SDCORS系統(tǒng)在架空送電線路測量中的應(yīng)用

朱亞光，李 斌，胡守超，高興國

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013)

SDCORS系統(tǒng)在架空送電線路測量中的應(yīng)用

朱亞光，李 斌，胡守超，高興國

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013)

為提高架空送電線路工程測量的精度、效率和效益，將SDCORS系統(tǒng)應(yīng)用于架空送電線路的工程測量中。以實際工程為例，通過SDCORS系統(tǒng)與RTK比較、SDCORS系統(tǒng)與GPS靜態(tài)比較，分析SDCORS測量、GPS RTK測量和GPS靜態(tài)測量三種作業(yè)模式的精度。結(jié)果表明：SDCORS測量的平面精度和高程精度優(yōu)于GPS RTK測量和約束后的GPS靜態(tài)測量，工作效率和經(jīng)濟效益也明顯提高，減輕了測量外業(yè)的工作量。

SDCORS；RTK；GPS靜態(tài)；精度；效率；效益。

1 CORS工作原理

在CORS出現(xiàn)之前，用戶使用的是GPS的RTK( Real Time Kinematic)技術(shù)，這是GPS實時動態(tài)定位的簡稱，是一種將GPS數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合，實時解算進行數(shù)據(jù)處理，在1～2s的時間里得到高精度位置信息的技術(shù)。使GPS從只能做控制測量的局面中擺脫出來，廣泛運用于工程測量。

用戶使用RTK的方法都是1個基準站+N個流動站的作業(yè)模式，這種作業(yè)模式叫做單基準站模式，基準站需要自己找點架設(shè)，一般都是臨時性的，而作業(yè)范圍大多十幾公里，如果有個較大的測區(qū)，則需要多次架設(shè)臨時基準站。而CORS的特點是架設(shè)幾十個乃至上百個永久的基準站，覆蓋一個比較大的區(qū)域，外業(yè)測量就不用再架設(shè)基準站了。

如果只是簡單的的架設(shè)固定基準站，拿著流動站走到哪里，只會接收距離最近的基準站發(fā)送的改正電文，則還是單站模式，而且作用距離會受到很大的限制，一臺基準站的作業(yè)距離比如說是S公里，則兩臺基準站的距離就不能超過2S公里，而且，在中間會出現(xiàn)接收不到信息的盲區(qū)，這樣的話，想控制一個區(qū)域，架站必然很密，費用必然很高，如果一臺基準站的觀測條件不好，則在部分區(qū)域就無法測量。

圖1 傳統(tǒng)RTK和CORS的精度覆蓋比較

RTK是一種單基站的載波相位實時差分定位技術(shù)，而SDCORS是通過建立覆蓋某一區(qū)域的參考站網(wǎng)，計算和播發(fā)GPS差分改正信息。即用多個參考站組成的GPS網(wǎng)絡(luò)來估計一個地區(qū)的GPS誤差模型，并為網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)的用戶提供校正數(shù)據(jù)。而用戶收到的也不是某個實際參考站的觀測數(shù)據(jù)，而是一個虛擬參考站的數(shù)據(jù)，和距離自己位置較近的某個參考網(wǎng)格的校正數(shù)據(jù)。

SDCORS 采用虛擬參考站(Virtual Reference Station，VRS)技術(shù)，各固定參考站不直接向移動用戶發(fā)送改正信息，而是將所有的原始數(shù)據(jù)發(fā)給控制中心。移動站在工作前，先通過無線通訊功能向控制中心發(fā)送一個概略坐標，控制中心根據(jù)用戶位置，由計算機自動選擇最佳的一組固定基準站，整體的改正 GPS的軌道誤差，電離層，對流層和大氣折射引起的誤差，將高精度的差分信號發(fā)給流動站。這個差分信號的效果相當于在流動站旁邊，生成一個虛擬的參考基站，從而解決了 RTK作業(yè)距離上的限制問題，并保證了用戶的精度。

