基于GPS RTK的線路測量關鍵技術研究

　　摘要：本文基于筆者多年從事輸電線路測量的相關工作經(jīng)驗，著眼于GPS RTK在線路測量中的涉及的關鍵技術，分析了GPS RTK的作業(yè)流程，探討了RTK在輸電線路中的實施策略，并結合筆者經(jīng)驗給出了實際工作中應當注意的問題，全文來源于筆者長期的工作實踐，相信對其他同行有所裨益。
　　關鍵詞：RTK測量技術 電力線路測量 定線測量
　　中圖分類號：P2文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2011)02(a)-0000-00
　　
　　
　　
　　GPS技術在上個世紀九十年代初期開始在電力工程中應用，從單頻GPS、靜態(tài)、快速靜態(tài)到GPSTRK技術的出現(xiàn)，國內(nèi)電力工程勘測始終緊跟GPS技術發(fā)展的方向。GPS的應用，使得在數(shù)百上千公里的線路上進行大規(guī)模的航測外業(yè)控制測量成為可能，從而淘汰了使用長達十幾年之久的圖解控制技術手段；在廠站測量中，可以高效和高質(zhì)量地完成平高控制。
　　1 作業(yè)流程研究
　　1.1 收集測區(qū)的控制點資料
　　首先收集測區(qū)的控制點資料，包括控制點的坐標、等級、中央子午線、坐標系、是常規(guī)控制網(wǎng)還是GPS控制網(wǎng)、控制點的地形和位置環(huán)境是否適合作為動態(tài)GPS的參考站。
　　1.2求定測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)
　　GPS RTK測量是在WGS-84坐標系中進行的，而電力線路測量定位是在當?shù)刈鴺嘶蛭覈谋本?4或西安80坐標上進行的。這之間存在坐標轉(zhuǎn)換的問題。GPS靜態(tài)測量中，坐標轉(zhuǎn)換是在事后處理時進行的。而GPS RTK是用于實時澳4量的，要求給出當?shù)氐淖鴺?，這使得坐標轉(zhuǎn)換工作更顯得重要。
　　坐標轉(zhuǎn)換的必要條件是：至少3個以上的大地點分別有WGS-84地心坐標和北京54坐標或西安80坐標，利用轉(zhuǎn)換模型解求轉(zhuǎn)換參數(shù)。此參數(shù)控制線路一般為30 km左右：一套轉(zhuǎn)換參數(shù)控制一段線路，以轉(zhuǎn)角為分段點。
　　1.3 參考站的選定和建立
　　參考站的安置是順利實施動態(tài)GPS的關鍵之一，參考站的安置要滿足下列條件：
　　(1)參考站應有正確的已知坐標。(2)參考站應選在地勢較高，天空較為開闊，周圍無高度角超過10。的障礙物，有利于衛(wèi)星信號的接收和數(shù)據(jù)鏈發(fā)射的位置。
　　(3)為防止數(shù)據(jù)鏈丟失以及多路徑效應的影響，周圍無GPS信號反射物(大面積水域，大型建筑物等)，無高壓電線、電視臺、無線電發(fā)射站、微波站等干擾源。(4)參考站應選在土質(zhì)堅實、不易破壞的位置。參考站選定后，可以采用GPS布網(wǎng)(或靜態(tài)定位)的方法測定，在滿足精度要求的情況下也可以將基準站GPS設在原控制點上，用GPS流動站將坐標傳過去。
　　1.4工程項目內(nèi)業(yè)設計和參數(shù)設置
　　(1)當?shù)刈鴺讼?例如北京54坐標系)的橢球參數(shù)：長半軸和扁率倒數(shù)。(2)中央子午線。(3)測區(qū)坐標系間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。
　　1.5 野外作業(yè)
