張廣紅

摘要 RTK技術(shù)是GPS實(shí)時(shí)載波相位差分的簡(jiǎn)稱(chēng),這是一種將GPS與數(shù)傳技術(shù)相結(jié)合,實(shí)時(shí)解算并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,在1～2s內(nèi)得到高精度位置信息的技術(shù)。這種技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)提供測(cè)量點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo),并達(dá)到厘米級(jí)精度。本文對(duì)RTK在電線(xiàn)路測(cè)量中的進(jìn)行了闡述分析。

關(guān)鍵詞 線(xiàn)路測(cè)量;RTK;實(shí)施

中圖分類(lèi)號(hào) TM93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708(2009)07-0082-02

0 引言

隨著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)力度的加大,電網(wǎng)建設(shè)施工企業(yè)所承擔(dān)的施工任務(wù)也在逐年增加,測(cè)量任務(wù)越來(lái)越多,要求完成的時(shí)間越來(lái)越短,野外地形條件越來(lái)越復(fù)雜,而用常規(guī)儀器作業(yè)根本不能縮短時(shí)間,提高效率。架空輸電線(xiàn)路測(cè)量工作包括選線(xiàn)測(cè)量、定線(xiàn)測(cè)量、平斷面測(cè)量、交叉跨越測(cè)量和定位測(cè)量。這些測(cè)量工作隨著全球定位系統(tǒng)GPS(Global PositioningSystem)民用技術(shù)和產(chǎn)品的普及,現(xiàn)在可借助GPS技術(shù)更方便、快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行。與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比,GPS測(cè)量具有顯著優(yōu)點(diǎn):不受通視的限制、測(cè)量的距離遠(yuǎn)、速度快、精度高、操作簡(jiǎn)便,因此,可以顯著地提高測(cè)量速度、測(cè)量精度和生產(chǎn)效率。對(duì)于架空輸電線(xiàn)路測(cè)量而言,測(cè)量人員需當(dāng)場(chǎng)知道測(cè)量結(jié)果或精度,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量RTK(Real Time Kine2matic)技術(shù)可以很好的解決這類(lèi)問(wèn)題。

1 RTK技術(shù)簡(jiǎn)介

GPS的基本定位原理是采用空間被動(dòng)式測(cè)量原理,即在測(cè)站上安置GPS用戶(hù)接收系統(tǒng),以各種可能的方式接收GPS衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)送的各類(lèi)信號(hào),由計(jì)算機(jī)求解站星關(guān)系和測(cè)站的三維坐標(biāo)。

對(duì)GPS信號(hào)的處理從時(shí)間上劃分為實(shí)時(shí)處理及后處理。實(shí)時(shí)處理就是一邊接收衛(wèi)星信號(hào)一邊進(jìn)行計(jì)算,獲得目前所處的位置、速度及時(shí)間等信息;后處理是指把衛(wèi)星信號(hào)記錄在一定的介質(zhì)上,回到室內(nèi)統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量RTK(Real-Time Kinematic)技術(shù)就是采用的實(shí)時(shí)處理測(cè)量技術(shù)。

RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù),它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果,并達(dá)到厘米級(jí)精度。在RTK作業(yè)模式下,基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù),還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù),并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果,歷時(shí)不到1s。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài),也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài),可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè),也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開(kāi)機(jī),并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知數(shù)解固定后,即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理,只要能保持5顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形,則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果。

RTK系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和移動(dòng)站組成,考慮在野外的作業(yè)方便,移動(dòng)站的體積和重量盡量減小到最大限度,以達(dá)到輕便實(shí)用的目的。系統(tǒng)的基本組成為2臺(tái)及2臺(tái)以上的GPS接收機(jī)和天線(xiàn),相應(yīng)個(gè)數(shù)的數(shù)據(jù)通訊電臺(tái)(其中1臺(tái)用于發(fā)射),與移動(dòng)站相同的測(cè)量控制器或便攜機(jī),用于陸地測(cè)量的便攜工具,有水上測(cè)量任務(wù)的配備相應(yīng)的設(shè)備,電源設(shè)備,以及動(dòng)態(tài)測(cè)量軟件,水道測(cè)量需配備相應(yīng)的水道測(cè)量軟件?；鶞?zhǔn)站由GPS接收機(jī)(包括GPS衛(wèi)星接收天線(xiàn))、數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)、通信天線(xiàn)及電源設(shè)備等組成。便攜移動(dòng)站由GPS接收機(jī)(包括GPS衛(wèi)星接收天線(xiàn))、數(shù)據(jù)鏈和通信天線(xiàn)、控制器以及便攜工具組成。

