rimble GPS在电力公司电力设施GIS数据采集系统解决方案

TrimbleGPS在电力公司

电力设施GIS数据采集系统解决方案

建

议

方

案

北京望邦天鑫科技发展有限公司

2022年11月

北京望邦天鑫科技发展有限公司

1项目背景

电力行业是国民经济发展的基础行业，同时，它又是一个技术密集、资产密

集的行业。近年来，我国已经开始规划和实施电力行业的信息化发展战略，其重

点就是实现电力资产管理的信息化，建设“数字电网”。采用GIS技术可以显著

提高以空间数据为基砧的电力佶息处理分析的能力，因此建立电力GIS应用系

统进行电力设施数据采集和分析处理成为电力信息化的重要手段。借助GIS应

用平台，可实现电力设施的设计和更改管理、运行维护管理、故障停电管理、服

务和市场分析、网络分析和企业信息访问及更新等。不仅如此，GIS系统还能提

供多空间数字电网模型、实用化电网数据维护工具、丰富的电网分析工具，达到

构筑企业协同工作环境、提高服务质量、完善业务流程指导生产、提高决策效率

的目的。

不同企业有不同的工作流程和业务逻辑，不同电力企业的GIS系统对数据

提取、分析和处理可能有不同的思路，或者偏重于某些方面的应用，但是儿乎所

有的电力GIS都包括以下一些基本功能：

•基本GIS功能：包括工作环境设置、图层操作、图形浏览、打印输出、

长度面积量算等基本功能；

・自动成图功能：包括GPS数据文件接收、输电设备维护、变电设备维护、

相位图的编辑、注记层的编辑生成等功能；

•设备管理功能：包括查询统计、单线图提取、路线摹拟追踪等功能：

•污区管理功能：包括历年污区图的调阅和打印、记录大气环境和典型气

象资料、记录污源分布信息、记录盐密点档案信息、记录路线污闪信息、

进行污区图的编辑、各种专题图的产生、设备防污、污区查询统计等；

•巡线管理：GPS数据录入接口、图形数据输入、危（wei）险点数据录

入、危（wei）险

点查询等功能

所有这些功能都是以大量的电力设施的数据为基础的，因此，建立和完善电

力GIS必须首先解决电力设施数据采集维护问题，包括设施的属性数据和空间

数据。其中属性信息涉及设备的编号、名称、型号、缺陷记录、检修记录、设备

台帐、缺陷通知单、设备档案、路线条图和图片等；空间数据则包括以各种形式

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般可以稳定在5m(RMS)摆布。对于要求达到亚米级定位精度的点位，必须采

