朱亞光，李 斌，胡守超，高興國(guó)

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎| 濟(jì)南 250013)

SDCORS系統(tǒng)在架空送電線路測(cè)量中的應(yīng)用

朱亞光，李 斌，胡守超，高興國(guó)

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎| 濟(jì)南 250013)

為提高架空送電線路工程測(cè)量的精度、效率和效益，將SDCORS系統(tǒng)應(yīng)用于架空送電線路的工程測(cè)量中。以實(shí)際工程為例，通過(guò)SDCORS系統(tǒng)與RTK比較、SDCORS系統(tǒng)與GPS靜態(tài)比較，分析SDCORS測(cè)量、GPS RTK測(cè)量和GPS靜態(tài)測(cè)量三種作業(yè)模式的精度。結(jié)果表明：SDCORS測(cè)量的平面精度和高程精度優(yōu)于GPS RTK測(cè)量和約束后的GPS靜態(tài)測(cè)量，工作效率和經(jīng)濟(jì)效益也明顯提高，減輕了測(cè)量外業(yè)的工作量。

SDCORS；RTK；GPS靜態(tài)；精度；效率；效益。

1 CORS工作原理

在CORS出現(xiàn)之前，用戶使用的是GPS的RTK( Real Time Kinematic)技術(shù)，這是GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種將GPS數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合，實(shí)時(shí)解算進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在1～2s的時(shí)間里得到高精度位置信息的技術(shù)。使GPS從只能做控制測(cè)量的局面中擺脫出來(lái)，廣泛運(yùn)用于工程測(cè)量。

用戶使用RTK的方法都是1個(gè)基準(zhǔn)站+N個(gè)流動(dòng)站的作業(yè)模式，這種作業(yè)模式叫做單基準(zhǔn)站模式，基準(zhǔn)站需要自己找點(diǎn)架設(shè)，一般都是臨時(shí)性的，而作業(yè)范圍大多十幾公里，如果有個(gè)較大的測(cè)區(qū)，則需要多次架設(shè)臨時(shí)基準(zhǔn)站。而CORS的特點(diǎn)是架設(shè)幾十個(gè)乃至上百個(gè)永久的基準(zhǔn)站，覆蓋一個(gè)比較大的區(qū)域，外業(yè)測(cè)量就不用再架設(shè)基準(zhǔn)站了。

如果只是簡(jiǎn)單的的架設(shè)固定基準(zhǔn)站，拿著流動(dòng)站走到哪里，只會(huì)接收距離最近的基準(zhǔn)站發(fā)送的改正電文，則還是單站模式，而且作用距離會(huì)受到很大的限制，一臺(tái)基準(zhǔn)站的作業(yè)距離比如說(shuō)是S公里，則兩臺(tái)基準(zhǔn)站的距離就不能超過(guò)2S公里，而且，在中間會(huì)出現(xiàn)接收不到信息的盲區(qū)，這樣的話，想控制一個(gè)區(qū)域，架站必然很密，費(fèi)用必然很高，如果一臺(tái)基準(zhǔn)站的觀測(cè)條件不好，則在部分區(qū)域就無(wú)法測(cè)量。

圖1 傳統(tǒng)RTK和CORS的精度覆蓋比較

RTK是一種單基站的載波相位實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)，而SDCORS是通過(guò)建立覆蓋某一區(qū)域的參考站網(wǎng)，計(jì)算和播發(fā)GPS差分改正信息。即用多個(gè)參考站組成的GPS網(wǎng)絡(luò)來(lái)估計(jì)一個(gè)地區(qū)的GPS誤差模型，并為網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)的用戶提供校正數(shù)據(jù)。而用戶收到的也不是某個(gè)實(shí)際參考站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，而是一個(gè)虛擬參考站的數(shù)據(jù)，和距離自己位置較近的某個(gè)參考網(wǎng)格的校正數(shù)據(jù)。

SDCORS 采用虛擬參考站(Virtual Reference Station，VRS)技術(shù)，各固定參考站不直接向移動(dòng)用戶發(fā)送改正信息，而是將所有的原始數(shù)據(jù)發(fā)給控制中心。移動(dòng)站在工作前，先通過(guò)無(wú)線通訊功能向控制中心發(fā)送一個(gè)概略坐標(biāo)，控制中心根據(jù)用戶位置，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)選擇最佳的一組固定基準(zhǔn)站，整體的改正 GPS的軌道誤差，電離層，對(duì)流層和大氣折射引起的誤差，將高精度的差分信號(hào)發(fā)給流動(dòng)站。這個(gè)差分信號(hào)的效果相當(dāng)于在流動(dòng)站旁邊，生成一個(gè)虛擬的參考基站，從而解決了 RTK作業(yè)距離上的限制問(wèn)題，并保證了用戶的精度。

