王洪英，單 波，馬鳳臣

（山東送變電工程公司，山東 濟(jì)南 250022）

0 引言

GPS的應(yīng)用越來越廣泛，有著常規(guī)測(cè)量技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，隨著其應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，應(yīng)用深度的加深，給傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)帶來了意義深遠(yuǎn)的變革。在送電線路施工中，大地測(cè)量型GPS設(shè)備的RTK測(cè)量技術(shù)（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分測(cè)量）的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，相對(duì)而言，國(guó)內(nèi)送電線路施工中GPS手持機(jī)的應(yīng)用則比較少，僅限于引路、位置記錄等簡(jiǎn)單功能的應(yīng)用，并有待于完善并系統(tǒng)化。近年來，GPS測(cè)量技術(shù)不斷發(fā)展，手持機(jī)測(cè)量技術(shù)也得到了長(zhǎng)足發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了高達(dá)10 cm的實(shí)時(shí)定位精度的手持GPS接收機(jī)，給線路施工提供了良好的應(yīng)用平臺(tái)，能夠滿足于線路工程中一般精度要求的施工測(cè)量，充分發(fā)揮手持機(jī)體積小、重量輕、靈活、攜帶方便、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)。國(guó)家電網(wǎng)公司交流建設(shè)分公司與山東送變電工程公司于2009年3月開始共同開發(fā)研究，將手持型RTK GPS接收機(jī)測(cè)量技術(shù)引入到線路施工，并在此基礎(chǔ)上針對(duì)送電線路施工特點(diǎn)，進(jìn)行了專用測(cè)量軟件的開發(fā)應(yīng)用研究。

±660 kV寧東—山東直流輸電示范工程是我國(guó)首條±660 kV電壓等級(jí)線路工程，首次采用了1 000Mm2大截面導(dǎo)線，工程提出了技術(shù)自主創(chuàng)新和項(xiàng)目管理創(chuàng)新“兩個(gè)示范”。為提高線路施工技術(shù)水平、信息化水平，提高施工精度和施工效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，將手持型RTK GPS接收機(jī)應(yīng)用到工程施工測(cè)量中。

1 研究?jī)?nèi)容

1.1 通信方式

使用GPS手持機(jī)要達(dá)到10 cm的實(shí)時(shí)測(cè)量精度，應(yīng)采用RTK測(cè)量方式，這就存在通信方式的問題，要保證GPS手持機(jī)靈活、攜帶方便的優(yōu)勢(shì)，要求GPS通信附件應(yīng)小巧，針對(duì)不同差分源及通信鏈路進(jìn)行的通信方式對(duì)比，表1所示。

從表1分析，可以較為清楚的看到使用VRS網(wǎng)絡(luò)參考站無疑是最佳選擇，這種方式在經(jīng)濟(jì)性、連接的快捷性及便攜性等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。但由于VRS網(wǎng)絡(luò)目前還未實(shí)現(xiàn)全覆蓋，同時(shí)使用過程中還受到移動(dòng)電話信號(hào)的制約，因此使用公網(wǎng)通信模塊、數(shù)傳電臺(tái)這兩種通信方式也同樣是需要的。

1）在建有 VRS系統(tǒng)和移動(dòng)電話信號(hào)較好的地區(qū)推薦使用VRS網(wǎng)絡(luò)作為差分源；

2）在VRS系統(tǒng)未覆蓋、但移動(dòng)電話信號(hào)較好的地區(qū)使用自建基準(zhǔn)站作為差分源，推薦使用公網(wǎng)通信模塊作為通信連接手段；

3）在移動(dòng)電話信號(hào)較差的地區(qū)使用自建基準(zhǔn)站作為差分源，使用數(shù)傳電臺(tái)作為通信連接手段。

表1 不同差分源及通信鏈路通信方式對(duì)比

1.2 應(yīng)用范圍

線路施工測(cè)量貫穿于線路工程施工全過程，從線路復(fù)測(cè)到最后的竣工驗(yàn)收。與施工工序和測(cè)量對(duì)象相對(duì)應(yīng)，線路施工過程中對(duì)測(cè)量精度的要求也是不同的，存在部分對(duì)于精度不是特別高的施工測(cè)量，對(duì)線路施工主要測(cè)量項(xiàng)目的分析如表2所示。