用差分定位技术才干满足。差分定位可以分为实时差分和后处理差分两种系统及

作业方式。实时差分需要在基准站和流动站之间建立通信链路，用于实时传输

RTCM差分改正数据，使用实时差分可以在观测时即得到高精度的定位结果，具

有很好的时效性，但是实时差分设备普通相对照较昂贵，或者需要缴纳一定数额

的服务费才干使用。后处理差分在外业观测阶段仅能达到5~10米的精度，但是

经过内业软件处理后可以达到亚米级甚至更高的精度，且操作简单，易学易用，

工作灵便，而且无需缴纳服务费。

如果同一种设备既能够进行后处理乂能进行实时差分，会更加理想。

2.2采集属性数据

属性数据是除位置数据之外的另一种重要数据，它包含了用户所关心的与行

业应用直接相关的重要信息。如变压器的名称、编号、规格、等级、功率、设备

损坏情况等等。属性数据涉及到两方面的应用，一是作为电力GIS系统的基础

数据；二是作为管理和决策的依据。

不同地物有不同的属性项，不同的属性项又有不同的存储、显示方式，如变

压器的属性项有编号、名称、类型、规格、功率、损坏情况、上次维护时间、维

修记录等。其中编号属于数字形式，可以由用户手动输入，也可以由系统自动生

成；名称属于文本形式，适于手写输入，而类型和规格可能更适于菜单选择；上

次维护时间则属于日期格式，以系统日期对话框方式选择输入。

用户要求所采用的GIS数据采集设备能够非常方便的进行属性数据的采集。

一个有效的方法是建立和使用行业数据字典，如电力行业的数据字典应该包含线

杆、变压器、变电站、电闸等地物目标，每一个地物目标应预设了相关的属性项目,

例如用户采集线杆目标数据，在采集该目标位置数据的同时，设备界面应自动出

现该目标对应的属性项目，供用户填写和选择输入，这样当目标的位置数据采集

完毕时，其对应的属性数据也被记录下来。在采集下一个线杆目标时，设备会重

复上述过程。这样做的好处在于，你不会遗漏任何一项属性信息，因为设备上的

数据字典显示出所有你需要记录的属性项，如果事先规定了缺省值，有些属性项

目甚至不需要用户输入，系统会自动将其赋为缺省值。

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2.3采集视频数据

有时仅有数字或者文字信息是不够的，因为不够直观，这时需要采集图象信息,

但是使用数码相机直接拍照的弊端是难以跟具体的地理位置相对应，借助

RedHen系统可以将静态图片，甚至将动态图象信息与地理位置相对应，生成具

有丰富视觉信息的多媒体地理信息数据库。通过该系统，可以导出为GIS平台

能够识别的数据格式。

2.4路线规划导航

在突发事件爆发时，需要抢修人员在第一时间赶赴出事地点，这时GPS设

备应该能够为抢修人员导航，由于事先已经采集了所有电力设施的位置信息，可

以根据现场其他信息很快找到出事地点对应的设备信息，或者根据巡视队员的

GPS位置报告，快速锁定故障设备，并将该事发地点设置为导航目标，GPS设

备可以引导抢修队员快速到达现场。

前期数据采集阶段，往往需要根据工作计划对作业路线进行事先规划，若干

作业点作为航点，若干航点组成航线，在野外作业时启用航线导航，GPS就可以

为外业人员带路，直观地显示出距离下一个作业点的距离、方位等，如果接近预

定点到足够距离，GPS会报警提醒。后期数据更新维护时，需要将前期采集的、

待更新的数据上传到GPS设备上，启用这些数据作为导航目标后，GPS设备会

带领外业人员到目的地。

如果能够导入背景地图，使得在显示实际轨迹的同时显示背景图，则不仅有

利于规划航点，而且方便野外导航，那就更完美了！

2.5巡检轨迹记录

配备GPS设备的目的除用于数据采集和维护以外，还有一个用途就是记录

日常巡检轨迹，这些轨迹不能手动创建和更改，惟独亲到实地才干记录巡检地点

的轨迹，巡检完毕后上传到内业软件上，可以直观的显示在背景地图上，所有巡

检轨迹均存贮和分析，作为日常工作记录，能够有效的监督巡检人员的工作。

用于记录巡检轨迹的GPS设备的定位精度不要求太高，但数据存贮空间应

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足够大，电池电量也应该足够大，可以适应较长时期巡检轨迹记录的要求。此外

这种设备应该轻便、小巧，易于携带。

2.6内业数据处理

•外业数据存贮在GPS设备上，首先要通过数传线缆或者蓝牙无线方式下

载

到用作数据处理的PC机或者工作站上。

,对于后处理差分方式，应用GPS后处理软件，对基准站和流动站数据进

行差分后处理，提高精度至亚米级。

,对于实时差分方式或者已经差分后处理的数据，包括位置数据和属性数

据，图象数据，下载后可以直接导入地理信息系统。

・第三就是利用该地理信息系统做进一步的处理，根据需要生成一系列的

成果数据和图表。

,如果需要对数据进行定期更新，则需进行与上述相反的操作，即从用户

GIS系统中导出GIS数据，上传到GPS设备上，进行目标导航，以便于

快速找到更新目标。

3解决方案

3.1差分作业

对于精度要求在1米以内的设施，必须采用差分定位方式，按照工作程序的

不同，可以分为后处理差分和实时差分。常见的实时差分系统有信标差分、单基

站、VRS和卫星差分等。后处理差分利用两台或者多台GPS接收机，在同一时

段对同一组卫星星座进行观测，观测结束后分别将基准站和流动站观测数据导

入后处理软件，通过软件解算方式进行数据改正，得到较高的定位精度。

电力设施的定位，在前期数据采集阶段的定位结果，主要用来导入GIS系

统进行分析处理，因此用户并不在乎高精度定位结果是实时得到还是后处理得

到，因此可以采用灵便方便的后处理差分方式进行采集；而在事故抢修等实际应

用时，需要实时精确导航功能，这时可以采用实时差分定位方式，以下对各种差

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分作业方式逐一介绍:

311公共VRS

虚拟参考站（VirtualReferenceStation）是在一定的区域（如：一个城

市、一个省或者一个国家）建立的永久性的连续运行GPS参考站，通过网络技术

把它们连接到控制中心，控制中心接收和处理所有参考站的原始观测值，建立

动态数据库，用户在作业过程中只要通过GSM、GPRS等方式访问控制中心，控

制中心

根据用户的位置，在用户

附近摹拟一组基准站数据

（包括基准站坐标和GPS

观测值），通过GSM网发给

用户，用户利用接收到控

制中心的数据进行GPS位

置改正解算，在初始化时

间和精度方面很好的效

果。利用VRS用户不需要

建立自己的基准站，节省

了费用和人力。

VRS既可以提供后处

理原始数据，同时又发布

实时高精度载波相位差分

信号和伪距差分信号，因

此GPS流动站用户既可以

Internet或者FTP下载的方

式获取基准站数据进行后处理差分，也可以采用GSM、GPRS方式直接访问控制中

心服务器，获取RTK或者DGPS差分数据进行实时差分。如果采用实时VRS服务,

要求流动站设备具备GSM/GPRS通信功能，或者与可充当外置Modem的手机连接，

通过GSM或者GPRS方式访问控制中心服务器。GSM方式接入需要采用中国挪移

全球通或者动感地带SIM卡，并开通数据业务。如果采用GPRS方式，则需要开通

GPRS服务。

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VRS是一种收费的公共服务系统，能够为用户提供不同精度级别的定位服

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务，如亚米级的伪距差分服务(DGPS)和厘米级的载波相位差分服务(RTK)。目

前，北京、上海、天津、武汉、成都、深圳等城市相继建成为了TrimbleVRS系统,

其他地市和省区也有许多正在酝酿建立VRS系统。用户在已经开通VRS服务的地

区使用TrimbleGPS接收机可以进行实时差分或者后处理差分，得到符合标称精

度的位置数据。

3.1.2信标

信标差分系统普通是由国家投资，在沿海地区建设的GPS基准站和差分数

据发布系统，供GPS用户免费使用。信标系统建设的意义起初是为船舶导航服务，

其采用调频电台广播方式，覆盖范围较大,因此沿海地区的其他GPS用户同样可

以受益。对于海岸线较长的国

家，需要建立多个信标台站才干

实现信标信号的彻底覆盖。用户

需耍借助专门的信标设备来接

收和解算信标信号，有些产品将

信标功能和GPS功能集成在一

台整机中。用户可以使用手动调

节或者自动扫描方式实现调谐，

搜索和接收距离最近的信标台

的信号。

信标差分的精度随着流动

站与信标台站距离的增加而降

低，但普通小于1米。TrimblePro>R/XRS

Trimble有几款专业级产品是支持信标作业方式的，例如ProXR、ProXRS、

GeoBeacon等。

3.1.3卫星差分

卫星差分在某些方面与VRS很相像，属于广域差分的一种，同样依靠地面基

准站网络提供差分数据源，与VRS依靠GSM网络或者Internet进行数据播发不

同，卫星差分依靠通信卫星来进行数据播发，这样就很好的解决了覆盖范围的问

题，以著名的OmniStat系统为例，其覆盖区可以从北纬70度到南纬70度,并

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且在其有效覆盖范围内，差分定位的精度不会随着流动站与基准站距离的增加而