2 結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行精度分析

2.1 山東電網(wǎng)舞動(dòng)治理工程

架空送電線路舞動(dòng)治理的主要措施是加裝防舞裝置。2011年5月，測(cè)量專(zhuān)業(yè)接到任務(wù)書(shū)，在東營(yíng)、濱州、聊城、濰坊、煙臺(tái)等地，有近600km的500kV線路需要舞動(dòng)治理。時(shí)間緊、任務(wù)重，加上測(cè)量人員和設(shè)備比較緊張，就選擇剛剛投入使用的SDCORS系統(tǒng)。我們以500kV濱州～東營(yíng)送電線路為例，CORS系統(tǒng)測(cè)量J8(#78)到J17(#148)共10個(gè)轉(zhuǎn)角，和施工圖設(shè)計(jì)時(shí)GPS RTK測(cè)量的坐標(biāo)，比較見(jiàn)表1。

表1 精度比較分析 單位：m

由表1可知，最大距離之差SΔmax=0.078m。由于架空線路轉(zhuǎn)角施工要求，順線路，橫線路允許偏差都是30mm，兩個(gè)轉(zhuǎn)角之間的容許誤差W=±0.084m，以上測(cè)量成果分析表明，中心樁點(diǎn)位的水平精度可以滿足電力勘測(cè)設(shè)計(jì)的要求。由表1可知，即使最差的情況下，樁間距離的相對(duì)中誤差:0.078/2325.938=1/29800，SDCORS仍能滿足塔位樁距離較差相對(duì)中誤差不超過(guò)1/1000的要求。山東電網(wǎng)舞動(dòng)治理工程是SDCORS系統(tǒng)在我院的首次使用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，大大提高了外業(yè)測(cè)繪的工作效率，減輕了外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，為以后工程的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

2.2 220kV正棋變配套工程

2011年7月，220kV正棋變配套工程，是施工圖階段測(cè)量，對(duì)點(diǎn)位和高程的精度要求較高，所以工程先用常規(guī)的RTK進(jìn)行測(cè)量，對(duì)所有的轉(zhuǎn)角用SDCORS系統(tǒng)再次進(jìn)行測(cè)量，RTK測(cè)得的WGS84坐標(biāo)和SDCORS系統(tǒng)測(cè)得的CGCS2000坐標(biāo)，與外控控制點(diǎn)的格網(wǎng)坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到以下的數(shù)據(jù)。

表2 轉(zhuǎn)換成格網(wǎng)坐標(biāo)后WGS84與CGCS2000坐標(biāo)差值

由表2可知，SDCORS系統(tǒng)和RTK平面坐標(biāo)差異dx誤差集中在0.02m左右，dxmax=-0.036m，dy誤差集中在0.015m左右，dymax=0.02m。高程誤差集中在0.03m左右，dhmax=0.048m。對(duì)于送電線路，其點(diǎn)位平面精度限差為±0.05m，由兩次對(duì)同一樁位的放點(diǎn)之差應(yīng)小于±0.07m ，高差較差限差為±0.20Sm(S為樁間距離，以千米計(jì))，由表2可知，表中數(shù)據(jù)滿足架空送電線路勘測(cè)技術(shù)規(guī)程。由于RTK作業(yè)半徑小、精度隨線路長(zhǎng)度的增大而降低，SDCORS系統(tǒng)無(wú)縫覆蓋、精度均勻，隨著架空送電線路長(zhǎng)度的增加， RTK中的1ppm的概念已不存在了，在VRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍內(nèi)，精度始終為2cm～3cm左右，所以SDCORS系統(tǒng)的測(cè)量精度大大高于RTK測(cè)量的精度。此工程的應(yīng)用為以后架空送電線路的施工圖測(cè)量打下了良好的基礎(chǔ)。