2 結(jié)合工程實例進行精度分析

2.1 山東電網(wǎng)舞動治理工程

架空送電線路舞動治理的主要措施是加裝防舞裝置。2011年5月，測量專業(yè)接到任務(wù)書，在東營、濱州、聊城、濰坊、煙臺等地，有近600km的500kV線路需要舞動治理。時間緊、任務(wù)重，加上測量人員和設(shè)備比較緊張，就選擇剛剛投入使用的SDCORS系統(tǒng)。我們以500kV濱州～東營送電線路為例，CORS系統(tǒng)測量J8(#78)到J17(#148)共10個轉(zhuǎn)角，和施工圖設(shè)計時GPS RTK測量的坐標，比較見表1。

表1 精度比較分析 單位：m

由表1可知，最大距離之差SΔmax=0.078m。由于架空線路轉(zhuǎn)角施工要求，順線路，橫線路允許偏差都是30mm，兩個轉(zhuǎn)角之間的容許誤差W=±0.084m，以上測量成果分析表明，中心樁點位的水平精度可以滿足電力勘測設(shè)計的要求。由表1可知，即使最差的情況下，樁間距離的相對中誤差:0.078/2325.938=1/29800，SDCORS仍能滿足塔位樁距離較差相對中誤差不超過1/1000的要求。山東電網(wǎng)舞動治理工程是SDCORS系統(tǒng)在我院的首次使用，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益，大大提高了外業(yè)測繪的工作效率，減輕了外業(yè)勞動強度，為以后工程的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

2.2 220kV正棋變配套工程

2011年7月，220kV正棋變配套工程，是施工圖階段測量，對點位和高程的精度要求較高，所以工程先用常規(guī)的RTK進行測量，對所有的轉(zhuǎn)角用SDCORS系統(tǒng)再次進行測量，RTK測得的WGS84坐標和SDCORS系統(tǒng)測得的CGCS2000坐標，與外控控制點的格網(wǎng)坐標進行坐標轉(zhuǎn)換，得到以下的數(shù)據(jù)。

表2 轉(zhuǎn)換成格網(wǎng)坐標后WGS84與CGCS2000坐標差值

由表2可知，SDCORS系統(tǒng)和RTK平面坐標差異dx誤差集中在0.02m左右，dxmax=-0.036m，dy誤差集中在0.015m左右，dymax=0.02m。高程誤差集中在0.03m左右，dhmax=0.048m。對于送電線路，其點位平面精度限差為±0.05m，由兩次對同一樁位的放點之差應(yīng)小于±0.07m ，高差較差限差為±0.20Sm(S為樁間距離，以千米計)，由表2可知，表中數(shù)據(jù)滿足架空送電線路勘測技術(shù)規(guī)程。由于RTK作業(yè)半徑小、精度隨線路長度的增大而降低，SDCORS系統(tǒng)無縫覆蓋、精度均勻，隨著架空送電線路長度的增加， RTK中的1ppm的概念已不存在了，在VRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍內(nèi)，精度始終為2cm～3cm左右，所以SDCORS系統(tǒng)的測量精度大大高于RTK測量的精度。此工程的應(yīng)用為以后架空送電線路的施工圖測量打下了良好的基礎(chǔ)。

2.3 220kV景陽～谷山～光岳送電線路工程

2011年08月，我們此工程中，比較了SDCORS測量和GPS快速靜態(tài)測量在平面和高程方面的精度。SDCORS測量可以得到高精確的CGCS2000坐標，GPS 靜態(tài)測量由于聯(lián)測經(jīng)過全省統(tǒng)一平差C級網(wǎng)，也得到的高精度的WGS84坐標。同一點在CGCS 2000 和WGS-84下，經(jīng)度相同，緯度的最大差值為(3.6×10)-6″(相當于0.11mm) 。這里主要是指橢球參數(shù)的不同而引起的同一點經(jīng)緯度的差異，給定點位在空間直角坐標，投影到CGCS 2000橢球和WGS 84橢球上所得的緯度的最大差異相當于0.11mm。對于工程測量需要的精度來說，SDCORS測得的CGCS2000坐標也可以看做WGS84坐標。由于CGCS2000坐標和WGS84坐標均為大地坐標，兩者經(jīng)點校正和約束平差后，CGCS2000坐標和WGS84坐標轉(zhuǎn)化為當?shù)馗窬W(wǎng)坐標，二者投影到高斯平面上的格網(wǎng)坐標才具有可比性。

