2019年電力行業(yè)QC成果報告-用于提高山地密林測量效率的工器具研制

用于提高山地密林測量效率的工器具研制（創(chuàng)新型）“移山”QC小組2019年4月

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u一、 前言 1二、 小組簡介 2三、 選擇課題 3四、 設定目標及目標可行性分析 5五、 提出方案并確定最佳方案 5六、 制定對策 7七、 對策實施 7八、 實施效果 10九、 QC小組活動收獲及下一步打算 11附件1：創(chuàng)新型棱鏡專利證書 13附件2：山區(qū)密林工程測量作業(yè)指導書 14用于提高山地密林測量效率的工器具研制移山QC小組前言廣東陽江抽水蓄能電站位于廣東省陽春市與電白縣交界處的八甲山區(qū)，地理位置處于廣州～湛江粵西片的中部，直線距廣州市230km，距陽春市50km，距廣東陽江市60km。電站規(guī)劃裝機容量2400MW，分兩期建設，近期裝機容量1200MW，機組單機容量400MW。工程地處北回歸線以南，屬亞熱帶季風氣候，雨量充沛，冬季溫暖，夏季多雨，山腳植被茂盛，山坡植被茂密。上水庫地處陽春市八甲鎮(zhèn)南西約8km的河尾山林場，即白水河的源頭九曲河處，下水庫位于陽春市八甲鎮(zhèn)南西5km的高屋村石祥、更口、豐田一帶，上、下水庫落差約670m。因地勢起伏較大、植被茂盛等因素給前期工程測量帶來了較大麻煩，效率低下。圖1原始地形圖工程的進度與測量有著密切關系，測量數(shù)據(jù)是方案設計的基礎。由于水利水電工程基本位于偏遠的山區(qū)，現(xiàn)場條件較差，植被茂盛，人跡罕至，采用無人機測量偏差很大，不能為設計提供較準確的數(shù)據(jù)；GPS測量機械信號故障率較大，測量控制網(wǎng)不能控制到位，也會造成數(shù)據(jù)偏差，地形地貌部分不能在圖中展示，對方案設計影響較大。因此，陽江抽水蓄能電站特成立“移山”QC小組開展創(chuàng)新型課題QC活動，以陽蓄電站項目為依托，著眼于現(xiàn)場測量效率存在的問題，緊緊圍繞“智能、高效、可靠”綠色電網(wǎng)的戰(zhàn)略目標，以創(chuàng)新的思路、創(chuàng)新的手段、創(chuàng)新的技術推動和提升陽蓄電站的測量質(zhì)量。小組簡介（一）小組概況表1移山QC小組基本情況匯總表小組名稱移山QC小組注冊編號課題名稱用于山地密林測量棱鏡頭的研制成立時間2018年1月課題類型創(chuàng)新型課題活動日期2018.1.20～2018.11.20小組成員10人當年活動次數(shù)8次（二）小組成員簡介表2移山QC小組成員統(tǒng)計表序號姓名性別年齡文化程度職務小組分工1張吉道男24本科組長（助工）組長，方案策劃2姚小朋男30本科組員（工程師）規(guī)劃、咨詢3英鵬濤男35碩士組員（高工）規(guī)劃、咨詢4付山男26碩士組員（工程師）組織協(xié)調(diào)5張琪琦男30碩士組員（工程師）組織協(xié)調(diào)6周剛男43本科組員（工程師）調(diào)研分析7鄭宇男51?？平M員（助工）方案實施及應用8張慶男44?？平M員（助工）方案實施及應用9向宇陽男24本科組員（助工）方案實施及應用10黃鶴程男27碩士組員（工程師）現(xiàn)場測試及效果評價（三）制定計劃為了實現(xiàn)以上目標，我們小組制訂了詳細的活動計劃并在活動過程中對照實施，具體見表3。