可以看到土石方開挖前的分坑放樣、間隔棒安裝位置的確定等，同時(shí)，在部分施工測(cè)量工作中采用傳統(tǒng)的測(cè)量方式，存在操作步驟繁瑣、精度不易控制、安全隱患多等情況，如高低腿基礎(chǔ)的分坑、間隔棒安裝位置的確定等。在這些情況下，應(yīng)用GPS手持機(jī)則可以發(fā)揮其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，滿足線路施工測(cè)量的需求。

1.3 應(yīng)用模塊開發(fā)

根據(jù)應(yīng)用范圍的分析，使用Visual Basic作為應(yīng)用程序的開發(fā)工具，在Trimble Geo XH2008手持機(jī)上進(jìn)行了送電線路施工專用測(cè)量軟件的編制開發(fā)，具體包括交接樁導(dǎo)航及桿位信息的采集、基礎(chǔ)分坑測(cè)量、組塔抱桿拉線坑測(cè)量、間隔棒安裝位置測(cè)量、通道清理、小運(yùn)路測(cè)量、面積測(cè)量7個(gè)功能模塊。

交接樁導(dǎo)航及桿位信息的采集。在交接樁過程中除了要找尋樁位外，還要進(jìn)行行政區(qū)劃調(diào)查，農(nóng)作物調(diào)查等信息調(diào)查工作，傳統(tǒng)的工作方式往往使用記錄本記錄及現(xiàn)場(chǎng)作標(biāo)記等方式記錄相關(guān)信息，本模塊根據(jù)提前輸入的桿塔中心樁坐標(biāo)參數(shù)，通過GPS手持機(jī)圖形和聲音提示方便的引

導(dǎo)我們到達(dá)想去的樁位、道路，不會(huì)迷失方向。同時(shí)可以將整條線路的樁位、沿線路徑及樁位的各方面信息（包括樁位的行政所在地、地形、地質(zhì)地貌、農(nóng)作物等）等情況進(jìn)行補(bǔ)充、完整并記錄在手持機(jī)中加以系統(tǒng)化。

表2 線路施工測(cè)量項(xiàng)目分析

基礎(chǔ)分坑測(cè)量。 應(yīng)用GPS手持機(jī)10 cm的實(shí)時(shí)精度用于鐵塔基礎(chǔ)位置和坑口尺寸的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、放樣。以本桿位的前后方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，根據(jù)設(shè)計(jì)給出的根開尺寸和施工需要現(xiàn)場(chǎng)開挖的坑口大小，通過程序計(jì)算確定每個(gè)坑口的中心位置和四個(gè)角點(diǎn)的位置，使用手持機(jī)通過圖形和聲音提示，靈活、方便的實(shí)現(xiàn)基坑的放樣。尤其對(duì)于高低腿基礎(chǔ)的分坑放樣，能夠解決傳統(tǒng)方式進(jìn)行全站儀搬站、斜距測(cè)量等復(fù)雜的操作步驟帶來的麻煩。

組塔抱桿拉線坑測(cè)量。鐵塔組立時(shí)，內(nèi)懸浮外拉線抱桿拉線坑位置的計(jì)算和確定以線路方向?yàn)榛鶞?zhǔn)進(jìn)行45°直線放樣，在程序的設(shè)計(jì)上拉線坑特別考慮了拉線坑與中心樁間的位置高差，保證拉線對(duì)地夾角的準(zhǔn)確性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了在拉線與地面投影的方向上能實(shí)時(shí)顯示拉線與地面夾角度數(shù)和與中心樁的距離。使每個(gè)拉線坑的方向和與中心樁距離處于可控狀態(tài)，保證組塔施工的安全。

