GPS-RTK技術(shù)在電力線路定線測量中的應(yīng)用

摘 要:GPS全球定位系統(tǒng)已廣泛用于大地測量、工程測量、航空攝影測量以及地形測量等各個(gè)方面。本文將以安徽省公路路網(wǎng)項(xiàng)目為例，概略敘述GPS系統(tǒng)在公路工程控制測量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:GPS定位系統(tǒng)公路工程控制測量應(yīng)用

中圖分類號:TV221.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0086-02

1 概述

1.1 GPS系統(tǒng)的組成

GPS全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成，除此之外，測量用戶當(dāng)然還應(yīng)有衛(wèi)星接收設(shè)備。

1.2 GPS的工作原理

GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。在需要的位置P點(diǎn)架設(shè)GPS接收機(jī)，在某一時(shí)刻ti同時(shí)接收了三顆(A、B、C)以上的GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，通過一系列數(shù)據(jù)處理和計(jì)算可求得該時(shí)刻GPS接收機(jī)至GPS衛(wèi)星的距離SAP、SBP、SCP，同樣通過接收衛(wèi)星星歷可獲得該時(shí)刻這些衛(wèi)星在空間的位置(三維坐標(biāo))。在GPS測量中通常采用兩類坐標(biāo)系統(tǒng)，一類是在空間固定的坐標(biāo)系統(tǒng)，另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)，稱地固坐標(biāo)系統(tǒng)，我們在公路工程控制測量中常用地固坐標(biāo)系統(tǒng)。在實(shí)際使用中需要根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的變換，來求出所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)。這樣更有利于表達(dá)地面控制點(diǎn)的位置和處理GPS觀測成果，因此在測量中被得到了廣泛的應(yīng)用。

2 GPS測量的技術(shù)特點(diǎn)

(1)測站之間無需通視。測站間相互通視一直是測量學(xué)的難題。GPS這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號不受干擾。

(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測量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長，GPS測量優(yōu)越性愈加突出。大量實(shí)驗(yàn)證明，在小于50公里的基線上，其相對定位精度可達(dá)12×10-6，而在100～500公里的基線上可達(dá)10-6～10-7。

(3)觀測時(shí)間短。觀測時(shí)間短采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測站上的觀測時(shí)間一般在30～40min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測時(shí)間更短。

(4)提供三維坐標(biāo)。GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時(shí)，可以精確測定觀測站的大地高程。

(5)操作簡便。GPS測量的自動(dòng)化程度很高。目前GPS接收機(jī)已趨小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高打開電源即可進(jìn)行自動(dòng)觀測，利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即求得測點(diǎn)三維坐標(biāo)。而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動(dòng)完成。

(6)全天候作業(yè)。GPS觀測可在任何地點(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 GPS系統(tǒng)在實(shí)際測量工作中的應(yīng)用

3.1 高速連接線控制測量

(1)建立布網(wǎng)方案。高速連接線地物地貌較為復(fù)雜，部分區(qū)域和方向有遮擋，該測區(qū)內(nèi)原有BJ54坐標(biāo)系的E級控制點(diǎn)二個(gè)(已知起算點(diǎn))，根據(jù)工程需要在附近沿線加密控制點(diǎn)，以便于測設(shè)。

(2)大地測量法。主要采用大地測量儀器如經(jīng)緯儀、全站儀、測距儀等。國道310線鄭汴高速連接線控制網(wǎng)采用測邊網(wǎng)，高程采用測距三角高程，按照觀測技術(shù)要求進(jìn)行施測。

(3)GPS靜態(tài)測量法。GPS靜態(tài)測量法就是根據(jù)制定的觀測方案，將三臺天寶4800GPS接收機(jī)安置在待定點(diǎn)(a2，c1，c2，c3)上同時(shí)接收衛(wèi)星信號，直至將所有環(huán)路觀測完畢。

(4)大地測量法與GPS測量法結(jié)果比較。由于兩種測量方法本身的測量誤差和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型誤差以及在平差計(jì)算中觀測量權(quán)配置等因素引起兩種測量方法的結(jié)果存在一定的差值，由于其三維坐標(biāo)差值均小于±10mm，因此可以滿足高速連接線加密施工控制網(wǎng)的精度要求。

3.2 GPS的動(dòng)態(tài)測量(RTK)在新建工程的應(yīng)用

大道新建工程周圍地勢起伏較大，在北城墻外JD4～JD5區(qū)間穿越五十公頃面積的國家森林公園，大范圍的密林、密灌地使通視較為困難，而規(guī)范對附合導(dǎo)線長、閉合導(dǎo)線長及結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線間長度等有嚴(yán)格規(guī)定，一般對于高等級公路均要求達(dá)到一級導(dǎo)線要求。這樣，導(dǎo)線附合或閉合長度和結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線結(jié)點(diǎn)間距等指標(biāo)都有嚴(yán)格規(guī)定，這種要求一般在實(shí)際作業(yè)中難以達(dá)到，往往出現(xiàn)超規(guī)范作業(yè)。公路局勘察設(shè)計(jì)院于2000年用10人花費(fèi)20天時(shí)間，用全站儀和測距儀通過導(dǎo)線形式完成了該路段進(jìn)行了控制測量。

