郝佳文

摘要:本文簡單介紹了GPS RTK的工作原理，分析了GPS RTK的作業(yè)流程,針對大慶油田電力線路分布情況重點探討了RTK在電力線路勘測中的應用,并給出了實際工作中應當注意的問題,供應用GPS RTK技術進行電力線路勘測進行參考。

關鍵詞:GPS RTK技術；電力線路勘測；參考站；流動站；WGS-84地心坐標系；轉換參數(shù)

0引言

GPS技術在20世紀90年代初期開始在電力工程中應用,從單頻GPS、靜態(tài)、快速靜態(tài)到GPS RTK技術的出現(xiàn),國內電力工程勘測始終緊跟GPS技術發(fā)展的方向。

大慶油田地廣人疏，居民區(qū)分布不集中，跨度很大，電力線路分布情況不均勻，隨著近年來，油田建設的快速發(fā)展，電力線路動遷及新建等工程的不斷增多，電力線路勘測難度越來越大，RTK技術以其在電力線路勘測中具備的靈活、快速、省時、省力及精度高等優(yōu)點,廣泛應用在大慶油田電力線路勘測工作中，大大地提高了工作效率。

1 GPS RTK的工作原理及作業(yè)流程

1.1GPS RTK的工作原理

GPS RTK技術是基于載波觀測值的實時動態(tài)定位技術,它能夠實時地提供測量點在指定坐標系中的3維坐標(x,y,z),并能夠達到厘米級的精度。

RTK的工作原理是將一臺接收機置于基準站上，另一臺或幾臺接收機置于載體（稱為流動站）上，基準站和流動站同時接收同一時間、同一GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得到GPS差分改正值。然后將這個改正值通過無線電數(shù)據(jù)鏈電臺及時傳遞給共視衛(wèi)星的流動站精化其GPS觀測值，從而得到經(jīng)差分改正后流動站較準確的實時位置。1.2 GPS RTK的作業(yè)流程

1.2.1收集測區(qū)的控制點資料

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

1.2.2求定測區(qū)轉換參數(shù)

GPS RTK測量是在WGS-84坐標系中進行的,而電力線路測量定位是在當?shù)刈鴺嘶蛭覈谋本?4或西安80坐標上進行的。這之間存在坐標轉換的問題。由于GPS RTK是用于實時測量的,要求給出當?shù)氐淖鴺?這使得坐標轉換工作更顯得重要。

大慶油田現(xiàn)在使用的是西安80坐標系統(tǒng)，在進行坐標轉換時要求至少3個以上的大地點分別有WGS-84地心坐標和西安80坐標,利用轉換模型解求轉換參數(shù)。此參數(shù)控制線路一般為30km左右:一套轉換參數(shù)控制一段線路,以轉角為分段點。

1.2.3參考站的選定和建立

參考站的安置是順利實施動態(tài)GPS的關鍵之一,參考站的安置要滿足下列條件:

(1)參考站應有正確的已知坐標。

(2)參考站應選在地勢較高,天空較為開闊,周圍無高度角超過10度的障礙物,有利于衛(wèi)星信號的接收和數(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的影響,周圍無GPS信號反射物(大面積水域,大型建筑物等),無高壓電線、電視臺、無線電發(fā)射站、微波站等干擾源。

(4)參考站應選在土質堅實、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站GPS設在原控制點上,用GPS流動站將坐標傳過去。

1.2.4工程項目內業(yè)設計和參數(shù)設置

(1)大慶油田所使用的西安80坐標的橢球參數(shù):

長半軸a=6378140±5（m）

短半軸b=6356755.2882（m）

扁 率α=1/298.257

(2)大慶油田中央子午線為3度帶126度。

(3)測區(qū)坐標系間的轉換參數(shù)。

1.2.5野外作業(yè)

將基準站GPS接收機安置在參考點上．打開接收機,輸入精確的西安80坐標和天線高度,基準站GPS接收機通過轉換參數(shù)將西安80坐標轉換為WGS-84坐標,同時連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號,并通過數(shù)據(jù)發(fā)射電臺將其測站坐標、觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機工作狀態(tài)發(fā)送出去。流動站接收機在跟蹤GPS衛(wèi)星信號的同時接收來自基準站的數(shù)據(jù),進行處理后獲得流動站的三維WGS-84坐標,最后再通過與基準站相同的坐標轉換參數(shù)將WGS -84轉為西安80坐標。接收機還可將實時位置與設計值相比較,指導放樣到正確位置。

