GPS RTK測量技術在輸電工程中的應用

馬衛軒 劉晨清

隨著全球衛星定位技術的發展，GPS RTK（實時動態差分法）測量技術廣泛地應用在各類工程之中，其測量范圍廣的技術特點特別適合于公路工程和輸電工程等長距離、大跨度的工程。本文主要論述了GPS RTK在輸電工程的應用。

GPS RTK測量系統如下圖所示，包括一臺基準站和若干移動站。GPS主機接收可衛星信號，有些還有內置電臺。測量時基準站和移動站的主機分別接收衛星信號，基準站與電臺發射器連接架設在一起，基準站與移動站之間通過電臺信號進行數據交換，從而解算移動站的坐標。工作原理如下所示：

衛星信號基準站===================

GPS RTK測量系統

輸電工程對于不同的工序誤差要求也不相同：對鐵塔根開的誤差要求一般為5mm，而鐵塔中心樁位置的允許偏差一般為順線路方向1%檔距（一般在1米以上），垂直線路方向10cm。目前國內的一線GPS RTK產品的測量精度可控制在3cm以內，滿足輸電工程地形測量和中心樁放樣的誤差要求，使用起來比全站儀要快捷簡便許多。

GPS RTK測量技術主要用于輸電工程的以下三個方面：

1.控制網制作

如果將基準站架設在已知點，主機距已知點的高差不便測量，因此目前GPS RTK測量多采用未知點架設基準站，即在任一點架設基準站，然后在移動站手簿中通過兩個已知點求四參數，即完成校正，校正后在另一已知點確認校正無誤。校正后的基準站和移動站構成的系統可以測量任一點的坐標，移動站到達測點時即可在手簿中儲存坐標。在使用四參數的情況下，每次校正后移動站的有效工作半徑一般不超過5公里，并且距離越遠精度越低。因此在制作控制網時，就需要沿線路走向每5至10公里線路兩側各制作1個控制點。另外，每次重啟基準站，整個系統均需進行校正，重啟移動站則無影響。.

對于工程范圍較小的工程，在控制網制作好后的首次測量前，需要通過兩個以上的已知點來求解四參數，以 “工程之星”軟件為例，參數會保存在手簿的軟件中，以后每次測量前僅需進行單點校正。四參數的有效半徑20至30平方公里。對于距離較長的輸電工程，不同的測區四參數也不相同，需劃分測區記錄各自的四參數，以后測量時對應的使用各自測區的四參數，在每個測區只需進行單點校正。

控制點布置示意圖

控制點將在整個工程的實施中發揮關鍵作用，控制點應牢固、不易被破壞，因此建議使用混凝土中插短鋼筋的形式制做控制點。沿線的控制點制作和地形測量對于整個工程的實施極其關鍵，是一切設計和施工活動的基礎，務必由專業的測量人員完成，并應接受GPS廠家技術人員的培訓。

在控制點制作完成后，需求每個控制點的平面坐標。以使用四臺GPS主機為例，首先至少需要兩個已知點的平面坐標。將兩臺主機架設在已知點，另兩臺架設在未知坐標的控制點，四臺主機均設為靜態模式，同時開機開始接收衛星信號45分鐘以上，然后保持兩臺新制控制點處的主機不動，將兩臺已知點處的主機移至另兩個未知坐標的控制點處，重復上述步驟。如此循環反復地沿線路向后方前進，這樣操作是為了使控制點之間總是相互關聯的。

2.地形測量

目前的GPS產品配備的手簿有眾多的軟件適用于不同的工程。以“工程之星”軟件為例，地形測量時主要用軟件中的“直線放樣”功能。首先在手簿中輸入已知的相鄰兩個轉角點的坐標，連接成一條直線，這時在手簿中會顯示這條直線和當前移動站相對于直線的位置，顯示的“垂距”表示的是移動站距直線的垂直距離和距起點的里程。以330kV線路為例，設計單位要求測量距中心線兩側各25m區域的地形，為使測量結果能更加真實，在實際測量中可控制在兩側各30m左右。在直線放樣狀態下，為了使測點能形成合理的三角網，移動站可分三組，一組沿中心線測量，另兩組測量兩側距中心線15m到30m之間，三組移動站均走Z字形前進，不斷觀察手簿保證處于測區范圍，里程每前進15米、垂距每移動15m可測一點。

移動站測量路線方向示意圖 測點形成的三角網示意圖

對于地形變化不大的可略增大測點的間距，對于地形起伏較大的需增加測點的數量，總之使測量結果盡可能地描繪出地形變化。

3.GPS RTK測量中常出現的問題及解決方法：

移動站正常工作時手簿中顯示的狀態應為固定解，即基準站和移動站均能正常接收衛星信號，并且兩者之間的電臺連接正常。其他的幾種狀態為單點解、差分解、浮點解，這些狀態的測量精度遠遠低于固定解狀態，幾種狀態的精度關系為固定解>浮點解>單點解；差分解是運算過程，不用于測量。

非正常的工作狀態中，單點解的情況最為常見，即基準站和移動站之間未建立電臺連接，僅移動站接收衛星信號獨立工作，因此稱單點解。此時的移動站就等同于一般的手持GPS，測量精度3到5米。

根據實際使用中的經驗，移動站單點解狀態的成因和解決方法見下表：

故障原因 解決方法

電臺硬件故障 維修或更換

電臺頻道改變 移動站調至與電臺相同頻道

基準站硬件故障 維修或更換

基準站斷電 更換電池或蓄電池

基準站主機被改變為移動站模式 調回基準站模式

基準站和移動站的連接方式不為電臺連接 兩者均改為電臺連接

基準站的模式不為動態 改為動態

移動站距離基準站過遠或被障礙特遮擋電臺信號 把基準站移至更合適的地點，注意每次改變基準站的位置，必須重新校準

浮點解的情況一般出現在移動站處于樹林等障礙物之中，無法獲得足夠多的衛星信號，僅可通過電臺與基準站進行數據交換，這種情況通過離開障礙物或移除障礙物來解決。

由于輸電工程是線性工程，測量時在合適位置架設GPS基準站，一般架設在所測區域較高的地方。移動站的測點之間盡量保證互相構成均勻的三角形，以便后期處理數據時在計算機中生成三角網和等高線，測量中需要記錄河流、湖泊、懸崖、房屋等障礙物的位置。