4 RTK定位技術(shù)在具體工程測量中的應(yīng)用

4.1 RTK定位技術(shù)在呈貢前新路放樣中的應(yīng)用

該工程位于呈貢縣吳家營鄉(xiāng)，道路規(guī)劃設(shè)計(jì)全長5.3km，路寬80m，放樣的樁位為580多個(gè)，占地面積約630多畝。由于該區(qū)地形地貌復(fù)雜多變:為果園、林地、菜地(大棚)，通視困難。針對上述情況我們通過考慮，結(jié)合了RTK技術(shù)的特點(diǎn):

(1)作業(yè)效率高。每個(gè)放樣點(diǎn)只需要停留1-2s的時(shí)間，僅需一人操作，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了勞動(dòng)效率。在一般的地形地勢下，高質(zhì)量的RTK設(shè)站一次即可測完4km半徑的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測量儀器的“搬站”次數(shù)。

(2)實(shí)時(shí)提供測點(diǎn)坐標(biāo)定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累。只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)(一般為4KM)，RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級。如美國Trimble系列的機(jī)型RTK點(diǎn)位精度可由于優(yōu)于1.5cm。

(3)降低了作業(yè)條件要求。RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波通視”，因此，和傳統(tǒng)測量相比，RTK技術(shù)受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小(除打雷)，在傳統(tǒng)測量看來由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足RTK的基本工作條件，它也能輕松地進(jìn)行快速的高精度定位作業(yè)。因此對于以上道路放樣工程就更顯其優(yōu)越性。

(4)實(shí)際工作放樣數(shù)據(jù)對比表（如表1）。

通過上表我們可以看出放樣測存點(diǎn)的坐標(biāo)與理論坐標(biāo)值都在2cm以內(nèi)，那么這樣的精度則完全可以滿足我們工作的要求也符合測量工作的規(guī)范。

4.2 RTK定位技術(shù)在實(shí)測中遇到的問題

由于工程位于市內(nèi)環(huán)城公路沿線，地物類型多樣，市內(nèi)高大建筑物群使GPS接收機(jī)產(chǎn)生多路勁效應(yīng)。而且沿線地塊內(nèi)的高壓輸電、變電站、電臺發(fā)射塔等各種強(qiáng)電磁干擾使得RTK技術(shù)在某些地段無法經(jīng)行初始化過程，導(dǎo)致定位浮動(dòng)無法測量。特別是某地塊中，由于周圍都是高壓輸電線，形成一個(gè)閉合的磁場，即使該地塊很空曠，也無法初始化。

4.3 實(shí)測過程中問題具體解決的方法及過程

根據(jù)實(shí)際情況，對RTK技術(shù)在應(yīng)用中遇到的具體問題進(jìn)行綜合性分析，我們做出了相應(yīng)的解決方案。

(1)首先對基準(zhǔn)站進(jìn)行了各種調(diào)整。在基準(zhǔn)站布設(shè)的過程中，盡量的選擇電磁干擾、高大建筑無較少的控制點(diǎn)布設(shè)基準(zhǔn)站。在儀器的架設(shè)過程中電臺天線盡量設(shè)置高些，以提高電臺信號的傳輸距離，并將電臺的發(fā)射功率調(diào)到最高，以擴(kuò)大流動(dòng)站的作業(yè)范圍(通常情況下工程應(yīng)用中電臺的發(fā)射功率為10W，而在該工程中我們針對問題將發(fā)射功率調(diào)到最高30w)使信號不易失鎖。通過這樣的處理方式既提高了RTK技術(shù)測量的進(jìn)度和速度，也解決了一部分問題。

(2)其次，通過討論決定利用常規(guī)測量配合RTK技術(shù)結(jié)合各自的長處來解決問題。具體解決:當(dāng)RTK技術(shù)遇到測定不出來的地塊市我們就利用RTK技術(shù)在附近空曠的地方做好控制點(diǎn)，利用全站儀補(bǔ)測。最終利用RTK技術(shù)配合全站儀我們順利的、按時(shí)的、高質(zhì)量的完成了該工程。

(3)最后，由于RTK技術(shù)具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，并且隨時(shí)都可以知道點(diǎn)位的坐標(biāo)與精度值，那么就為常規(guī)測量是實(shí)施提供了最基本的前提條件(快速布控)，也就不需要再通過做繁冗的三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)進(jìn)行控制點(diǎn)的引測。既減少了人力物力同時(shí)也提高了工作效率。若單獨(dú)利用RTK技術(shù)則無法完成測定工作，而單獨(dú)用常規(guī)測量更是難以應(yīng)用且毫無工作效率、利益可言。

5 結(jié)語

通過以上對GPS測量的應(yīng)用事例的探討，可以看出GPS在公路工程的控制測量上具有很大的發(fā)展前景:它的作業(yè)不受環(huán)境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區(qū)、局部重點(diǎn)工程地區(qū)等。它不受人為因素的影響。整個(gè)作業(yè)過程全由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算。RTK能實(shí)時(shí)地得出所在位置的空間三維坐標(biāo)。這種技術(shù)非常適合路線、橋、隧勘察。它可以直接進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、中樁測量、點(diǎn)位測量等。GPS測量可以極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，減少野外砍伐工作量，提高作業(yè)效率。GPS高精度高程測量同高精度的平面測量一樣，是GPS測量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。

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