表3 SDCORS和GPS快速靜態(tài)坐標差值 單位：m

續(xù)表3

從表3可知，SDCORS測量和GPS靜態(tài)測量平面坐標差異dx誤差集中在0.01m左右，dxmax= -0.038m；dy誤差集中在0.03m左右，dymax=0.055m；高程誤差集中在0.04m左右，dhmax=0.065m。SDCORS測量平面精度≤±0.0 3 m，高程精度≤±0.05m；對GPS快速靜態(tài)而言，基線長度(C級控制點，10km)標準差≤±0.05m，大地高差中誤差(四等GPS)≤±0.05m 。滿足校核基線長度限差≤±0.14m，高差較差限差≤±0.14m，所以在最差情況下，SDCORS仍能滿足精度要求。

由于LS2、LC、ZLZ、CL為已知國家C級GPS控制點，比較SDCORS測量點校正后坐標和約束平差后的坐標與已知國家C級控制點的差值(即外符合精度的比較)，見表4。

表4 外符合精度比較 單位：m

由表4可知：SDCORS實時定位的外符合精度(和已知點比較)可以達到平面≤±0.030m，高程≤±0.010m的精度。滿足工程測量規(guī)范GPS C級控制點約束平差后最弱邊邊長相對中誤差≤1/70000的規(guī)定，滿足高程較差≤±0.030m的規(guī)定。

由表4可知，已知點坐標經(jīng)過點校正后SDCORS測量的點位精度高于約束平差后的GPS快速靜態(tài)測量。對SDCORS而言，參考站數(shù)據(jù)由山東101個參考站綜合平差解算得到的，具有全局性。故VRS給用戶流動站發(fā)布的改正信息也具有全局性，而常規(guī)快速靜態(tài)測量只是局部平差解算，精度有限，所以平面精度不及SDCORS。高程方面精度相近，如果SDCORS對已經(jīng)建成的CORS地區(qū)進行大地水準面精化，同時發(fā)布高程異常改正值，那么在高程方面SDCORS測量精度也會大幅提高。

3 工作效率和經(jīng)濟效益的分析

3.1 工作效率

(1)提高儀器利用率，原來的1+1兩臺GPS接收機才能作業(yè)，現(xiàn)在1臺接收機就能正常作業(yè)，儀器利用率提高1倍。

(2)省去架設(shè)和設(shè)置基準站的時間，開機就可以作業(yè)，同時也節(jié)省了完工后收基準站的麻煩。

(3)節(jié)約人力資源，不用架設(shè)基站，省去看基站人員，真正實現(xiàn)單人作業(yè)。

(4)山東省全網(wǎng)覆蓋，精度均勻，避免了常規(guī)RTK隨著距離增大誤差增大的麻煩，減少了返工的可能性。

(5)使用固定可靠的數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)，減少了噪聲干擾，縮短了整周模糊度的解算時間，提高了工作效率。

(6)常規(guī)RTK隨著距離的增大，初始化速度會越來越慢，直至收不到基準站的電臺信號，這樣，還需要建立新的基準站，來回搬設(shè)基準站，精度降低了，時間也大量消耗了。而SDCORS系統(tǒng)下沒有了RTK距離的限制，從而可以明顯提高初始化速度，提高工作效率。

