超長輸電線路GPS控制網的建立*

隆華平,侯林鋒

(1.廣州建通測繪技術開發有限公司,廣東廣州510663;2.廣東工貿職業技術學院,廣東廣州510510)

0 引 言

南方電網超高壓輸電公司所屬的天廣直流和天廣I、II交流線路位于廣東、廣西、云南和貴州三省,途徑廣州市、清遠市、賀州市、柳州市、桂林市、河池市、獨山市和惠水市。地理坐標范圍為:北緯21°39′～27°02′,東經104°20′～114°16′。沿線主要是山區,東西高差很大,東部位于珠三角地區,最低高程為2 m,西部位于山嶺地區,最大高程為1200 m.測區交通非常不方便,很多地方都屬于人煙比較稀少的地方,且氣候變化比較大。為了獲取輸電線路與環境信息建立GIS模型,采用激光雷達掃描技術,對南方電網貴廣超高壓輸電線路共13400 km進行掃描。在掃描之前首先要建立地面參考站。參考站控制點分布要相對均勻,要求控制點密度能滿足LIDAR數據采集時地面參考站最大距離要求,也就是要保證數據采集時,飛機距離最近的參考站不能超過30 km。參考站控制點測量范圍大、任務重,僅靠常規測量手段,操作困難。因此,利用GPS定位技術進行輸電線路控制測量是最好選擇。利用GPS定位技術進行輸電線路參考站數據采集,首先應建立GPS控制網。本文以南方電網天廣超長輸電線路二期工程、109個GPS C級點為例,探討超長輸電線路GPS控制網的布設和數據處理方法。

1 GPS控制網的布設與觀測

為滿足本項目規定的成果精度,根據全球定位系統(GPS)測量規范(GB/T 18314-2001)規定,結合本項目實際情況,基本控制網擬采用C級網[1]。

1)控制網的布設

在項目啟動前,首先布設了GPS B級控制網。B級控制網布設11個控制點,聯測3個IGS GPS衛星觀測站,采用精密星歷進行數據處理。B級控制網網點分布合理,保存較為完好,在B級控制網的基礎上布設C級網。為了保證LIDAR航飛數據采集的精度,沿著線路走向每45 km左右布設一個C級GPS控制點,再隔150 km左右的范圍加密布設一對點距1 km左右控制點,用于參考面數據測量。相鄰邊的平均距離小于45 km.共布設C級GPS控制點109個,進行16處參考面測量,聯測十余個已知點。布網時以三角形作為布網的基礎,充分考慮了點所構成三角形的形狀,以構成檢核條件。

2)外業觀測

外業觀測時以相互關聯的線路為一個獨立控制網,在線路的起點、中間和終點至少聯測3個B級控制點,采用8臺天寶雙頻靜態GPS進行同步觀測,觀測2個時段,由于C級網最短邊為293 m,最長邊為199,677 m,平均邊長在40 km左右,超過規范要求的15 km,因此每個時段觀測時間延長至不少于180 min,數據采樣間隔為15 s.觀測時采用邊聯和網聯式,按照線路前進方向推進(控制網布設如圖1所示)。

圖1 控制網布設線路圖

2 基線解算

基線解算使用隨機商用 TGO軟件。考慮到輸電線路C級控制網之間的空間分布情況及星歷精度對基線解算的影響情況,控制網內所有基線處理時都采用廣播星歷。外業觀測相關數據如下表1所示。

表1 基線觀測數量

基線質量的檢驗是通過方差比率(Ratio)、單位權中誤差(RMS)參考變量等項目。檢查結果顯示比率最小為3.1,單位權中誤差最大為20 mm,參考變量最大為4.931,均滿足Ratio≥3.0,RMS＜20 mm,參考變量小于10的要求。處理結果表明,基線解算質量較高[2]。

3基線構成的同步環中只有2條同步基線可以視為獨立的基線。理論上,第3條基線與其余2條基線構成封閉圖形時,各方向上的閉合差應為零。由于觀測誤差、模型誤差的存在,以及處理軟件的內在缺陷,第3條基線處理的結果與前條基線的閉合差常不為零。本次軟件共處理閉合環1832個,全部通過。環閉合差數據如下表2所示。

表2 閉合環精度

3 控制網平差

項目采用WGS-84坐標系統。網格坐標投影方式為高斯-克呂格投影,按3度分帶分為35度帶(中央子午線106度)、36度帶(中央子午線108度)、37度帶(中央子午線111度)和38度帶(中央子午線114度)。高程采用橢球高。大地坐標和網格坐標的7參數轉換關系統一設置為“0”。

1)三維無約束平差

在每條基線質量都滿足《規范》要求的情況下,進行三維無約束平差[3]。平差計算的基準為WGS-84大地坐標系,平差方法采用加權平差法。

平差后點位中誤差最大為±10 mm,最弱邊邊長相對中誤差為1/247635.可見GPS網內符合精度較高,無粗差存在。

2)二維約束平差

以11個B級控制點WGS-84坐標為起算點坐標進行約束平差,平差基準為80西安坐標系,平差方法采用加權平差法。平差后成果的最弱點點位中誤差為±1.1 cm,最弱邊邊長相對中誤差為1/135920。符合最弱點點位中誤差小于±10 cm,最弱邊邊長相對中誤差小于1/80000的《規范》要求。GPS網點相關精度數據如下表3所示。

表3 基線邊長相對精度統計

4 結 論

介紹了如何利用GPS技術建立輸電線路C級GPS控制網,并對基線解算、GPS網平差、起算點精度進行了分析。通過該工程實踐,得出了如下結論:

1)南電貴廣輸電線路GPS控制網,所采用的由公共邊毗連的多個閉合環所構成的圖形,不僅適合于線路的直伸形狀,而且能對GPS觀測值提供有效、全面的檢核。

2)坐標系直接采用WGS-84坐標系下的網格坐標和大地坐標,不需要進行坐標轉換,約束平差精度較高。

3)數據處理過程中,用于參考面測量的1 km左右控制點的內外符合精度同樣達到了C級控制網的要求,說明本次GPS控制測量精度較高。

[1] 劉經南,施 闖,陳俊勇.'92、'96國家高精度GPS A級網整體平差結果分析與我國塊體運動模型研究[J].武漢測繪科技大學學報,1998,23(4):314-319.

[2] 張進民,伶 洞.不同類GPS基線向量構成控制網平差探討[J].測繪通報,2001(1):21-22.

[3] 明祖濤,周年昌,江春華.北京數字電力GPS控制網的建立[J].測繪通報,2006(7):30-32.