　　將基準站GPS接收機安置在參考點上．打開接收機，輸入精確的北京54坐標和天線高度，基準站GPS接收機通過轉(zhuǎn)換參數(shù)將北京54坐標轉(zhuǎn)換為WGS-84坐標，同時連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號，并通過數(shù)據(jù)發(fā)射電臺將其測站坐標、觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機工作狀態(tài)發(fā)送出去。流動站接收機在跟蹤GPS衛(wèi)星信號的同時接收來自基準站的數(shù)據(jù)，進行處理后獲得流動站的三維WGS-84坐標，最后再通過與基準站相同的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)將WGS-84轉(zhuǎn)為北京54坐標。接收機還可將實時位置與設計值相比較，指導放樣到正確位置。
　　2 線路測量關鍵技術分析
　　2.1 定線測量
　　定線測量，就是精確測定線路中心線的起點、轉(zhuǎn)角點和終點間各線段(即在兩點之間寫出一系列的直線樁)的工作。由于采用GPS定線不需要點與點之間通視，而且RTK能實時動態(tài)顯示當前的位置，所以施測過程中非常容易控制線路的走向以及其他構筑物的幾何關系。
　　
　　圖 1 RTK定線示意圖
　　如圖2所示，J2、J3為線路的兩轉(zhuǎn)角樁，欲在J2、J3之間定出一系列直線樁z1、Z2、??。
　　測設的方法是：
　　在J2、J3之間架設基準站，用移動站分別測出轉(zhuǎn)角點J2、J3點的坐標(如果轉(zhuǎn)角點的坐標已知，則不必測量，可直接調(diào)用)。在獲取轉(zhuǎn)點的坐標信息后，將J2、J3坐標信息設置為直線的兩點，然后以該直線作為參考線，根據(jù)現(xiàn)場情況，在電子手薄中輸入測設直線樁的間隔后，即會生成包含各直線樁點坐標的折線文件。根據(jù)折線文件中直線樁的坐標，RTK實時導航指示，就可測設出直線樁z1、z2、??。
　　
　　圖2RTK驗樁示意圖
　　2.2 斷面測量
　　測出沿線路中心線及兩邊線方向或線路垂直方向的地形起伏特征變化點的高度和距離，稱為斷面測量；沿線路中心線施測各點地形變化狀態(tài)，稱為縱斷面測量；沿線路中心的垂直方向施測各點地形變化狀態(tài)，稱為橫斷面測量。輸電線路的斷面測量中，主要測定地物、地貌特征點的里程和高程，對高程精度要求不很高，而且主要測定各特征點與輸電線路導線間的相對距離，因此，可以用RTK快速測定斷面。
　　斷面測量一般與定線測量同時進行，故不需要另外設置基準站。RTK進行斷面測量時，有兩種測量方式：
　　(1)有可直接利用數(shù)據(jù)采集功能，采集特征點的坐標，然后在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理中，輸出斷面圖。(2)可以利用RTK數(shù)據(jù)處理軟件中斷面測量功能模塊進行斷面測量。不同品牌的RTK在性能及使用上有所不同，功能大同小異。在進行斷面測量時，一般在文件設置中調(diào)入斷面所依附的線路和縱斷面設計文件和斷面所依附的線路文件，在縱斷面文件名中調(diào)入設計的斷面文件，文件名設置完畢后進入斷面測量界面。斷面測量界面的狀態(tài)顯示與線路放樣顯示方式相同。移動儀器，若當前點的偏離距在設計的偏離閥值范圍內(nèi)時，可以根據(jù)線路的起伏進行縱斷面數(shù)據(jù)采集工作。采集完畢后，用戶可以根據(jù)自己的需求把數(shù)據(jù)格式進行轉(zhuǎn)換，例如生成普遍使用的緯地斷面數(shù)據(jù)格式。
　　2.3桿塔定位測量
　　桿塔定位測量，是根據(jù)線路設計人員在線路平斷面圖上設計線路桿塔位置測設到已經(jīng)選定的線路中心線上，并釘立桿塔位中心樁作為標志的工作。