(7)傳統(tǒng)的GPS靜態(tài)測量需要至少3臺以上的GPS接收機才可以進行，而且受時間限制比較大，SDCORS的應(yīng)用，將使控制測量將變得非常簡單和方便，即使只有一臺GPS也可以進行控制測量，而且SDCORS系統(tǒng)可以提供各種采樣率的、任意時間段的GPS原始觀測數(shù)據(jù)，大大提高了控制測量的效率。

3.2 經(jīng)濟效益

(1)使用SDCORS后，原來RTK中的基準站就解放出來了，看基準站的人員也解放出來。山東院現(xiàn)共有12臺套GPS，這樣共省出12個看基準站人員，每個看基準站人員工資按照80元/天，每年(按照9個月，每月工作20天計)山東院院每年從基準站人員身上節(jié)約總費用為： 節(jié)約費用總額=80元/人天×12人×20天/月×9個月=172800元。

(2)以前RTK每次作業(yè)前需要架設(shè)和設(shè)置基準站，而且每次需要找已知點進行坐標轉(zhuǎn)換，按照這個時間為0.4h，常規(guī)RTK隨著作業(yè)距離增加需要進行搬站作業(yè)，搬站后需要重新設(shè)站和坐標轉(zhuǎn)換，每次搬站也按照0.6h計，加入SDCORS后無需基準站，這樣12套RTK每年(按照9個月，每月工作20天計)共計節(jié)約時間為：

節(jié)約總時間=(0.4h+0.6h)×12人×20天/月×9個月=2160h=90天。

以1:500比例尺測圖為例，按照每平方公里需要25天測完，每平方公里產(chǎn)值為10萬元，這樣整個院每年在基站方面節(jié)約的時間所創(chuàng)造的總產(chǎn)值為：

節(jié)約時間總增值=90天÷25天×10萬=36萬元。

(3)12套RTK設(shè)備中的基準站可以直接或改造后變成流動站，除去不在山東省的工程外，假設(shè)有4臺可以接入SDCORS，這樣相當于增加4臺流動站，按照每臺流動站每天創(chuàng)造的產(chǎn)值為5000元計。

新增流動站每年總產(chǎn)值=4臺×5000元×20天×9個月=360萬。

(4)使用SDCORS系統(tǒng)后，RTK用于基準站發(fā)射的大電臺(價格4萬)和用于流動站接收的小電臺(價格2萬)就淘汰了，12臺套GPS電臺的價格為：(4萬+2萬)×12=72 萬。如果1臺套使用SDCORS，就節(jié)省6萬元的電臺費用。

4 結(jié)論及建議

通過對SDCORS測量和RTK測量的精度進行比較可知：SDCORS完全滿足架空送電線路勘測設(shè)計的要求，且架空線路越長，優(yōu)勢越顯著；SDCORS能大大提高工作效率、增加經(jīng)濟效益及減輕外業(yè)勞動強度。但在實際使用過程中，應(yīng)注意以下事項。

(1)SDCORS系統(tǒng)采用的坐標系統(tǒng)為國家CGCS2000坐標系統(tǒng)，SDCORS中心對外不提供轉(zhuǎn)換參數(shù)，以前使用過的轉(zhuǎn)換參數(shù)要看求解參數(shù)時所使用的起算數(shù)據(jù)，只要是使用約束的WGS84坐標求解的參數(shù)是可以正常使用的。一般C級網(wǎng)以上的WGS84都是約束的，D級網(wǎng)的可能沒有約束。

(2)SDCORS系統(tǒng)作業(yè)主要是通過通信網(wǎng)絡(luò)和SDCORS中心進行數(shù)據(jù)交換，通信網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)直接影響到SDCORS作業(yè)的效率、系統(tǒng)的可用性及成果的可靠性。所以在沒有手機信號的地方是不能作業(yè)的。

(3)SDCORS受到點位觀測環(huán)境(遮擋、干擾、多路徑等)，衛(wèi)星狀況(PDOP值過大、公共衛(wèi)星少等)，儀器設(shè)備固件版本低、差分數(shù)據(jù)格式選擇錯誤、操作不正確等因素影響，造成長時間處于浮動解或單點解時，最好的辦法是將所有終端設(shè)備重啟。

