GPS-RTK在高壓輸電線路工程測量中的應用

摘要:GPS RTK技術能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位成果，并達到厘米級精度。在測量中縮短了作業時間，提高了生產效率和效益，本文介紹AshteckZ-Xtreme系統以及實時動態測量的基本特點，結合鞍山—岫巖縣高壓架空送電線路工程的測量實踐，對GPS在高壓架空送電線路工程的應用進行了探討。

關鍵詞:全球定位系統;實時動態測量 ;架空送電線路 ;放樣

中圖分類號:TM7 文獻標識碼:ADOI:10.3969/j.issn.1672-0407.2010.05.019

文章編號:1672-0407(2010)05-043-03收稿日期:2010—02—03

一、GPS測量技術的特點

1.測站之間無需通視。

2.點位精度高。

3.觀測時間短。

4.提供三維坐標。

5.操作簡便。

6.全天候作業。

二、GPS-RTK在高壓輸電線路工程測量中的應用

2004年5月～9月，我們將3臺AshteckZ-Xtrem GPS系統投入到鞍山—岫巖送電線路工程測量中，利用該設備的實時動態測量功能，快速準確的提供測點坐標，以協助終勘選線;同時，在通過較差的耐張段，使用RTK直線放樣功能直接放出兩轉角間的直線樁位，大大加快了定線的速度，外業功效比僅使用傳輸設備有了很大提高。

(一)工程概論

鞍山—岫巖送電工程北起鞍山500KV鞍山換流站，由經500KV隆昌變電站，南至岫巖500KV變電站，全長118km，線路的大部分高程在60-120m的丘陵地形。山路崎嶇多樹木覆蓋，居民地較多。

測區平面控制網特別是高等級平面控制網均為60年代末70年代初施測的，限于當時的測量條件，三、四等三角網布設的較稀疏，并且遭受到各種自然條件和人為的破壞，若采用常規的儀器和方法進行全線貫通，不僅砍伐十分繁重，其間還會遇到一些干擾和阻力，且難以滿足精度要求。

(二)作業方法和過程

在高壓架空送電線路工程測量中主要應用了GPS的兩大功能:靜態功能和動態功能。靜態功能是通過接收到的衛星信息確定基點的三維坐標、動態功能則通過衛星定位確定地面三維坐標并實地放樣到地面上。

1.靜態控制測量

鞍山-岫巖架空送電線路嚴格按照1992年中華人民共和國測繪作業標準《全球定位系統(GPS)測量規范》(CH2001-92)要求，按照《項目設計書》要求，全網共布設了38個D級的GPS點。測區內原有1954年北京坐標系國家Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ等坐標點若干個。

2. RTK測量作業

將一臺GPS設置在距離當前線路最近的基準站，另兩臺設備做流動站測量。在本次測量工作中對于怎樣提高RTK選線、定線的外業功效，我們模擬了三種作業模式:(1)實地選定了前視轉角位置，先以兩個流動站測量前、后兩個轉角樁坐標，用這兩個樁測量定義直線，然后兩個流動站相對向放樣直線樁位(圖2-1)。(2)困難地段確定了前視方向，先以流動站測量后視轉角樁和前視方向樁坐標，再用這兩個點的實測坐標定義直線，最后兩個流動站都向前放樣直線樁(圖2-2)，(3)非困難地段直接以后視轉角樁的實測坐標和前視轉角樁的概略坐標(量圖)定義直線，由后向前放樣樁位直至前視轉角。

三、RTK放樣測量

基準點的坐標采用靜態作業模式測定，其相對點位精度較高。對于同一個耐張段的各個直線樁位。可以采用不同的基準點設置參考站來進行放樣測量，但在更換參考站后應重復測量上一個參考站放樣的1-2個樁位，以防止粗差和錯誤的產生，而對不同的耐張段，更換參考站后可重復測量相鄰轉角樁的坐標，不同參考站的兩次放樣同一點位之差應滿足±7cm精度要求。相應參考站的兩次放點之差應小于5cm。

為了方便后續的使用，困難地段應適當增加RTK放樣樁位的密度，且每個樁位至少要與另一個樁位相互通視。放樣好的樁位應測量并記錄其坐標，RTK定位的點位誤差可以控制在±2—±5cm內。

