RTK技術在城市電力工程測量中的應用研究

袁金彪 萬凌翔 姚堅 谷杰紅

摘 要:本文基于筆者多年從事城市勘察測量的相關工作經驗,以RTK技術在城市電力勘測中的應用為研究對象,探討了基于GPS RTK技術的電力線路測量作業流程和實施步驟,全文來源于筆者長期的工作實踐,相信對其他同行有所裨益。

關鍵詞:RTK測量技術電力線路測量定線測量

中圖分類號:TB22 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(b)-0039-02

GPS技術在20世紀90年代初期開始在電力工程中應用,從單頻GPS、靜態、快速靜態到GPS RTK技術的出現,國內電力工程勘測始終緊跟GPS技術發展的方向。GPS的應用,使得在數百上千公里的線路上進行大規模的航測外業控制測量成為可能,從而淘汰了使用長達十幾年之久的圖解控制技術手段;在廠站測量中,可以高效和高質量地完成平高控制。

RTK定位技術的崛起,是GPS定位技術的又一次重大突破,這項技術的應用使得線路航測的大規模落實路徑測量和實時動態定位測量變為現實。RKT應用于桿塔放位時,可取消傳統航測放位中那些依靠體力(如上樹搖旗吶喊、多次反復奔波)才能完成的串通直線及定線測量、樁間距離與高差測量等數道工序,而直接對每基塔位進行實時動態的放樣測量,實現了一步法放樣定位。這樣,簡化了工序,節省了大量人力、物力,總工效提高了2～3倍。另外,由于取消定線測量,就避免部分地物的拆除和大量樹林的砍伐,保持了生態平衡,取得了良好的環境效益。GPS技術在電力工程中的應用己比較成熟。

1GPS RTK實施原則及作業流程

1.1 收集測區的控制點資料

首先收集測區的控制點資料,包括控制點的坐標、等級、中央子午線、坐標系、是常規控制網還是GPS控制網、控制點的地形和位置環境是否適合作為動態GPS的參考站。

1.2 求定測區轉換參數

GPS RTK測量是在WGS-84坐標系中進行的,而電力線路測量定位是在當地坐標或我國的北京54或西安80坐標上進行的。這之間存在坐標轉換的問題。GPS靜態測量中,坐標轉換是在事后處理時進行的。而GPS RTK是用于實時測量的,要求給出當地的坐標,這使得坐標轉換工作更顯得重要。

坐標轉換的必要條件是:至少3個以上的大地點分別有WGS-84地心坐標和北京54坐標或西安80坐標,利用轉換模型解求轉換參數。此參數控制線路一般為30km左右:一套轉換參數控制一段線路,以轉角為分段點。

1.3 參考站的選定和建立

參考站的安置是順利實施動態GPS的關鍵之一,參考站的安置要滿足下列幾點條件。

(1)參考站應有正確的已知坐標。(2)參考站應選在地勢較高,天空較為開闊,周圍無高度角超過10°的障礙物,有利于衛星信號的接收和數據鏈發射的位置。(3)為防止數據鏈丟失以及多路徑效應的影響,周圍無GPS信號反射物(大面積水域,大型建筑物等),無高壓電線、電視臺、無線電發射站、微波站等干擾源。(4)參考站應選在土質堅實、不易破壞的位置。參考站選定后,可以采用GPS布網(或靜態定位)的方法測定,在滿足精度要求的情況下也可以將基準站GPS設在原控制點上,用GPS流動站將坐標傳過去。

1.4 工程項目內業設計和參數設置

(1)當地坐標系(例如北京54坐標系)的橢球參數:長半軸和扁率倒數。(2)中央子午線。(3)測區坐標系間的轉換參數。

1.5 野外作業

將基準站GPS接收機安置在參考點上。打開接收機,輸入精確的北京54坐標和天線高度,基準站GPS接收機通過轉換參數將北京54坐標轉換為WGS-84坐標,同時連續接收所有可視GPS衛星信號,并通過數據發射電臺將其測站坐標、觀測值、衛星跟蹤狀態及接收機工作狀態發送出去。流動站接收機在跟蹤GPS衛星信號的同時接收來自基準站的數據,進行處理后獲得流動站的三維WGS-84坐標,最后再通過與基準站相同的坐標轉換參數將WGS-84轉為北京54坐標。接收機還可將實時位置與設計值相比較,指導放樣到正確位置。

2RTK在線路測量中的實施

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。

測設的方法如以下幾點。

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。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,對高程精度要求不很高,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)有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,一般在相鄰兩座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,在電子手薄中輸人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。

2.4.1 從2個已確定的相鄰樁位校驗或尋找(定位)第3個樁位

定位方法如以下幾點。

(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。

2.4.2 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。反過來,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。

2.4.3 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。值得說明的是:目前,在購買RTK產品時,一般附帶了專門針對輸電線路測量而開發的軟件包,使用這些專門的測量模塊,將會使RTK測量的操作更加方便。

3RTK在實施時應注意的問題

在輸電線路測量中,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。