小議線路測量中RTK的應用研究

張廣紅

摘要 RTK技術是GPS實時載波相位差分的簡稱,這是一種將GPS與數傳技術相結合,實時解算并進行數據處理,在1～2s內得到高精度位置信息的技術。這種技術能夠實時提供測量點在指定坐標系中的三維坐標,并達到厘米級精度。本文對RTK在電線路測量中的進行了闡述分析。

關鍵詞 線路測量;RTK;實施

中圖分類號 TM93 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708(2009)07-0082-02

0 引言

隨著我國電網建設力度的加大,電網建設施工企業所承擔的施工任務也在逐年增加,測量任務越來越多,要求完成的時間越來越短,野外地形條件越來越復雜,而用常規儀器作業根本不能縮短時間,提高效率。架空輸電線路測量工作包括選線測量、定線測量、平斷面測量、交叉跨越測量和定位測量。這些測量工作隨著全球定位系統GPS(Global PositioningSystem)民用技術和產品的普及,現在可借助GPS技術更方便、快速、準確地進行。與傳統的測量技術相比,GPS測量具有顯著優點:不受通視的限制、測量的距離遠、速度快、精度高、操作簡便,因此,可以顯著地提高測量速度、測量精度和生產效率。對于架空輸電線路測量而言,測量人員需當場知道測量結果或精度,實時動態測量RTK(Real Time Kine2matic)技術可以很好的解決這類問題。

1 RTK技術簡介

GPS的基本定位原理是采用空間被動式測量原理,即在測站上安置GPS用戶接收系統,以各種可能的方式接收GPS衛星系統發送的各類信號,由計算機求解站星關系和測站的三維坐標。

對GPS信號的處理從時間上劃分為實時處理及后處理。實時處理就是一邊接收衛星信號一邊進行計算,獲得目前所處的位置、速度及時間等信息;后處理是指把衛星信號記錄在一定的介質上,回到室內統一進行數據處理。實時動態測量RTK(Real-Time Kinematic)技術就是采用的實時處理測量技術。

RTK定位技術就是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術,它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果,并達到厘米級精度。在RTK作業模式下,基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據,還要采集GPS觀測數據,并在系統內組成差分觀測值進行實時處理,同時給出厘米級定位結果,歷時不到1s。流動站可處于靜止狀態,也可處于運動狀態,可在固定點上先進行初始化后再進入動態作業,也可在動態條件下直接開機,并在動態環境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知數解固定后,即可進行每個歷元的實時處理,只要能保持5顆以上衛星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形,則流動站可隨時給出厘米級定位結果。

RTK系統由基準站和移動站組成,考慮在野外的作業方便,移動站的體積和重量盡量減小到最大限度,以達到輕便實用的目的。系統的基本組成為2臺及2臺以上的GPS接收機和天線,相應個數的數據通訊電臺(其中1臺用于發射),與移動站相同的測量控制器或便攜機,用于陸地測量的便攜工具,有水上測量任務的配備相應的設備,電源設備,以及動態測量軟件,水道測量需配備相應的水道測量軟件。基準站由GPS接收機(包括GPS衛星接收天線)、數據傳輸電臺、通信天線及電源設備等組成。便攜移動站由GPS接收機(包括GPS衛星接收天線)、數據鏈和通信天線、控制器以及便攜工具組成。

2 RTK在架空線路測量中的實施

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。如圖1所示,J2、J3為線路的兩轉角樁,欲在J2、J3之間定出一系列直線樁Z1、Z2、……

圖1 RTK定線示意圖

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角點J2、J3點的坐標(如果轉角點的坐標已知,則不必測量,可直接調用)。在獲取轉點的坐標信息后,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,根據現場情況,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……

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,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,稱為橫斷面測量。架空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)可直接利用數據采集功能,采集特征點的坐標,然后在內業數據處理中輸出斷面圖。

2)可以利用RTK數據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入斷面所依附的圖1 RTK定線示意圖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時,可以根據線路的起伏進行縱斷面數據采集工作。采集完畢后,用戶可以根據自己的需求把數據格式進行轉換,例如生成普遍使用的緯地斷面數據格式。

2.3 桿塔定位測量

桿塔定位測量是根據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(如果已經有坐標則可直接調用)。在獲取轉點的坐標信息后,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,在電子手薄中輸入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。

1)從2個已確定的相鄰樁位校驗或尋找(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)在直線段內快速校驗或定位各直線塔樁位

如果某個直線段兩頭轉角塔的樁位已確定,只要用移動站得到兩頭轉角塔樁位的位置,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。反之,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。

3)校驗轉角塔的轉角偏差

只要用移動站測定轉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角角度,與圖紙相比即可校驗轉角偏差。

3 RTK在實施時應注意的問題

在架空輸電線路測量中,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RTK測量時選用的橢球基本參數(主要幾何和物理常數)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、靠近放樣的網點或轉角樁上。基準站應以快速靜態或靜態作業模式測定坐標和高程。

3)基準站發射天線安裝時,盡量避開其他無線電干擾源的干擾(如高壓線、通信、電視轉播塔、對講機的發射使用)和強反射源的干擾。流動站在精確放樣數據和采集數據時,應停止對講機的使用。

4)進行RTK測量,同步觀測衛星數不少于5顆,顯示的坐標和高程精度指標應在±30mm范圍內。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以內時,即可確定塔位樁,并應記錄實測數據、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(如轉角樁、直線樁等GPS點上)。當無己知點時,必須利用已放樣的塔位樁做重復測量并檢查其精度。

6)同一耐張段內的直線樁、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(或桿塔位樁)和轉角塔位樁進行重復測量(主要就是復測轉角樁和轉角后樁目的就是要準確地計算出此轉角的準確轉角度數)。兩次測量的坐標較差應小于±0.07m。高程較差應小于±0.1m。

4 結論

通過以上分析,GPS RTK技術不僅能達到較高的定位精度,而且在線路測量的各個方面具有明顯的優勢,因此GPS RTK技術在線路工程測量領域有著廣闊的應用前景。

參考文獻

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