(一)樁間距離和高差測量

經過坐標聯測并求得轉換關系后，根據GPS實測樁位坐標所反算的樁間距精度很高，可以直接采用。然后，GPS測量的高程是在WGS-84中的大地高，而工程建設中廣泛采用的卻是正常高系統，當樁間距小于5km時，可用GPS大地高差代替樁位間的正常高差。由于一些地方的高程異常較為嚴重，這樣直接應用難以滿足規范要求。因此，對于 RTK所放樣的樁位的高程，在現場條件允許的情況下，應采取變換棱鏡高度的方法盡可能用全站儀重新加以實測。聯測不到樁間高差時則用RTK測量的大地高差代替。相鄰樁位間的距離一般不大于2000m，高程異常的影響可以不予考慮。

(二)與常規儀器配合使用

測量專業在線路終勘定位階段的主要任務不僅包括選線及定線的測量，樁間距離及高差測量，交叉跨越測量及后續的定位和檢查測量等。從人員使用上看3臺GPS至少需要3個測量技術人員的投入，而使用全站儀只需使用一個技術員指揮一名工人即可完成全部的測量外業，在植被稀少且障礙物不多的地段使用全站儀來選線、定線功效會更高一些。由于GPS數量的限制，一段較長的線路，如果僅靠兩個RTK流動站來完成全部樁位的放樣就很難有高的工作效率，最好先用GPS解決關鍵的地段的選線定線問題，然后再用常規儀器進行樁位加密或延伸并同時進行平斷面和交叉跨越等的測量。因此為了提高外業效率，GPS的使用要視現場的情況而定，并與常規的儀器方法相互配合。

四、GPS-RTK應用需要注意的幾個問題

(一)基準點的布設

不論是測圖還是放樣，基準站衛星信號接收狀況的好壞和流動站之間的數據關聯的暢通與否，將直接影響RTK定位精度及收斂的快慢，同此選擇合適的站點來安置基準站系統顯然是最重要的，選擇站點需要有以下幾點。

1.基準站GPS天線與衛星之間應無(或少有)遮蔽物，最好的情況是對空開闊，以保證RTK系統可接收到最多的可用衛星數量。

2.相對周圍地形，站點應處于較高處，目的是取得基準站電臺傳輸最大可能半徑。

3.基準站需遠離大功率無線電發射源、高壓輸電線等強烈干擾衛星信號的物體。

4.基準站的間距須考慮GPS電臺的功率和覆蓋能力。

(二)求解坐標轉換參數

對于我們高壓輸電線路工程中，我們利用靜態GPS控制點成果求取“區域性”的轉換參數，以適用于獨立坐標系統。其區域性，理論上消弱了變形影響，提高了轉換的可靠性。基準站的WGS—84坐標獲得方法有兩種:一是使用已有的靜態數據，直接將控制點的WGS—84輸入手簿直接求取;二是使用上點采集的方式獲取。

(三) RTK測量成果的質量控制

RTK確定整周模糊度的可靠性最高為95%，RTK比靜態GPS還多出一些誤差因素。和(下轉第27頁)(上接第44頁)GPS靜態測量相比，RTK測量更容易出錯，必須進行質量控制。最可靠的是已知點檢核比較法，但控制點的數量是有限的，所以沒有控制點的地方需要用重測比較法檢核該成果。

五、結論

在架空送電線路工程測量中使用 RTK功能，現場快速準確的提供測點坐標以協助終勘選線同樣可以達到優化路徑方案、減少拆遷量縮短線路長度節省工程投資的目的。

使用GPS進行坐標聯測不僅效率高，而且沒有誤差累積，可以準確地計算全部轉角及塔位的地方坐標，這一點對線路通過城鄉規劃區以及跨越江河很有利。

根據GPS實測的轉角坐標可反算出每個耐張段的段長及高差，對常規儀器的測量成果來說又多了個檢核條件，能夠避免線路工程中容易發生的多測或漏測某一段樁間距離的情況，還能避免因測站高和棱鏡高的不正確輸入而造成樁位高程計算的錯誤，可以非常有效的確保工程測量質量。

通過GPS RTK直線放樣，不僅可以減少使用常規儀器的方法實行全線貫通的砍伐工作量，而且避免了對植被的破壞有利于環境保護。

GPS與全站儀聯合作業，用于架空送電線路終勘定位階段的工程測量可以優勢互補，大大提高了外業功效。

參考文獻:

[1]GPS衛星定位系統及其在測繪中的應用(教育科學出版社)

[2]DL/T 5122-2000，500kv架空送電線路勘測技術規范[S]

[3]GPS系統在線路工程定線測量中的應用

(責任編輯:陳陽)