RTK在大連電力工程勘察測(cè)量中的應(yīng)用研究

聞竹

摘 要：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(cè)的大規(guī)模落實(shí)路徑測(cè)量和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)放位測(cè)量變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。該文基于筆者多年從事城市勘察測(cè)量的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以RTK技術(shù)在城市電力勘測(cè)中的應(yīng)用為研究對(duì)象，探討了基于GPS RTK技術(shù)的電力線路測(cè)量作業(yè)流程和實(shí)施步驟，全文來(lái)源于筆者長(zhǎng)期的工作實(shí)踐，相信對(duì)其他同行有所裨益。

關(guān)鍵詞：RTK測(cè)量技術(shù) 電力線路測(cè)量 定線測(cè)量

中圖分類(lèi)號(hào)：TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）02（c）-0-02

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(cè)的大規(guī)模落實(shí)路徑測(cè)量和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)放位測(cè)量變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。RKTGPS應(yīng)用于桿塔放位時(shí)，可取消傳統(tǒng)航測(cè)放位中那些依靠體力（如上樹(shù)搖旗吶喊、多次反復(fù)奔波）才能完成的串通直線及定線測(cè)量、樁間距離與高差測(cè)量等數(shù)道工序，而直接對(duì)每基塔位進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的放樣測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了一步法放樣定位。這樣，簡(jiǎn)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(cè)量，就避免部分地物的拆除和大量樹(shù)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)用已經(jīng)比較成熟。

1 GPS RTK實(shí)施原則及作業(yè)流程

1.1 收集測(cè)區(qū)的控制點(diǎn)資料

首先收集測(cè)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(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)

GPS RTK測(cè)量是在WGS-84坐標(biāo)系中進(jìn)行的，而電力線路測(cè)量定位是在當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)或我國(guó)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(wèn)題。GPS靜態(tài)測(cè)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)澳4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30 km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(shì)較高，天空較為開(kāi)闊，周?chē)鸁o(wú)高度角超過(guò)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?chē)鸁o(wú)GPS信號(hào)反射物（大面積水域，大型建筑物等），無(wú)高壓電線、電視臺(tái)、無(wú)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(cè)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(guò)去。

1.4 工程項(xiàng)目?jī)?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(zhǎng)半軸和扁率倒數(shù)。（2）中央子午線。（3）測(cè)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(kāi)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(guò)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(guò)數(shù)據(jù)發(fā)射電臺(tái)將其測(cè)站坐標(biāo)、觀測(cè)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(lái)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(guò)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。

2 RTK在線路測(cè)量中的實(shí)施

2.1 定線測(cè)量

定線測(cè)量，就是精確測(cè)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(xiě)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(cè)過(guò)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。

如圖2所示，J2、J3為線路的兩轉(zhuǎn)角樁，欲在J2、J3之間定出一系列直線樁z1、Z2、……

測(cè)設(shè)的方法是：

在J2、J3之間架設(shè)基準(zhǔn)站，用移動(dòng)站分別測(cè)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(cè)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(chǎng)情況，在電子手薄中輸入測(cè)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(cè)設(shè)出直線樁z1、z2、……

2.2 斷面測(cè)量

測(cè)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(chēng)為斷面測(cè)量；沿線路中心線施測(cè)各點(diǎn)地形變化狀態(tài)，稱(chēng)為縱斷面測(cè)量；沿線路中心的垂直方向施測(cè)各點(diǎn)地形變化狀態(tài)，稱(chēng)為橫斷面測(cè)量。輸電線路的斷面測(cè)量中，主要測(cè)定地物、地貌特征點(diǎn)的里程和高程，對(duì)高程精度要求不很高，而且主要測(cè)定各特征點(diǎn)與輸電線路導(dǎo)線間的相對(duì)距離，因此，可以用RTK快速測(cè)定斷面。

斷面測(cè)量一般與定線測(cè)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(cè)量時(shí)，有兩種測(cè)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(cè)量功能模塊進(jìn)行斷面測(cè)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(cè)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(cè)量界面。斷面測(cè)量界面的狀態(tài)顯示與線路放樣顯示方式相同。

2.3 桿塔定位測(cè)量

桿塔定位測(cè)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(cè)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(cè)設(shè)桿塔位的方法與定線測(cè)量類(lèi)似，一般在相鄰兩耐張桿塔之間架設(shè)基準(zhǔn)站，用移動(dòng)站分別測(cè)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(cè)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(cè)設(shè)出各桿塔位樁，并標(biāo)定之。

2.4 桿塔施工測(cè)量

輸電線路施工中，首先要進(jìn)行塔位復(fù)測(cè)，如果遇到線路中心樁丟失的情況，還需要通過(guò)測(cè)量來(lái)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)ふ遥ǘㄎ唬┑?個(gè)樁位

如圖2所示，定位方法是：

（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(cè)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(duì)于2號(hào)樁（或1號(hào)樁）的相對(duì)位置值，將這些數(shù)值輸入到測(cè)量軟件中，即可得到3號(hào)樁的位置。（3）通過(guò)移動(dòng)站將自己的當(dāng)前位置實(shí)時(shí)傳送給測(cè)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。

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(cè)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(guò)來(lái)，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(cè)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(shuō)明的是：目前，在購(gòu)買(mǎi)RTK產(chǎn)品時(shí)，一般附帶了專(zhuān)門(mén)針對(duì)輸電線路測(cè)量而開(kāi)發(fā)的軟件包，使用這些專(zhuān)門(mén)的測(cè)量模塊，將會(huì)使RTK測(cè)量的操作更加方便。

3 RTK在實(shí)施時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

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

（1）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)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(shì)開(kāi)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(cè)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(kāi)其他無(wú)線電干擾源的干擾（如高壓線、通信、電視轉(zhuǎn)播塔、對(duì)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(duì)講機(jī)的使用。（4）進(jìn)行RTK測(cè)量，同步觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)不少于5顆，顯示的坐標(biāo)和高程精度指標(biāo)應(yīng)在±30 mm范圍內(nèi)。放樣塔位樁坐標(biāo)值宜事先輸入接收機(jī)控制器（電子手?。┲胁⒄J(rèn)真校對(duì)。當(dāng)放樣顯示的坐標(biāo)值與輸入值差值在±15 mm以?xún)?nèi)時(shí)，即可確定塔位樁，并應(yīng)記錄實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、樁號(hào)和儀器高。（5）當(dāng)放樣距離超過(guò)3 km時(shí)，宜將3 km左右處的塔位樁附合到已知控制點(diǎn)上（如轉(zhuǎn)角樁、直線樁等GPS點(diǎn)上）。當(dāng)無(wú)已知點(diǎn)時(shí)，必須利用已放樣的塔位樁做重復(fù)測(cè)量并檢查其精度。

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