RTK技術(shù)在城市電力工程測量中的應(yīng)用研究

袁金彪 萬凌翔 姚堅(jiān) 谷杰紅

摘 要:本文基于筆者多年從事城市勘察測量的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn),以RTK技術(shù)在城市電力勘測中的應(yīng)用為研究對象,探討了基于GPS RTK技術(shù)的電力線路測量作業(yè)流程和實(shí)施步驟,全文來源于筆者長期的工作實(shí)踐,相信對其他同行有所裨益。

關(guān)鍵詞:RTK測量技術(shù)電力線路測量定線測量

中圖分類號(hào):TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)06(b)-0039-02

GPS技術(shù)在20世紀(jì)90年代初期開始在電力工程中應(yīng)用,從單頻GPS、靜態(tài)、快速靜態(tài)到GPS RTK技術(shù)的出現(xiàn),國內(nèi)電力工程勘測始終緊跟GPS技術(shù)發(fā)展的方向。GPS的應(yīng)用,使得在數(shù)百上千公里的線路上進(jìn)行大規(guī)模的航測外業(yè)控制測量成為可能,從而淘汰了使用長達(dá)十幾年之久的圖解控制技術(shù)手段;在廠站測量中,可以高效和高質(zhì)量地完成平高控制。

RTK定位技術(shù)的崛起,是GPS定位技術(shù)的又一次重大突破,這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用使得線路航測的大規(guī)模落實(shí)路徑測量和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測量變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。RKT應(yīng)用于桿塔放位時(shí),可取消傳統(tǒng)航測放位中那些依靠體力(如上樹搖旗吶喊、多次反復(fù)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(shù)道工序,而直接對每基塔位進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的放樣測量,實(shí)現(xiàn)了一步法放樣定位。這樣,簡化了工序,節(jié)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(tài)平衡,取得了良好的環(huán)境效益。GPS技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用己比較成熟。

1GPS RTK實(shí)施原則及作業(yè)流程

1.1 收集測區(qū)的控制點(diǎn)資料

首先收集測區(qū)的控制點(diǎn)資料,包括控制點(diǎn)的坐標(biāo)、等級(jí)、中央子午線、坐標(biāo)系、是常規(guī)控制網(wǎng)還是GPS控制網(wǎng)、控制點(diǎn)的地形和位置環(huán)境是否適合作為動(dòng)態(tài)GPS的參考站。

1.2 求定測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)

GPS RTK測量是在WGS-84坐標(biāo)系中進(jìn)行的,而電力線路測量定位是在當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)或我國的北京54或西安80坐標(biāo)上進(jìn)行的。這之間存在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問題。GPS靜態(tài)測量中,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是在事后處理時(shí)進(jìn)行的。而GPS RTK是用于實(shí)時(shí)測量的,要求給出當(dāng)?shù)氐淖鴺?biāo),這使得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作更顯得重要。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的必要條件是:至少3個(gè)以上的大地點(diǎn)分別有WGS-84地心坐標(biāo)和北京54坐標(biāo)或西安80坐標(biāo),利用轉(zhuǎn)換模型解求轉(zhuǎn)換參數(shù)。此參數(shù)控制線路一般為30km左右:一套轉(zhuǎn)換參數(shù)控制一段線路,以轉(zhuǎn)角為分段點(diǎn)。

1.3 參考站的選定和建立

參考站的安置是順利實(shí)施動(dòng)態(tài)GPS的關(guān)鍵之一,參考站的安置要滿足下列幾點(diǎn)條件。

(1)參考站應(yīng)有正確的已知坐標(biāo)。(2)參考站應(yīng)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(wèi)星信號(hào)的接收和數(shù)據(jù)鏈發(fā)射的位置。(3)為防止數(shù)據(jù)鏈丟失以及多路徑效應(yīng)的影響,周圍無GPS信號(hào)反射物(大面積水域,大型建筑物等),無高壓電線、電視臺(tái)、無線電發(fā)射站、微波站等干擾源。(4)參考站應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、不易破壞的位置。參考站選定后,可以采用GPS布網(wǎng)(或靜態(tài)定位)的方法測定,在滿足精度要求的情況下也可以將基準(zhǔn)站GPS設(shè)在原控制點(diǎn)上,用GPS流動(dòng)站將坐標(biāo)傳過去。

