置，直至完成所有塔位信息采集及塔位位置确定；

自动生成逐塔的查勘记录表格及查勘报告，完成外业工作。

在实际实施中的流程如：根据输电线路工程的水文气象特点，在查勘条目库中选择本次外业工作所需的编录条目，随工程属性、塔位kml信息一同发送至移动端；

工程设计人员进入外业现场后，根据塔位kml信息，利用定位、导航等功能到达指定塔位的位置；按照预先指定的编录条目，采用拍照、录音、图像编辑、文字编辑等功能逐一进行信息采集，调用塔位管理模块内的洪水分析计算功能，判断塔位防洪安全的可靠性。若可靠则可进入下一塔位的查勘，若不可靠则考量是否有可行的保护措施，若无再重新优选塔位；在外业工作结束后，在成果生成模块内绘制查勘记录表格，并对编录条目按照查勘记录表格进行组合分类，自动生成查勘记录表格及查勘报告供工程设计人员查阅分析。

在具体实施例中生成查勘条目库的方法为：将地形地貌、植被、水文和气象四大条目大类确定为一级条目，并将每个一级条目分为至少一个二级条目；或者将每个一级条目划分为多级分类。

具体的，查勘条目库是根据输电线路工程水文气象外业工作内容，按照规程规范的要求进行梳理的外业标准化用语。

按照属性大致可以分为以下几个一级条目大类：

地形地貌、植被、水文、气象等，每个一级条目细分为多个二级条目。

其中地形包括山地、低山、丘陵、高原、平原、盆地等二级条目；

植被可以划分为植被型、植物群系河群丛等多级分类；

水文按照洪水形成原因划分为暴雨洪水、融雪洪水、冰凌洪水、冰川洪水、溃坝洪水与土体坍塌洪水等多级分类，每个分类根据洪水分析计算所需要采集的参数再进行细分，如山区暴雨洪水需要采集流域面积、主沟长度、主沟坡度、汇流参数、损失参数等等，其中的汇流参数、损失参数的取值根据现场的植被、地貌特征按照经验取值表进行选择，经验取值表含在移动端内；

气象根据输电线路工程的气象灾害特性分为风灾、冰灾、微地形微气象三类二级条目，每个二级标题根据关注的重点亦分为多个三级条目，如冰灾分为灾害位置、灾害时间、重现期、覆冰类型、覆冰附着物、覆冰的长短径等等三级条目，微地形微气象分为高山分水岭型、地形抬升型、水汽增大型、狭谷风道型、复合型5个三级目录。

在以上实施例基础上，根据所采集的数据优选塔位的实际位置包括根据采集到的数据计算小流域洪峰流量并根据洪峰流量判断塔位防洪安全可靠性；若可靠则可进入下一塔位的查勘，若不可靠则新建新的塔位，本实施例的方法流程图如图7所示。

针对塔位的防洪可靠性进行分析计算，根据查勘条目采集的数据，调用合适的洪水计算方法得到设计洪水位、洪水流量等参数，结合现场情况判断塔位的防洪可靠性，并给出建议的防洪措施。

如针对低山丘陵地区易受小流域暴雨洪水影响的塔位，根据采集的流域面积、主沟长度、主沟坡度、汇流参数、损失参数等，调用推理公式进行小流域洪水计算公式，得到塔位处的设计洪水流量，根据实测的过水断面采用曼宁公式分析得到设计洪水位。通过设计洪水位与塔位地面高程的差值来判断防洪安全的可靠性，差值为“+”，则防洪不可靠，需将采取防洪措施，“-”则说明防洪可靠。

所述采集到的数据包括：塔位上游流域面积f、主沟的长度l，主沟的纵比降j，汇流参数m；

计算小流域洪峰流量并根据洪峰流量判断塔位防洪安全可靠性方法包括如下的计算步骤：

计算洪峰流量qm，计算公式为：

当tc≥τ时

当tc＜τ时

式中：qm为设计洪峰流量(单位：m³/s)；为洪峰径流系数；sp为设计频率的雨力(单位：mm/h)，计算公式为：h24为设计频率的24小时暴雨量(单位：mm)，τ为汇流时间(单位：h)；τ0为时的汇流时间；tc为产流历时(单位：h)；μ为损失参数(单位：mm/h)；m为汇流参数；n为暴雨衰减指数，查各省n值分区得n1、n2、n3，当τ≤1h时，n＝n1，当1＜τ≤6h时，n＝n2，当6＜τ≤24h时，n＝n3。采集塔位上游流域面积f(单位：km²)、主沟的长度l(单位：km)，主沟的纵比降j(‰)。计算流域特征参数θ(无量纲，θ＝l/j^1/3)，根据θ值，在模块内选择汇流参数m(无量纲，模块内附上查算表格，参考《电力工程水文计算手册》)。

曼宁公式计算设计洪水位：

以上公式中：q—流量(m³/s)，其值为通过推理公式计算得来的设计流量qm；a—过水断面面积(m²)；n—地面糙率，查表获得，参考《电力工程水文计算手册》；r—水力半径，χ—湿周长(m)。其中a、r均为水位h的函数关系，可在已知流量q的情况下通过试算得到设计洪水位h。

在具体实施例中，新建新的塔位时也需要根据采集到的数据计算小流域洪峰流量并根据洪峰流量判断预选塔位防洪安全可靠性，如判断结果为可靠则将预选塔位确定为优选地最终塔位位置，具体根据洪峰流量判断塔位可靠性的方法在以上已经给出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。