表3QC活動計劃表制表人：張吉道時間：2018年4月選擇課題（一）問題的提出陽蓄電站工程測量的主要特點：一是現(xiàn)場地形地貌條件差，山勢崎嶇，地形地貌條件復雜多變；二是植被茂盛容易受到遮擋，陽蓄電站地處自然保護區(qū)，當?shù)厝僳E罕至，植被茂盛；三是測量工作效率低，由于前受前兩個因素制約，現(xiàn)場測量工作強度高，難度大。全站儀具有精度高、對現(xiàn)場適應性好、數(shù)據(jù)處理迅速等優(yōu)點。綜合現(xiàn)場測量工作的主要特點，陽蓄山地密林測量主要采用全站儀進行。工程測量主要用于建筑、水利、交通、礦山等工程領域，這些工程中經(jīng)常用全站儀對原始地形進行測量、放樣等工作。全站儀的工作原理是其儀器內(nèi)部的光敏二極管發(fā)射調(diào)制紅外光經(jīng)物鏡射向反光棱鏡后，經(jīng)同一路徑反射回來，再經(jīng)分光棱鏡作用使回光被光電二極管接收，由儀器內(nèi)部的內(nèi)、外光路調(diào)制光的相位差來間接計算光的傳播時間，計算實測距離、角度等。整個測量過程的實現(xiàn)需要具備三個條件：完好的全站儀、反射棱鏡、良好的光傳播條件。在使用全站儀進行測量的三個必備條件中，前兩個條件，即完好的全站儀和正常使用的反射棱鏡容易滿足，由于現(xiàn)場存在距離過遠，山勢崎嶇，植被茂密等不利因素，良好的光傳播條件難以保證。提出問題：由于工程位于較偏僻的山區(qū)，其茂密植被、地形、地勢等因素會對測量工作產(chǎn)生較大的影響，尤其在山地密林中進行遠距離測量放樣工作，棱鏡頭會由于周圍茂密植被的影響而難以尋找，故會使測量放樣的效率大大降低。QC小組經(jīng)過分析、討論、驗證，我們最終確定了主要原因：在山地密林中進行測量放樣工作時，尤其是遠距離的放樣及崎嶇地勢與茂密大樹植被同時出現(xiàn)，會使得由全站儀處搜尋棱鏡位置的難度增大。（二）課題確定小組根據(jù)問題分析結果進行了課題選擇和最終確定。課題選擇主要以解決實際問題為根本，以具備現(xiàn)場可行性為前提，主要是從三個方面的思路進行了考慮：增加現(xiàn)場人力及設備投入：如果僅依靠增加現(xiàn)場人力的投入來完善測繪，不僅不合現(xiàn)場實際，而且與公司的“智能、高效、可靠”綠色電網(wǎng)的戰(zhàn)略目標相違背。選擇其他替代測量設備：小組在調(diào)研過程中了解到現(xiàn)行的工程測量儀器中GPS測量儀為首選使用，方便、簡潔、小巧，但在使用過程中，GPS測量儀信號故障率較高，根據(jù)本工程現(xiàn)場密林測量時統(tǒng)計GPS測量儀距基站超過800m信號故障率為50%，間距超過1㎞密林測量時信號故障率達80%，間距超過1.5km時密林測量時基本不能使用，數(shù)據(jù)誤差極大。無人機測繪采用遙感技術能夠快速的在復雜的地形測繪，但其高程上的誤差較大，不能提供全面精確的數(shù)據(jù)，對于密林測量也有一定的局限性。全站儀在工程測繪中有著它不可取代的優(yōu)勢，快速、簡易，而在短距離（100米以內(nèi)）、低精度（1/200、1/500）的測量中，如碎部點測定中，有著其優(yōu)勢，工程測量中有著廣泛的運用。但是這些都不適用于密林測量。另外，全站儀配套設備基本上可以在各種地形中使用，在全面分析、研究測繪工作的基礎上研制而成，已經(jīng)比較完善，涵蓋的環(huán)境比較全面，替換為其他測量設備很有可能帶來新的問題。