1.4 工程項(xiàng)目內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)置

(1)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系(例如北京54坐標(biāo)系)的橢球參數(shù):長半軸和扁率倒數(shù)。(2)中央子午線。(3)測區(qū)坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

1.5 野外作業(yè)

將基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)安置在參考點(diǎn)上。打開接收機(jī),輸入精確的北京54坐標(biāo)和天線高度,基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)通過轉(zhuǎn)換參數(shù)將北京54坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS-84坐標(biāo),同時(shí)連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號(hào),并通過數(shù)據(jù)發(fā)射電臺(tái)將其測站坐標(biāo)、觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機(jī)工作狀態(tài)發(fā)送出去。流動(dòng)站接收機(jī)在跟蹤GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù),進(jìn)行處理后獲得流動(dòng)站的三維WGS-84坐標(biāo),最后再通過與基準(zhǔn)站相同的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)將WGS-84轉(zhuǎn)為北京54坐標(biāo)。接收機(jī)還可將實(shí)時(shí)位置與設(shè)計(jì)值相比較,指導(dǎo)放樣到正確位置。

2RTK在線路測量中的實(shí)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(diǎn)、轉(zhuǎn)角點(diǎn)和終點(diǎn)間各線段(即在兩點(diǎn)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(diǎn)與點(diǎn)之間通視,而且RTK能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)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(gòu)筑物的幾何關(guān)系。

測設(shè)的方法如以下幾點(diǎn)。

在J2、J3之間架設(shè)基準(zhǔn)站,用移動(dòng)站分別測出轉(zhuǎn)角點(diǎn)J2、J3點(diǎn)的坐標(biāo)(如果轉(zhuǎn)角點(diǎn)的坐標(biāo)已知,則不必測量,可直接調(diào)用)。在獲取轉(zhuǎn)點(diǎn)的坐標(biāo)信息后,將J2、J3坐標(biāo)信息設(shè)置為直線的兩點(diǎn),然后以該直線作為參考線,根據(jù)現(xiàn)場情況,在電子手薄中輸入測設(shè)直線樁的間隔后,即會(huì)生成包含各直線樁點(diǎn)坐標(biāo)的折線文件。根據(jù)折線文件中直線樁的坐標(biāo),RTK實(shí)時(shí)導(dǎo)航指示,就可測設(shè)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(diǎn)的高度和距離,稱為斷面測量;沿線路中心線施測各點(diǎn)地形變化狀態(tài),稱為縱斷面測量;沿線路中心的垂直方向施測各點(diǎn)地形變化狀態(tài),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(diǎn)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(diǎn)與輸電線路導(dǎo)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(shí)進(jìn)行,故不需要另外設(shè)置基準(zhǔn)站。RTK進(jìn)行斷面測量時(shí),有兩種測量方式。

(1)有可直接利用數(shù)據(jù)采集功能,采集特征點(diǎn)的坐標(biāo),然后在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理中,輸出斷面圖。(2)可以利用RTK數(shù)據(jù)處理軟件中斷面測量功能模塊進(jìn)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(jìn)行斷面測量時(shí),一般在文件設(shè)置中調(diào)入斷面所依附的線路和縱斷面設(shè)計(jì)文件和斷面所依附的線路文件,在縱斷面文件名中調(diào)入設(shè)計(jì)的斷面文件,文件名設(shè)置完畢后進(jìn)入斷面測量界面。斷面測量界面的狀態(tài)顯示與線路放樣顯示方式相同。移動(dòng)儀器,若當(dāng)前點(diǎn)的偏離距在設(shè)計(jì)的偏離閥值范圍內(nèi)時(shí),可以根據(jù)線路的起伏進(jìn)行縱斷面數(shù)據(jù)采集工作。采集完畢后,用戶可以根據(jù)自己的需求把數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換,例如生成普遍使用的緯地?cái)嗝鏀?shù)據(jù)格式。

2.3 桿塔定位測量

桿塔定位測量,是根據(jù)線路設(shè)計(jì)人員在線路平斷面圖上設(shè)計(jì)線路桿塔位置測設(shè)到已經(jīng)選定的線路中心線上,并釘立桿塔位中心樁作為標(biāo)志的工作。