2 GPS RTK 技術在電力線路勘測中的應用

2.1桿塔定位測量

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

用RTK測設桿塔位的方法與定線測量類似,一般在相鄰兩耐張桿塔之間架設基準站,用移動站分別測出直線段兩端點的坐標(如果已經(jīng)有坐標則可直接調用)。在獲取轉點的坐標信息后,將兩端點的坐標信息設置為直線的兩點,然后以該直線作為參考線,設計圖,在電子手薄中輸人測設的桿塔位置與端點之間的間隔后,即會生成包含各桿塔位樁點坐標的折線文件。根據(jù)折線文件中桿塔位樁的坐標,信RTK實時導航指示,可測設出各桿塔位樁,并標定之。

2.2桿塔施工測量

輸電線路施工中,首先要進行塔位復測,如果遇到線路中心樁丟失的情況,還需要通過測量來恢復。應用RTK技術,將使這方面的工作快速、高效。

2.2.1從2個已確定的相鄰樁位校驗或定位第3個樁位

如圖1所示,定位方法如下。

圖1RTK驗樁示意圖

(1)用移動站分別校驗已確定的1、2號樁的位置,并自動記錄在移動站“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表,可查出3號樁相對于2號樁(或1號樁)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號樁的位置。

(3)通過移動站將自己的當前位置實時傳送給測量軟件,軟件即可得出移動站當前實際位置偏離3號樁正確位置的偏差,實時引導移動站定位人員到達3號樁的正確位置,從而實現(xiàn)定位目的。

(4)如果是要校驗3號樁位,直接將移動站放在3號樁上,軟件就會給出這個位置與3號樁理論位置的偏差。

2.2.2在直線段內快速校驗或定位各直線塔樁位

如果某個直線段兩頭轉角塔的樁位已確定,只要用移動站得到兩頭轉角塔樁位的位置,就可在電子手簿中新建一條線。然后移動站到段內任一直線塔樁位,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。測得的這個距離即可與圖紙相比較以校驗樁位的正確與否。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。

2.2.3校驗轉角塔的轉角偏差

只要用移動站測定轉角塔及其前后兩基塔的樁位,用手簿中的軟件即可計算出實際轉角角度,與圖紙相比即可校驗轉角偏差。值得說明的是:目前,在購買RTK產(chǎn)品時,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,將會使RTK測量的操作更加方便。

3 RTK在實施時應注意的問題

在電力線路勘測中,應用RTK測量技術,在實際操作過程中應注意以下幾方面的問題。

(1)實時動態(tài)RTK測量時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階段保持一致。

(2)基準站的選擇應符合作業(yè)流程中的幾點要求。

(3)進行RTK測量,同步觀測衛(wèi)星數(shù)不少于5顆,顯示的坐標和高程精度指標應在±30mm范圍內。放樣塔位樁坐標值宜事先輸入接收機控制器(電子手薄)中并認真校對。當放樣顯示的坐標值與輸入值差值在±15mm以內時,即可確定塔位樁,并應記錄實測數(shù)據(jù)、樁號和儀器高。

(4)當放樣距離超過3km時,宜將3km左右處的塔位樁附合到已知控制點上(如轉角樁、直線樁等GPS點上)。當無已知點時,必須利用已放樣的塔位樁做重復測量并檢查其精度。

(5)同一段內的直線樁、塔位樁宜采用同一基準站進行RTK放樣。當更換基準站時,應對上一基準站放樣的直線樁(或塔位樁)進行重復測量。兩次測量的坐標較差應小于±0.07m。高程較差應小于±0.1m

4結束語

GPS RTK技術因高效率、靈活、誤差不積累及厘米級的高精度越來越受到測繪人員的青睞。RTK高程精度低于平面精度,而電力線路勘測對高程的精度要求較低。因此,RTK技術用來進行大慶油田電力線路勘測是目前較為理想的方法。

[參考文獻]

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[2] 雷喜才. GPS RTK技術在工程測量中的應用[J]. 測繪與空間地理信息，2010，135-136

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。