　　用RTK測設桿塔位的方法與定線測量類似，一般在相鄰兩耐張桿塔之間架設基準站，用移動站分別測出直線段兩端點的坐標(如果已經(jīng)有坐標則可直接調(diào)用)。在獲取轉(zhuǎn)點的坐標信息后，將兩端點的坐標信息設置為直線的兩點，然后以該直線作為參考線，設計圖，在電子手薄中輸人測設的桿塔位置與端點之間的間隔后，即會生成包含各桿塔位樁點坐標的折線文件。根據(jù)折線文件中桿塔位樁的坐標，信RTK實時導航指示，可測設出各桿塔位樁，并標定之。
　　2.4桿塔施工測量
　　輸電線路施工中，首先要進行塔位復測，如果遇到線路中心樁丟失的情況，還需要通過測量來恢復。應用RTK技術，將使這方面的工作快速、高效。
　　2.4.1 從2個已確定的相鄰樁位校驗或?qū)ふ?定位)第3個樁位
　　如圖2所示，定位方法是：
　　(1)用移動站分別校驗已確定的1、2號樁的位置，并自動記錄在移動站“電子手簿”測量軟件中；(2)根據(jù)線路平斷面定位圖或桿塔明細表，可查出3號樁相對于2號樁(或1號樁)的相對位置值，將這些數(shù)值輸入到測量軟件中，即可得到3號樁的位置。(3)通過移動站將自己的當前位置實時傳送給測量軟件，軟件即可得出移動站當前實際位置偏離3號樁正確位置的偏差，實時引導移動站定位人員到達3號樁的正確位置，從而實現(xiàn)定位目的。(4)如果是要校驗3號樁位，直接將移動站放在3號樁上，軟件就會給出這個位置與3號樁理論位置的偏差。
　　
　　2.4.2在直線段內(nèi)快速校驗或定位各直線塔樁位
　　如果某個直線段兩頭轉(zhuǎn)角塔的樁位已確定，只要用移動站得到兩頭轉(zhuǎn)角塔樁位的位置，就可在電子手簿中新建一條線。然后移動站到段內(nèi)任一直線塔樁位，就可直觀得出該樁位偏離直線的偏差和與已確定樁位的距離。測得的這個距離即可與圖紙相比較以校驗樁位的正確與否。反過來，從圖紙上查到的距離輸入手簿中，也可方便的在這條線上定出待定的樁位點。
　　2.4.3校驗轉(zhuǎn)角塔的轉(zhuǎn)角偏差
　　只要用移動站測定轉(zhuǎn)角塔及其前后兩基塔的樁位，用手簿中的軟件即可計算出實際轉(zhuǎn)角角度，與圖紙相比即可校驗轉(zhuǎn)角偏差。值得說明的是：目前，在購買RTK產(chǎn)品時，一般附帶了專門針對輸電線路測量而開發(fā)的軟件包，使用這些專門的測量模塊，將會使RTK測量的操作更加方便。
　　3 RTK在實施時應注意的問題
　　在輸電線路測量中，應用RTK測量技術，在實際操作過程中應注意以下幾方面的問題：
　　(1)實時動態(tài)RTK測量時選用的橢球基本參數(shù)(主要幾何和物理常數(shù))必須在同一工程各個階段保持一致。(2)基準站應選擇在地勢開闊和地面植被稀少，交通方便，靠近放樣的網(wǎng)點或轉(zhuǎn)角樁上。基準站應以快速靜態(tài)或靜態(tài)作業(yè)模式測定坐標和高程。(3)基準站發(fā)射天線安裝時，盡量避開其他無線電干擾源的干擾(如高壓線、通信、電視轉(zhuǎn)播塔、對講機的發(fā)射使用)和強反射源的干擾。流動站在精確放樣數(shù)據(jù)和采集數(shù)據(jù)時，應停止對講機的使用。(4)進行RTK測量，同步觀測衛(wèi)星數(shù)不少于5顆，顯示的坐標和高程精度指標應在±30mm范圍內(nèi)。放樣塔位樁坐標值宜事先輸入接收機控制器(電子手薄)中并認真校對。當放樣顯示的坐標值與輸入值差值在±15mm以內(nèi)時，即可確定塔位樁，并應記錄實測數(shù)據(jù)、樁號和儀器高。(5)當放樣距離超過3km時，宜將3km左右處的塔位樁附合到已知控制點上(如轉(zhuǎn)角樁、直線樁等GPS點上)。當無已知點時，必須利用已放樣的塔位樁做重復測量并檢查其精度。(6)同一段內(nèi)的直線樁、塔位樁宜采用同一基準站進行RTK放樣。當更換基準站時，應對上一基準站放樣的直線樁(或塔位樁)進行重復測量。兩次測量的坐標較差應小于±0.07m。高程較差應小于±0.1m。
　　參考文獻
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