研制和改進專門用于山地測量的工器具研制：近年來，光技術在工程領域應用不斷深入，在改善危險辨識、夜間作業(yè)、工程施工監(jiān)控項目成本等方面取得了顯著成果。考慮引進光技術到測繪中，通過光技術對棱鏡頭進行創(chuàng)新設計，是提高測量效率，降低工時的新的思路。針對以上現(xiàn)狀，本QC小組集思廣義、開拓創(chuàng)新，提出開發(fā)一種結構簡單、成本低、通用于一般場地的測量放樣工作、專用于山地密林測量放樣的方法，切實提高工程測繪效率。根據(jù)對全站儀測量過程分析，小組確定了主要課題任務是研制一種用于提高山地密林測量效率的新型棱鏡。課題名稱確定為：用于提高山地密林測量效率的工器具研制。設定目標及目標可行性分析（一）目標確立1、本次課題目標：研發(fā)出提高山地密林測量效率的新型棱鏡。2、目標值：（1）提高全站儀測量效率50%；（2）結果準確率達到95%以上。（二）目標可行性分析圖2目標可行性分析提出方案并確定最佳方案（一）提出方案因此我小組針對前期現(xiàn)狀調(diào)查情況，制定了棱鏡功能需求分析，如表4。表4棱鏡頭需求分析序號功能需求1使用便利系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作簡單，方便攜帶，能適應復雜的工地環(huán)境；2便于發(fā)現(xiàn)在復雜或不同的背景顏色中，易于發(fā)現(xiàn)；制表人：張琪琦時間：2018.9.8小組經(jīng)過討論，總結歸納，根據(jù)功能需求共提出了兩種棱鏡頭研發(fā)方案，如表5。表5方案構想比選項目方案一（閃光燈+棱鏡頭）方案二（定位器+棱鏡頭+PC端）基本思路閃光燈位于覘牌上，測量時開啟閃光燈。定位器位于覘牌，PC端查看位置，查找方位。測量查找難度簡單較難系統(tǒng)開發(fā)難度簡單較難實時測量滿足滿足成本僅棱鏡頭開改造費，約0.6萬元，較低。高，定位器約200元一臺，PC平板電腦約2000元，改造費用約6000元。工期較短，僅對棱鏡頭改造。長，移動端和PC端均要安裝軟件，還需對棱鏡頭改造。選擇?制表人：姚小朋時間：2018.10.6（二）確定最佳方案根據(jù)總體方案的比選結果，小組對總方案進行了進一步分解：一種用于山地密林的測量棱鏡頭，包括棱鏡、棱鏡框和覘牌，所述棱鏡設于棱鏡框內(nèi)，所述覘牌圍設于棱鏡框的上端和兩側，所述棱鏡框的下端設有用于與對中桿連接的轉換接頭，所述棱鏡框上設有主閃光燈。1)覘牌上設有三個輔閃光燈。2)棱鏡框上設有主閃光燈開關和輔閃光燈開關。3)棱鏡框上設有對主閃光燈和輔閃光燈進行充電的充電接口。4)棱鏡框上還設有電量指示燈。5)主閃光燈設于棱鏡的上方。6)轉換接頭上設有限位按鈕。7)各輔閃光燈的顏色不同。制定對策表6對策制定方案對策目標措施地點責任人完成時間檢查人閃光燈+棱鏡頭棱鏡頭功能設計設計棱鏡頭功能架構圖根據(jù)棱鏡頭結構，提出棱鏡頭需擁有的基本功能；辦公室張吉道9月25日姚小朋硬件棱鏡2套采購2套棱鏡及10套閃光燈。開發(fā)工作室張吉道10月1日姚小朋軟件CAD制圖軟件現(xiàn)場測試選擇密林實驗在工程現(xiàn)場進行測試測量工作組張慶11月5日英鵬濤使用培訓相關人員會使用該棱鏡頭，具備應用的條件。在工程現(xiàn)場進行培訓開發(fā)工作室張吉道11月5日英鵬濤制表人：張琪琦時間：2018.9.20對策實施（一）對策實施一：棱鏡頭功能設計根據(jù)小組根據(jù)所需棱鏡頭的特點，繪制出棱鏡頭結構圖如下：圖3棱鏡結構示意圖（左：前視圖右：后視圖）注：棱鏡（1）、棱鏡框（3）和覘牌（2），所述棱鏡（1）設于棱鏡框（3）內(nèi)，所述覘牌（2）圍設于棱鏡框（3）的上端和兩側，所述棱鏡框（3）的下端設有用于與對中桿（14）連接的轉換接頭（13），其特征在于：所述棱鏡框（3）上設有主閃光燈（5）。