用RTK測設(shè)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(shè)基準(zhǔn)站,用移動(dòng)站分別測出直線段兩端點(diǎn)的坐標(biāo)(如果已經(jīng)有坐標(biāo)則可直接調(diào)用)。在獲取轉(zhuǎn)點(diǎn)的坐標(biāo)信息后,將兩端點(diǎn)的坐標(biāo)信息設(shè)置為直線的兩點(diǎn),然后以該直線作為參考線,設(shè)計(jì)圖,在電子手薄中輸人測設(shè)的桿塔位置與端點(diǎn)之間的間隔后,即會(huì)生成包含各桿塔位樁點(diǎn)坐標(biāo)的折線文件。根據(jù)折線文件中桿塔位樁的坐標(biāo),信RTK實(shí)時(shí)導(dǎo)航指示,可測設(shè)出各桿塔位樁,并標(biāo)定之。

2.4 桿塔施工測量

輸電線路施工中,首先要進(jìn)行塔位復(fù)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(fù)。應(yīng)用RTK技術(shù),將使這方面的工作快速、高效。

2.4.1 從2個(gè)已確定的相鄰樁位校驗(yàn)或?qū)ふ?定位)第3個(gè)樁位

定位方法如以下幾點(diǎn)。

(1)用移動(dòng)站分別校驗(yàn)已確定的1、2號(hào)樁的位置,并自動(dòng)記錄在移動(dòng)站“電子手簿”測量軟件中。(2)根據(jù)線路平斷面定位圖或桿塔明細(xì)表,可查出3號(hào)樁相對于2號(hào)樁(或1號(hào)樁)的相對位置值,將這些數(shù)值輸入到測量軟件中,即可得到3號(hào)樁的位置。(3)通過移動(dòng)站將自己的當(dāng)前位置實(shí)時(shí)傳送給測量軟件,軟件即可得出移動(dòng)站當(dāng)前實(shí)際位置偏離3號(hào)樁正確位置的偏差,實(shí)時(shí)引導(dǎo)移動(dòng)站定位人員到達(dá)3號(hào)樁的正確位置,從而實(shí)現(xiàn)定位目的。(4)如果是要校驗(yàn)3號(hào)樁位,直接將移動(dòng)站放在3號(hào)樁上,軟件就會(huì)給出這個(gè)位置與3號(hào)樁理論位置的偏差。

2.4.2 在直線段內(nèi)快速校驗(yàn)或定位各直線塔樁位

如果某個(gè)直線段兩頭轉(zhuǎn)角塔的樁位已確定,只要用移動(dòng)站得到兩頭轉(zhuǎn)角塔樁位的位置,就可在電子手簿中新建一條線。然后移動(dòng)站到段內(nèi)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(gè)距離即可與圖紙相比較以校驗(yàn)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(diǎn)。

2.4.3 校驗(yàn)轉(zhuǎn)角塔的轉(zhuǎn)角偏差

只要用移動(dòng)站測定轉(zhuǎn)角塔及其前后兩基塔的樁位,用手簿中的軟件即可計(jì)算出實(shí)際轉(zhuǎn)角角度,與圖紙相比即可校驗(yàn)轉(zhuǎn)角偏差。值得說明的是:目前,在購買RTK產(chǎn)品時(shí),一般附帶了專門針對輸電線路測量而開發(fā)的軟件包,使用這些專門的測量模塊,將會(huì)使RTK測量的操作更加方便。

3RTK在實(shí)施時(shí)應(yīng)注意的問題

在輸電線路測量中,應(yīng)用RTK測量技術(shù),在實(shí)際操作過程中應(yīng)注意以下幾方面的問題。

(1)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測量時(shí)選用的橢球基本參數(shù)(主要幾何和物理常數(shù))必須在同一工程各個(gè)階段保持一致。(2)基準(zhǔn)站應(yīng)選擇在地勢開闊和地面植被稀少,交通方便,靠近放樣的網(wǎng)點(diǎn)或轉(zhuǎn)角樁上?；鶞?zhǔn)站應(yīng)以快速靜態(tài)或靜態(tài)作業(yè)模式測定坐標(biāo)和高程。(3)基準(zhǔn)站發(fā)射天線安裝時(shí),盡量避開其他無線電干擾源的干擾(如高壓線、通信、電視轉(zhuǎn)播塔、對講機(jī)的發(fā)射使用)和強(qiáng)反射源的干擾。流動(dòng)站在精確放樣數(shù)據(jù)和采集數(shù)據(jù)時(shí),應(yīng)停止對講機(jī)的使用。