高壓輸電線路測(cè)量中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用分析

常 龍　劉正林

1.南瑞電力設(shè)計(jì)有限公司　2.中國能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司

高壓輸電線路測(cè)量中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用分析

常 龍1劉正林2

1.南瑞電力設(shè)計(jì)有限公司2.中國能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司

全球定位系統(tǒng)GPS是美國研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有全球性、全天候、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。并且由于GPS-RTK技術(shù)在高壓輸電線路的測(cè)量中有著諸多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用日益廣泛，因此需要加強(qiáng)對(duì)其進(jìn)行分析基于此，本文概述了GPS—RTK技術(shù)，簡述了GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)，對(duì)高壓輸電線路測(cè)量中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討分析。

GPS-RTK技術(shù)；應(yīng)用；特點(diǎn)；高壓輸電線路；測(cè)量

1　GPS—RTK技術(shù)的概述

GPS-RTK（Real-timekinematic）技術(shù)采用差分GPS三類（位置差分、偽距差分和相位差分）中的相位差分。這三類差分方式都是由基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，由流動(dòng)站接收并對(duì)其測(cè)繪結(jié)果進(jìn)行改正，以獲得精確的定位結(jié)果，所不同的是發(fā)送改正數(shù)的具體內(nèi)容不一樣，其差分定位精度也不同。前兩類定位誤差的相關(guān)性會(huì)隨基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的空間距離的增加其定位精度迅速降低。RTK的工作原理是將一臺(tái)接收機(jī)置于基準(zhǔn)站上，另一臺(tái)或幾臺(tái)接收機(jī)置于流動(dòng)站上，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)接收同一時(shí)間相同GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，基準(zhǔn)站所獲得的觀測(cè)值與已知位置信息進(jìn)行比較，得到GPS差分改正值。然后將這個(gè)改正值及時(shí)地通過無線電數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)傳遞給流動(dòng)站以精化其GPS觀測(cè)值，得到經(jīng)差分改正后得到較準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)位置。

2　GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)

GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：（1）測(cè)站之間無需通視。測(cè)站間相互通視一直是測(cè)量學(xué)的難題。GPS這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈活方便。但測(cè)站上空必須開闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號(hào)不受干擾。（2）定位精度高。一般雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標(biāo)稱精度為5mm+5ppm，GPS測(cè)量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長，GPS測(cè)量優(yōu)越性愈加突出。（3）觀測(cè)時(shí)間短。觀測(cè)時(shí)間短采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在30～40min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測(cè)時(shí)間更短。（4）提供三維坐標(biāo)。GPS測(cè)量在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。（5）操作簡便。GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高。目前GPS接收機(jī)已趨小型化和操作傻瓜化，觀測(cè)人員只需將天線對(duì)中、整平，量取天線高打開電源即可進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即求得測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)。而其它觀測(cè)工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測(cè)等均由儀器自動(dòng)完成。（6）全天候作業(yè)。GPS觀測(cè)可在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣狀況的影響。

3　高壓輸電線路測(cè)量中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1繪制中小比例尺地形圖。高壓輸電線路的選線設(shè)計(jì)通常都是在1：10000或1：50000地形圖以及1：5000比例尺帶狀地形圖上進(jìn)行的。對(duì)于這些中小比例尺地形圖，如采用航測(cè)方法成圖，需要進(jìn)行航空攝影，然后建立控制網(wǎng)，再進(jìn)行相片控制測(cè)量和外業(yè)調(diào)繪等工作，在野外采集控制數(shù)據(jù)和調(diào)繪信息，最后把這些信息拿到內(nèi)業(yè)利用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站進(jìn)行測(cè)繪和編輯，便可繪制成所需的中小比例尺地形圖。采用這種方法成圖受外界干擾因素較多，通常受到空域?qū)徟吞鞖鈼l件的限制，再加上工作步驟繁多，在一個(gè)成圖周期內(nèi)往往要花費(fèi)較長的時(shí)間。如采用工測(cè)方法成圖，應(yīng)用GPS-RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，只需在野外采集碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)和其屬性信息，在現(xiàn)場(chǎng)即可編輯成圖，這種方法采集速度快，工作方法簡便，可大大降低測(cè)圖的難度，既省時(shí)又省力。以上兩種測(cè)圖方法各有不同的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于100km以上的線路，通常采用航測(cè)方法成圖，對(duì)于100km以下的線路，通常應(yīng)用GPSRTK動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，采用工測(cè)方法成圖。