明显降低。

卫星差分普通由专业的定位服务商提供服务，如Fugro公司，这些公司租用

通信卫星的频道用户提哄GPS差分服务，出于赢利目的和高昂的运营成木，卫星

差分服务普通都收取较高的服务费。例如OmniStar目前提供三种定位服务，分

别是VBS(亚米级)、XP(20cm).HP(10cm)全部都是收费服务,其中VBS服务

每机每年的服务费是2450美元。

3.1.4公共单基站

单基站与VRS的多个基准站构成的基站网络相对，由单一基站向用户提供

服务。单基站可以通过电台广播或者GSM方式向用户提供差分服务，定位精度随

着流动站与基准站间的距离增大而降低。从这个意义上讲，信标服务也是一种

单基站服务。

用户可以选择使月公共的单基站。目前北京、上海等城市向GPS用户提供

公共单基站服务，公共单基站可以采用GSM拨号接入或者通过Internet网络接

入两种方式。对于拨号接入方式，外业用户需要使用具备GSM通信功能的流动

站设备或者将现有设备与可用作外置GSMModem的手机连接使用，拨通单基站

数据中心的服务号码后，即可从服务器上实时获取RTCM差分数据，进行实时

差分解算，得到亚米级的定位结果。目前不少单基站功能还很不健全，例如北

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京的单基站目前只能同时接入一个GSM用户，其余用户只能等该用户结束呼叫

后才干拨入。

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单基站如果采用Internet方式接入则可以允许多用户同时接入，这要求单

基站服务器必须通过某种方式（如ADSL）接入Internet。流动站端的硬件配置

与上述拨号接入的相同，但在使用方式上不同。用户不是通过拨号直接接入单基

站Modem,而是首先创建一个GPRS或者CDMA的网络连接，接入Internet,通

过Internet访问单基站服务器，获取实时DGPS或者RTK差分数据。

3.1.5自建单基站

功能殿

如果用户选择自建单基站，可以选用Trimble5700CORS或者5700L1设

备

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作为基准站，并以功能强大的GPSBase软件作为基准站控制软件，实现以下功能:

・通过电台广播、GSM、PSTN等方式输出RTCM/CMR格式的实时差分

数据，包括DGPS和RTK类型的数据，供实时差分用户使用

・基准站数据格式为DAT格式、RINEX和压缩RINEX格式，所有数据可

进行自动FTP镜像，供用户下载后进行差分后处理

•以多种形式分析GPS观测数据，输出各种功能报告

・根据伪距观测数据计算多路径效应

•对于异常情况，以多种形式报警，包括Email报警

•GPS基准站设备及其他传感器设备的监视和控制

•配合GPSServer软件，可实现差分改正数据在Internet发布.

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3.1.5,2接入方式

如果使用GPSBase建设单基站，则流

动站可以通过拨号接入来获取实时差分数

据。

对于拨号接入方式，需要在基站服务

器端安装PSTNModem或者G8MModem,

每一个Modem可同时为一个流动站用户

服务。增加Modem可以同时为多用户服

务。

基准站部署

以绍兴地区为例，该区最大纵深惟独

125km,而GeoXT在距离基准站200km范围内均可以达到亚米级精度，因此在

绍兴市区架设1个基准站就可以满足整个绍兴地区的测量精度要求。如图所示

（覆盖半径为90KM）

3.1.6自建VRS

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自建VRS与自建单基站在流动站硬件设备配置上彻底相同，而基准站数量

较多，绍兴市配置3台基准站就可以覆盖全区。通过缩小覆盖半径，架设多个基

准站，可以得到更好的精度结果。如果覆盖半径在40km,则需要架设3个基准

站，如图所示，3个基准站分

别架设在诸暨市、绍兴市和煤

州市。所有基准站通过FR或者

DDN方式其他方式接入主控

制中心（设在绍兴市）。

中心服务器安装和运行

GPSNet软件和GPSServer软

件。其中GPSNet实现对基准

站的监视、控制、数捱采集、

解算和通过GSMModem的

数据发布。GPSServer实现差

分数据在Internet上的实时发

布，使得流动站可以通过

GPRS方式获取实时差分数据。

如果安装了GPSServer,即选择通过Internet实时发布差分数据，则控制中

心应设法使服务器接入Interneto实验证明，如果通过ADSL方式接入，服务器

的IP地址会保持2~3天，之后就会发生变化，这时，外业的流动站如果不做相

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应处置，就会发生连接中断并旦无法再次接入。解决这个问题的方法是为服务器