間隔棒安裝位置測(cè)量。間隔棒安裝位置的確定傳統(tǒng)方式一般采用拉皮尺進(jìn)行測(cè)量，高空操作存在安全隱患，由于間隔棒間距離較長(zhǎng)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性不易保證。本模塊根據(jù)桿塔中心樁坐標(biāo)、間隔棒次檔距等參數(shù)，將各間隔棒的位置計(jì)算出來并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放樣，指導(dǎo)施工人員通過圖形和聲音提示快速、準(zhǔn)確找到間隔棒安裝位置。

通道清理。地方民事問題一直是困擾送電線路施工的一個(gè)主要難題。在多數(shù)工程施工中，由于采用傳統(tǒng)測(cè)量方式不易在工程前期確定線路的安全通道范圍，往往需要臨近工程結(jié)束時(shí)才進(jìn)行線路通道的清理，給施工過程帶來困難。本模塊根據(jù)桿塔中心樁坐標(biāo)、安全距離等參數(shù)，判斷通道位置是否處于清理或非清理范圍，為線路通道的清理與通道內(nèi)障礙物的清查提供了時(shí)間與精確的位置，可方便的指引操作人員進(jìn)行相關(guān)操作。同時(shí)由于測(cè)量手段科學(xué)、技術(shù)先進(jìn)，保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而避免爭(zhēng)議，有利于施工人員順利解決地方民事問題。

小運(yùn)路測(cè)量?！靶∵\(yùn)路測(cè)量"模塊開發(fā)了測(cè)量小運(yùn)路里程和高差的功能，主要用于統(tǒng)計(jì)運(yùn)輸工作量。傳統(tǒng)小運(yùn)路測(cè)量一般使用步量或拉皮尺的原始方式，容易出現(xiàn)測(cè)量誤差，本模塊通過對(duì)小運(yùn)路點(diǎn)位坐標(biāo)的連續(xù)采集，能夠方便、準(zhǔn)確的將運(yùn)輸距離記錄下來并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

面積測(cè)量。面積測(cè)量主要用于在施工過程中進(jìn)行青苗賠償?shù)让娣e的測(cè)量和統(tǒng)計(jì)。由于施工占地往往是不規(guī)則的形狀，給面積的丈量和統(tǒng)計(jì)帶來難題，易發(fā)生糾紛。在本模塊對(duì)面積測(cè)量進(jìn)行了研究，通過對(duì)面積邊緣點(diǎn)的連續(xù)采集形成閉合曲線，計(jì)算出測(cè)量面積，使青賠面積測(cè)量工作變得簡(jiǎn)單。

2 工程應(yīng)用

±660 kV寧東直流示范工程魯2標(biāo)段于2009年8月28日進(jìn)行了首基基礎(chǔ)澆制。2009年11月至12月和2010年5月，山東送變電工程公司在濱州、鄒平、寧東±660 kV線路工程魯Ⅱ標(biāo)段工地對(duì)研究進(jìn)行應(yīng)用。進(jìn)行了基礎(chǔ)分坑、間隔棒安裝、通道清理、小運(yùn)路、面積等模塊的實(shí)際應(yīng)用和交接樁導(dǎo)航及桿位信息的采集、組塔抱桿拉線坑測(cè)量模塊的模擬應(yīng)用。

2.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入

將桿塔中心樁坐標(biāo)以Excel文件進(jìn)行整理，整理后的字段順序按照A列：桿塔名稱；B列：東向坐標(biāo)；C列：北向坐標(biāo)；D列：高程；E列：半橫擔(dān)寬度。然后將GPS設(shè)備與計(jì)算機(jī)同步，把該文本文件復(fù)制到GPS設(shè)備上完成數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

2.2 測(cè)量實(shí)施

參數(shù)設(shè)置。確定項(xiàng)目名稱、施工單位、施工地點(diǎn)、時(shí)間等工程屬性。進(jìn)行GPS設(shè)置、投影設(shè)置、天線設(shè)置。

設(shè)置和連接GPS及差分源。同大地測(cè)量型GPS設(shè)備一樣，手持RTK GPS接收機(jī)也需要基準(zhǔn)站，在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)三種通信都進(jìn)行了應(yīng)用。圖1所示。