（二）對策實施二：產(chǎn)品制作小組購買棱鏡2套（萊卡），閃光燈10套，經(jīng)過專門設計和加工形成了成品圖如右下圖。圖4實物圖（左：老式棱鏡中：新型棱鏡主閃光燈右：新型棱鏡主+輔助閃光燈）（三）對策實施三：現(xiàn)場測試測試主要是根據(jù)現(xiàn)場采用新型棱鏡頭，進行試驗，主要測試的內(nèi)容是：檢查棱鏡頭的閃光燈亮度是否足夠；是否能夠讓測量儀操作人員容易尋找；使用過程中是否存在其他新增問題。圖5現(xiàn)場測試試驗（四）對策實施四：使用培訓調(diào)試完成后，QC小組成員組織當前電站項目測量人員進行新型棱鏡使用的培訓。小組成員逐一介紹新型棱鏡各個功能的使用和運用時注意事項，圖6為培訓照片。圖6培訓照片實施效果（一）課題目標效果我們小組分別使用老式及新型棱鏡對30個測量地點的測量情況進行分析，我們得到以下數(shù)據(jù)：老式棱鏡：有27個測量點坐標被測出，棱鏡位置確定所需時間1~5min，其中3個測量點確定棱鏡位置失敗，數(shù)據(jù)未測出，平均耗時3min。新型棱鏡：30個測量點坐標均被測出，棱鏡位置確定所需時間3s~30s，平均耗時16.5s。表7課題實施效果情況方案成功測出點數(shù)棱鏡位置確定耗時平均耗時老式棱鏡27（90%）1~5min3min新型棱鏡30（100%）3s~30s16.5s結果：一次測量成功率達到100%，測量耗時降低91％，完成設定目標。（二）經(jīng)濟效益分析本次研制的新型棱鏡，大大地提高了山地密林測量效率，對于工程項目有一定的降本增效作用，運用期1個月的經(jīng)濟效益分析，具體如表8。表8成本分析項目經(jīng)濟效益分析人工每個標段監(jiān)理1人，業(yè)主1人，施工單位4人，每人每天節(jié)省2.5小時左右的時間，總共節(jié)約1*30*6*2.5/8=56.25工日，按照150元/工日，共計18.7*150=8437.5元設備折舊現(xiàn)場購置2套棱鏡，單價500元，三年報廢，折舊費共計2*500*1/3/12=27.8元。合計節(jié)約8437.5-27.8=8409.7元制表人：付山時間：2018.10.30按照現(xiàn)有的現(xiàn)場施工強度，每年節(jié)約測量成本約10萬元，隨著主體工程全面開工，陽蓄電站標段較多，工作內(nèi)容成倍增加，如果繼續(xù)推廣應用，經(jīng)濟效益非?？捎^。（三）社會效益分析建設期間如果持續(xù)應用創(chuàng)新，不僅可以大幅提高測量效率，同時避免了不必要的樹木砍伐，保護了環(huán)境，符合公司節(jié)能環(huán)保理念，生態(tài)效益顯著。（四）取得的技術成果本QC小組的成員參與并研發(fā)了一種用于山地密林的測量棱鏡頭，并申報專利成功（見附件1）。小組于2018年10月開始對山區(qū)密林測量作業(yè)工作原理、實施流程、作業(yè)步驟、注意事項等進行了全面總結，編制了《山區(qū)密林工程測量作業(yè)指導書》（編號：Q/CSG-PGC-JGX433001-2018）（見附件2）。QC小組活動收獲及下一步打算1.本次QC小組活動提高了遠距離及山地密林測量效率，節(jié)約了工時。在提高小組QC方法的運用能力以及QC活動的積極性的同時，小