(4)由于通信網(wǎng)絡(luò)(包括延遲、不穩(wěn)定等)，導(dǎo)致SDCORS長時間無法固定時，可以采用的方法是：在測點處記錄1秒采樣率不少于5分鐘的原始觀測數(shù)據(jù)，進行靜態(tài)或動態(tài)后處理的方法進行補救。

(5)當測區(qū)周圍有較大的電磁場干擾源，通信信號弱或衛(wèi)星分布情況很差時，SDCORS可能會偶爾出現(xiàn)“偽固定”現(xiàn)象，即出現(xiàn)三維特別是高程上的較大偏差，此種情況下，務(wù)必要多測幾次來進行成果的檢核。

(6)SDCORS只能在山東省使用(和江蘇省由7個點相連)，受地域的限制影響很大，隨著我院在全國乃至全球業(yè)務(wù)的發(fā)展，SDCORS的地域限制越發(fā)明顯，全國CORS的聯(lián)網(wǎng)建設(shè)勢在必行，不久的將來，只需一個流動站測遍全國會成為現(xiàn)實。

(7)SDCORS通過提供流動站和參考站距離相關(guān)的誤差改正模型，流動站獲得區(qū)域內(nèi)精度均勻的厘米級的實時動態(tài)結(jié)果。對于事后相對精密定位的毫米級的結(jié)果，也就是數(shù)據(jù)處理中心提供靜態(tài)原始觀測數(shù)據(jù)，尚未進行工程應(yīng)用，這將是我們下一步需要繼續(xù)應(yīng)用及研究的內(nèi)容。

(8)不論是RTK還是CORS，今后可能都會被精密單點定位—PPP(precise point positioning)取代，PPP是實現(xiàn)全球精密實時動態(tài)定位與導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)，也是GPS定位方面的前沿研究方向。

[1]GB 50233—2005，110～500kV架空送電線路施工及驗收規(guī)范[S]．

[2]DL/T 5076—2008，220kV及以下架空送電線路勘測技術(shù)規(guī)程[S]．

[3]DL/T 5122—2000，500kV架空送電線路勘測技術(shù)規(guī)程[S]．

[4]程鵬飛，等．2000國家大地坐標系橢球參數(shù)與GRS80和WGS84的比較[J]．測繪學(xué)報，2009，38(3)．

[5]梅生強，等．CORS 在高壓輸電線路勘測中的應(yīng)用研究[C]// 中國電力規(guī)劃設(shè)計協(xié)會．2010年電力工程測量專業(yè)經(jīng)驗交流會論文集．南京：中國電力規(guī)劃設(shè)計協(xié)會，2010：94—96．

[6]GB/T 18314—2009，全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[S]．

[7]GB 50026—2007，工程測量規(guī)范 [S]．

[8]黃春暉，等CORS在高壓輸電線路控制測量中的應(yīng)用研究[J]．湖北電力，2010，34(4)．

Application of SDCORS to Impracticable Electric Power Transmission Line Survey

ZHU Ya-guang, LI Bin, HU Shou-chao, GAO Xing-guo
(Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute CORP, Ltd.，Jinan 250013，China)

To improve the accuracy, ef fi ciency and effectiveness of Electric Power Engineering project, SDCORS was used in the engineering survey. With the comparion of SDCORS、 RTK、 GPS static measurement，The results show that: the accuracy of SDCORS is much better than GPS RTK and static GPS measurements, ef fi ciency and economic bene fi ts are also signi fi cantly improved with SDCORS

SDCORS; RTK; static GPS; accuracy; ef fi ciency; effectiveness.

P2

B

1671-9913(2012)02-0024-04

2012-02-21

朱亞光(1968- )，男，山東平邑人，教授級高級工程師，從事電力工程勘測方面的工作及研究。