配置公网上的静态IP。但是这样会产生新的费用，以北京网通为例，北京网通

提供的企业宽带服务可为用户提供1M的接入带宽和静态IP地址，其初装费为

600元，服务费用高达900元/月。需要说明的是，各电信运营商和同一运营商的

不同地方的分公司的收费标准相差很大，例如铁通公司的网络接入费用普通比网

通的要低，如昆明铁通提供的ADSL接入服务，120元/月可以申请到2M的下行

带宽，再增加60元/月就可以获得一个静态IP地址。具体收费标准可向用户当

地电信运营商咨询。

3.1.7后处理差分

在数据采集/更新阶段，用户可以使用后处理方式实现亚米级或者更高精度

的定位。这种方式的工作原理是：流动站和基准站在同一时段对同一组卫星星

座进行观测，分别记录和存贮观测数据。在两者相距不太远的情况下，可以认

为两者的误差来源基本相似，差分改正数t

近，具备差分的基本条件。观测完毕后，

分别将基准站数据和流动站数据导入后处

理软件，进行差分解算，得到亚米级或者更

高精度的位置数据飞

采用后处理差分方式，基准站和流动

站之间各自独立工作，无需实时通信，基

准站架设和管理方便，流动站操作简单，

易于掌握，因此十分灵便方便，合用于那

些不需要实时高精度定位的场合。

基准站的部署与自建单基站的策略相同。

3.1.8建议的作业方式

后处理差分方式工作灵便方便，精度较高，因此建议大部份基础数据采集

和维护采用后处理差分作业方式。如果对实时性要求较高，自建单基站是一种不

错的选择。如果资金较为充裕，可以选择自建VRS系统。

巡检作业由于精度要求不高，可以采用单点定位方式。

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3.2设备配置方案

针对电力GIS数据采集的实际情况，有三种建议的设备配置方案:

3.2.1巡检定位方案

采用TrimbleReconGPSCard,流动站数据采集用TimbleTerraSync软件。

内业处理软件采用TrimblePathfinderOffice,无须架设基准站。

该方案的定位精度在5~10米，能够满足巡检作业对定位精度的要求。

ReconCard的标件配置如下：

•Recon主机(预装MicrosoftWindowsMobile2003)1台

•内置可充电电池1个

•CF卡式GPS板1个

•交流充电器(100-240V)1个

•屏保膜10个

•手写笔2支

•快速入门1本

•手带1只

•USB数据线1条

•TerraSync软件1套

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3.2.2自建单基站方案

流动站

k700c配合作业，其中GeoXT负责GPS卫星接收、解算、数据存贮。手机用于

建立和保持与基准站的实时通信。GcoXT可以开通蓝牙功能，手机也具备蓝牙

功能，这样两者之间可以通过蓝牙方式连接，省却线缆的烦扰（如果不能做到蓝

牙连接，也可以通过连接线连接）。

该方案的实时差分定位精度为亚米级，能够满足大部份点位的精度要求。

其中GeoXT的标准配置如下：

•GeoXTGPS主机1台

•支持模块1个

•电源适配器1套

•USB数传电缆1个

•主机软包1个

・触摸笔1个

•手带1个

・操作手册1本

•TrimbleTerrasync软件1套

3222基准站

自建单基站的硬件包括Trimble5700系列产品之一+Modem。如果要接入多

个Modem,则可能还需要增加若干个Modemc基准站软件采用功能强大的

GPSBase,以下为5700L1Referencef05700CORS的产品对照介绍：

1.Trimble5700L1ReferenceStation

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・专业级单频基准站

•基准站软件采用功能强大的TrimbleGPSBase

・5700L1具有64M内置CF,可连续记录1700小

时的观测数据（15秒间隔，6颗卫星）

•采用内置电池供电或者直接使用DC电源

•先进的TrimbleMaxwell技术

•多路径抑制技术，保证高精度的L1伪距测量

•可输出未经过滤、未经平滑的伪距测量数据，可

用于进行低噪音、低多路径效应、低时延的差分校正和高动态响应

•低噪音L1测量，以1Hz速度输出的v1mm精度的测量结果

•以dB-Hz形式输出L1信噪比数据报告

•经得起考验的低角度卫星跟踪技术

•12通道，L1C/A码，L1全载波，WASS/EGNOS

•坚固、防水、抗震，可靠性极高

•可与GeoXM和GeoXT配合使用

2.Trimble5700CORS

属专业级的双频基准站，适合长期连续作业。同

样可以使用GPSBase软件完成上述功能，可与GeoXT、

GeoXH配合使用，5700CORS可以满足GeoXH的H-Star

技术对双频基准站的要求。用5700CORS具备5700L1

的几乎所有功能。与5700L1相比，5700CORS主要由

以下特点：

・专业级双频基准站

•高精度多重相关器L1和L2伪距观测

・超低噪声L1和L2载波相位测量，1Hz带宽的精度是1mm

•L1和L2信噪比按dB-Hz报告

•24通道L1C/A码，L1/L2全周载波

•结合GPSBase,可向实时差分用户播发RTK数据

•可与GeoXM.GeoXT或者GeoXH配合使用

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3.5700基准站标准配置

・5700L1（或者5700CORS主机，均含数据线）1台

•内置CF数据卡（64M）1只

•直流电源1个

•内置锂电池1个

・操作手册1本

•A3天线1个

3.2.3VRS方案

VRS方案与单基站方案在流动站硬件配置方面是彻底相同的。

与单基站方案不同，VRS方案的基准站通常不在控制中心，因此除GPS接

收机以外，还需要COMServer用于将基准站接收机接入网络。而主控制机房的

则须配备若干GSMModem用于同时为多个通过GSM方式接入的用户服务。为

获得公网上的静态IP地址，可以使用网通公司的企业宽带服务，此时控制中心

还需要配备企业宽带Modem（由网通提供）。

软件方面，VRS必须采用GPSNet,如果要实现差分数据在Internet实时发

布，则还需要安装GPSServer,,

3.2.4后处理差分方案

后处理差分作业应作为一种主要的作业方式。流动站与单基站方案同样选用

性能优异的TrimbleGeoXT,基准站设备应考虑作业周期的长短进行选择：如果

长期连续作业，应选择Trimble5700系列设备，该系列设备更适合作为长期固定

使用的基准站，如果天线部份架设在楼顶，还应该考虑同时安装避雷设施。

3.3外业采集软件

TrimbleTerraSync是一款专业的外业数据采集软件，具有以下特点：

•可以采集点、线、面多种不同类型的实体的位置和属性信息。

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•属性数据字典可以上传使用，也可以在外业根据工作需要自行编辑，支

持数字、日期、时间、文本、菜单、文件名等多种数据格式，其中文件

名可以指向声音、图象等多媒体文件，使得TerraSync可以采集丰富多

彩的属性信息。

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最小定位值：1

F8记录闫限：5$编码

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标记2：秆培号

支持多种类型的外部差分源，如VRS、组合信标、单基站、SBAS等

目标名麻

当前航向

（行迸方向）

旋行«1头传矛

目标方向

（方位】

消息行

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理蓝牙、RS232等多种连接方式

•支持几十种现有坐标系统，同时也可以支持用户自定义坐标系

•支持外部多种传感器，包括激光测距仪等

•较强的导航功能，支持上传的航点文件和数据文件中的点位导航

•可以上传多种矢量格式和栅格格式的背景地图，包括卫星图片和航空摄

影图片等。

3.4内业处理软件

GPSPathfinderOffice系统是Trimble公司在GIS领域的专业软件产品，它功

能强大、使用方便，可以使你的GIS数据采集、更新、处理更有效。您可以将

所采集的GPS数据导入到电脑中，用来查看采集的站点位置，分布，以及所有

设备的信息，并对采集回来的外业图形数据进行差分处理、以及编辑、修改、增

删等操作。可以导出其他GIS软件格式或者表格形式，进行打印输出。

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与电力设施数据采集有关的功能主要有:

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