2 RTK在架空線(xiàn)路測(cè)量中的實(shí)施

2.1 定線(xiàn)測(cè)量

定線(xiàn)測(cè)量就是精確測(cè)定線(xiàn)路中心線(xiàn)的起點(diǎn)、轉(zhuǎn)角點(diǎn)和終點(diǎn)間各線(xiàn)段(即在兩點(diǎn)之間寫(xiě)出一系列的直線(xiàn)樁)的工作。由于采用GPS定線(xiàn)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(xiàn)路的走向以及其他構(gòu)筑物的幾何關(guān)系。如圖1所示,J2、J3為線(xiàn)路的兩轉(zhuǎn)角樁,欲在J2、J3之間定出一系列直線(xiàn)樁Z1、Z2、……

圖1 RTK定線(xiàn)示意圖

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(xiàn)的兩點(diǎn),然后以該直線(xiàn)作為參考線(xiàn),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,在電子手薄中輸入測(cè)設(shè)直線(xiàn)樁的間隔后,即會(huì)生成包含各直線(xiàn)樁點(diǎn)坐標(biāo)的折線(xiàn)文件。根據(jù)折線(xiàn)文件中直線(xiàn)樁的坐標(biāo),RTK實(shí)時(shí)導(dǎo)航指示,就可測(cè)設(shè)出直線(xiàn)樁Z1、Z2……

2.2 斷面測(cè)量

測(cè)出沿線(xiàn)路中心線(xiàn)及兩邊線(xiàn)方向或線(xiàn)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(xiàn)路中心線(xiàn)施測(cè)各點(diǎn)地形變化狀態(tài),稱(chēng)為縱斷面測(cè)量;沿線(xiàn)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。架空輸電線(xiàn)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)高程精度要求不高,而且主要測(cè)定各特征點(diǎn)與輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)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)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)入斷面所依附的圖1 RTK定線(xiàn)示意圖線(xiàn)路和縱斷面設(shè)計(jì)文件和斷面所依附的線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(hù)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(cè)量

桿塔定位測(cè)量是根據(jù)線(xiàn)路設(shè)計(jì)人員在線(xiàn)路平斷面圖上設(shè)計(jì)線(xiàn)路桿塔位置測(cè)設(shè)到已經(jīng)選定的線(xiàn)路中心線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的兩點(diǎn),然后以該直線(xiàn)作為參考線(xiàn),設(shè)計(jì)圖,在電子手薄中輸入測(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(xiàn)文件。根據(jù)折線(xiàn)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(xiàn)路施工中,首先要進(jìn)行塔位復(fù)測(cè),如果遇到線(xiàn)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。

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,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(xiàn)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。

(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)在直線(xiàn)段內(nèi)快速校驗(yàn)或定位各直線(xiàn)塔樁位

如果某個(gè)直線(xiàn)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(xiàn),然后移動(dòng)站到段內(nèi)任一直線(xiàn)塔樁位,就可直觀得出該樁位偏離直線(xiàn)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。反之,從圖紙上查到的距離輸入手簿中,也可方便的在這條線(xiàn)上定出待定的樁位點(diǎn)。

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。

3 RTK在實(shí)施時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

在架空輸電線(xiàn)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(xiàn)安裝時(shí),盡量避開(kāi)其他無(wú)線(xiàn)電干擾源的干擾(如高壓線(xiàn)、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±30mm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(電子手薄)中并認(rèn)真校對(duì)。當(dāng)放樣顯示的坐標(biāo)值與輸入值差值在±15mm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)3km時(shí),宜將3km左右處的塔位樁附合到已知控制點(diǎn)上(如轉(zhuǎn)角樁、直線(xiàn)樁等GPS點(diǎn)上)。當(dāng)無(wú)己知點(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。

6)同一耐張段內(nèi)的直線(xiàn)樁、塔位樁宜采用同一基準(zhǔn)站進(jìn)行RTK放樣。當(dāng)更換基準(zhǔn)站時(shí),應(yīng)對(duì)上一基準(zhǔn)站放樣的直線(xiàn)樁(或桿塔位樁)和轉(zhuǎn)角塔位樁進(jìn)行重復(fù)測(cè)量(主要就是復(fù)測(cè)轉(zhuǎn)角樁和轉(zhuǎn)角后樁目的就是要準(zhǔn)確地計(jì)算出此轉(zhuǎn)角的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)角度數(shù))。兩次測(cè)量的坐標(biāo)較差應(yīng)小于±0.07m。高程較差應(yīng)小于±0.1m。

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析,GPS RTK技術(shù)不僅能達(dá)到較高的定位精度,而且在線(xiàn)路測(cè)量的各個(gè)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì),因此GPS RTK技術(shù)在線(xiàn)路工程測(cè)量領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

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