3.2定位及線測(cè)量。繪制中小比例尺地形圖后，設(shè)計(jì)人員便可在地形圖上確定高壓輸電線路的走向，選定帶狀線路并初步確定轉(zhuǎn)角塔的位置。結(jié)合塔位坐標(biāo)，通過以下步驟進(jìn)行測(cè)量。（1）求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。測(cè)量前需要在測(cè)區(qū)邊沿選擇三個(gè)分布均勻的控制點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)校正，求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。基準(zhǔn)站的WGS84坐標(biāo)的獲得方法有兩種：第一、直接求取法，即利用已有的靜態(tài)數(shù)據(jù)，將控制點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)直接輸入手簿進(jìn)行求?。坏诙?、點(diǎn)位采集法，即將儀器架設(shè)在基準(zhǔn)站上，直接從手簿中讀取基準(zhǔn)站的WGS84坐標(biāo)，然后將流動(dòng)站安置于控制點(diǎn)上采集WGS84坐標(biāo)。測(cè)量時(shí)應(yīng)將校正參數(shù)記錄在筆記本上，以其它已知控制點(diǎn)作為檢核，當(dāng)檢核精度滿足擬測(cè)量等級(jí)時(shí)，方可開始正常作業(yè)。（2）定位測(cè)量。結(jié)合塔位坐標(biāo)，應(yīng)用RTK的定位功能，將塔位點(diǎn)的坐標(biāo)輸入GPS手簿中，系統(tǒng)就會(huì)確定出塔位的實(shí)際位置。采用這種方法測(cè)量，可直接查看觀測(cè)手簿上的收斂值來確定放樣點(diǎn)的定位精度。當(dāng)達(dá)到要求的點(diǎn)位精度時(shí)，即可停止觀測(cè)，將點(diǎn)位坐標(biāo)存入相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。在無干擾的測(cè)區(qū)，當(dāng)儀器鎖定5顆以上衛(wèi)星時(shí)，在5秒鐘內(nèi)RTK測(cè)量即獲得固定解，手簿顯示的收斂值一般在2cm以內(nèi)。此時(shí)的收斂值真實(shí)地反映了天線中心測(cè)量的內(nèi)符合精度。（3）定線測(cè)量。結(jié)合塔位坐標(biāo)，使用RTK的定線功能，將相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)角塔的坐標(biāo)輸入GPS手簿中建立一條基準(zhǔn)線，系統(tǒng)就會(huì)在手簿的屏幕上顯示一個(gè)單位圓和所確定的那條主線，并實(shí)時(shí)給出流動(dòng)站的實(shí)際位置相距主線的距離和偏離主線的角度，從而引導(dǎo)流動(dòng)站靠近主線，當(dāng)流動(dòng)站與主線重合時(shí)，便可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況確定兩個(gè)轉(zhuǎn)角塔之間的直線塔的位置，并測(cè)定其平面坐標(biāo)和高程，按編碼存儲(chǔ)到相應(yīng)的單元中。

3.3斷面圖測(cè)量。（1）采集野外數(shù)據(jù)信息。啟動(dòng)RTK的定線功能，輸入一個(gè)耐張段內(nèi)兩個(gè)轉(zhuǎn)角塔的坐標(biāo)，然后按照GPS手簿上的引導(dǎo)找準(zhǔn)中線點(diǎn)的位置，根據(jù)地形地貌和跨越地物的實(shí)際情況，沿中線每隔一定距離采集一個(gè)中線點(diǎn)的信息，采集信息點(diǎn)一般間隔為20～50m。將采集到的信息按編碼存儲(chǔ)到GPS手簿相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中。如遇到鐵路、公路、電信線路和房屋等交差跨越時(shí)，要準(zhǔn)確測(cè)出交差點(diǎn)的三維坐標(biāo)并記錄跨越點(diǎn)相距起始點(diǎn)的距離等信息。在線路中線左右50m的范圍內(nèi)，如有危險(xiǎn)點(diǎn)還要同時(shí)采集危險(xiǎn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)等信息。（2）內(nèi)業(yè)編輯生成斷面圖。啟動(dòng)《SLCAD架空送電線路平斷面處理系統(tǒng)》，把在野外采集到的信息從GPS手簿調(diào)入到計(jì)算機(jī)中，然后將計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)信息讀入到系統(tǒng)的表單中，通過編輯整理便可生成斷面圖。

4　結(jié)束語

全球定位系統(tǒng)GPS因其具有自動(dòng)化程度高、速度快、定位精度高等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。同時(shí)GPS-RTK技術(shù)具有實(shí)時(shí)厘米級(jí)的定位精度，目前已在電力、水利、道路、林業(yè)和勘界測(cè)量等領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。而將GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用于高壓輸電線路測(cè)量中，特別是定線、測(cè)距、高程測(cè)量、斷面測(cè)量以及桿塔定位測(cè)量等工作，可以提高其工作效率和勘測(cè)精度。

［1］孔祥元.大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2010

［2］任生保.GPSRTK技術(shù)在地籍和房地產(chǎn)測(cè)量中的應(yīng)用［J］.2009（3）