圖 1 基礎(chǔ)分坑測(cè)量示意圖

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。以基礎(chǔ)分坑測(cè)量為例說明。輸入該目標(biāo)塔的正根開（根開A）、側(cè)根開（根開B）和坑口尺寸即可（高低腿需輸入半根開），如圖1所示。按“放樣”鍵后進(jìn)入圖形界面，該界面顯示出當(dāng)前位置到目標(biāo)坑（目標(biāo)點(diǎn)）之間的導(dǎo)航信息。圖中顯示當(dāng)前位置 （紅色十字）到C坑西南角點(diǎn)（紅色圓點(diǎn)）的距離為13.05M，C坑西南角點(diǎn)的確切位置是在當(dāng)前位置的西側(cè)2.67M，北側(cè)12.77M。然后通過手動(dòng)點(diǎn)擊16個(gè)角點(diǎn)和4個(gè)坑心點(diǎn)共20個(gè)點(diǎn)中的任意一個(gè)，按照系統(tǒng)提示的導(dǎo)航信息逐漸接近目標(biāo)點(diǎn)至距離1M以內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出“嘟嘟”的警告聲，提示即將到達(dá)目標(biāo)。如果繼續(xù)接近至0.1M距離時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出急促的“嘀嘀”聲，這表示已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)，可以位置確定。整個(gè)測(cè)量過程用時(shí)約40Min左右（包括打樁時(shí)間），測(cè)量精度滿足施工要求。

3 效果分析

3.1 技術(shù)特點(diǎn)

技術(shù)先進(jìn)，本項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容建立在GPS測(cè)量技術(shù)之上，應(yīng)用VRS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及無線通訊技術(shù)。

操作簡(jiǎn)便，易學(xué)易懂。操作界面設(shè)計(jì)人性化，采用了圖形與聲音提示的形式，使每一步測(cè)量工作直觀、生動(dòng)，容易掌握。

10 cm的實(shí)時(shí)測(cè)量精度滿足了施工現(xiàn)場(chǎng)一般性測(cè)量的要求，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，儲(chǔ)存方便。適用范圍廣。研究貫穿于交接樁、基礎(chǔ)、組塔、架線及有關(guān)輔助性工作等各個(gè)施工階段，同時(shí)三種差分源方式適用于不同條件下的工程測(cè)量。

設(shè)備輕便，便于攜帶，針對(duì)線路測(cè)量特點(diǎn)設(shè)計(jì)了包括特制對(duì)中桿、通信模塊背包等專用附件。測(cè)量效率高。測(cè)量步驟簡(jiǎn)單，各測(cè)量功能一般為單人即可完成，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

統(tǒng)計(jì)功能全面，數(shù)據(jù)輸入輸出方便，輸出結(jié)果便于歸類、查閱，為下一步施工提供方便。

消除了許多現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患，同時(shí)減少了民事糾紛。

測(cè)量、采集的數(shù)據(jù)、信息自動(dòng)存儲(chǔ)在手持機(jī)中并可方便地輸出，克服了傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)手工記錄方法帶來的種種不便，提高了現(xiàn)場(chǎng)施工的信息化水平。

3.2 效果說明

研究成果在±660 kV寧東直流工程魯2標(biāo)段項(xiàng)目工地施工的初步應(yīng)用，該測(cè)量方式方便、靈活，操作易掌握，測(cè)量精度符合施工要求，給施工帶來較大幫助。

由于目前國(guó)內(nèi)的VRS網(wǎng)絡(luò)還未普及，通信信號(hào)還有待加強(qiáng)，特別是偏遠(yuǎn)地區(qū)（而這些地區(qū)往往多為送電線路途徑地區(qū)），手持機(jī)精度有時(shí)還不太穩(wěn)定，影響了使用效率。 但手持RTK GPS接收機(jī)測(cè)量系統(tǒng)在線路施工中的應(yīng)用無疑提高了線路施工的技術(shù)水平和信息化水平，是線路施工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，它的推廣應(yīng)用前景會(huì)越來越廣闊。