2.3 220kV景陽(yáng)～谷山～光岳送電線路工程

2011年08月，我們此工程中，比較了SDCORS測(cè)量和GPS快速靜態(tài)測(cè)量在平面和高程方面的精度。SDCORS測(cè)量可以得到高精確的CGCS2000坐標(biāo)，GPS 靜態(tài)測(cè)量由于聯(lián)測(cè)經(jīng)過(guò)全省統(tǒng)一平差C級(jí)網(wǎng)，也得到的高精度的WGS84坐標(biāo)。同一點(diǎn)在CGCS 2000 和WGS-84下，經(jīng)度相同，緯度的最大差值為(3.6×10)-6″(相當(dāng)于0.11mm) 。這里主要是指橢球參數(shù)的不同而引起的同一點(diǎn)經(jīng)緯度的差異，給定點(diǎn)位在空間直角坐標(biāo)，投影到CGCS 2000橢球和WGS 84橢球上所得的緯度的最大差異相當(dāng)于0.11mm。對(duì)于工程測(cè)量需要的精度來(lái)說(shuō)，SDCORS測(cè)得的CGCS2000坐標(biāo)也可以看做WGS84坐標(biāo)。由于CGCS2000坐標(biāo)和WGS84坐標(biāo)均為大地坐標(biāo)，兩者經(jīng)點(diǎn)校正和約束平差后，CGCS2000坐標(biāo)和WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為當(dāng)?shù)馗窬W(wǎng)坐標(biāo)，二者投影到高斯平面上的格網(wǎng)坐標(biāo)才具有可比性。

表3 SDCORS和GPS快速靜態(tài)坐標(biāo)差值 單位：m

續(xù)表3

從表3可知，SDCORS測(cè)量和GPS靜態(tài)測(cè)量平面坐標(biāo)差異dx誤差集中在0.01m左右，dxmax= -0.038m；dy誤差集中在0.03m左右，dymax=0.055m；高程誤差集中在0.04m左右，dhmax=0.065m。SDCORS測(cè)量平面精度≤±0.0 3 m，高程精度≤±0.05m；對(duì)GPS快速靜態(tài)而言，基線長(zhǎng)度(C級(jí)控制點(diǎn)，10km)標(biāo)準(zhǔn)差≤±0.05m，大地高差中誤差(四等GPS)≤±0.05m 。滿足校核基線長(zhǎng)度限差≤±0.14m，高差較差限差≤±0.14m，所以在最差情況下，SDCORS仍能滿足精度要求。

由于LS2、LC、ZLZ、CL為已知國(guó)家C級(jí)GPS控制點(diǎn)，比較SDCORS測(cè)量點(diǎn)校正后坐標(biāo)和約束平差后的坐標(biāo)與已知國(guó)家C級(jí)控制點(diǎn)的差值(即外符合精度的比較)，見(jiàn)表4。

表4 外符合精度比較 單位：m

由表4可知：SDCORS實(shí)時(shí)定位的外符合精度(和已知點(diǎn)比較)可以達(dá)到平面≤±0.030m，高程≤±0.010m的精度。滿足工程測(cè)量規(guī)范GPS C級(jí)控制點(diǎn)約束平差后最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差≤1/70000的規(guī)定，滿足高程較差≤±0.030m的規(guī)定。

由表4可知，已知點(diǎn)坐標(biāo)經(jīng)過(guò)點(diǎn)校正后SDCORS測(cè)量的點(diǎn)位精度高于約束平差后的GPS快速靜態(tài)測(cè)量。對(duì)SDCORS而言，參考站數(shù)據(jù)由山東101個(gè)參考站綜合平差解算得到的，具有全局性。故VRS給用戶流動(dòng)站發(fā)布的改正信息也具有全局性，而常規(guī)快速靜態(tài)測(cè)量只是局部平差解算，精度有限，所以平面精度不及SDCORS。高程方面精度相近，如果SDCORS對(duì)已經(jīng)建成的CORS地區(qū)進(jìn)行大地水準(zhǔn)面精化，同時(shí)發(fā)布高程異常改正值，那么在高程方面SDCORS測(cè)量精度也會(huì)大幅提高。

3 工作效率和經(jīng)濟(jì)效益的分析

3.1 工作效率

(1)提高儀器利用率，原來(lái)的1+1兩臺(tái)GPS接收機(jī)才能作業(yè)，現(xiàn)在1臺(tái)接收機(jī)就能正常作業(yè)，儀器利用率提高1倍。

(2)省去架設(shè)和設(shè)置基準(zhǔn)站的時(shí)間，開(kāi)機(jī)就可以作業(yè)，同時(shí)也節(jié)省了完工后收基準(zhǔn)站的麻煩。

(3)節(jié)約人力資源，不用架設(shè)基站，省去看基站人員，真正實(shí)現(xiàn)單人作業(yè)。

(4)山東省全網(wǎng)覆蓋，精度均勻，避免了常規(guī)RTK隨著距離增大誤差增大的麻煩，減少了返工的可能性。

(5)使用固定可靠的數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)，減少了噪聲干擾，縮短了整周模糊度的解算時(shí)間，提高了工作效率。

(6)常規(guī)RTK隨著距離的增大，初始化速度會(huì)越來(lái)越慢，直至收不到基準(zhǔn)站的電臺(tái)信號(hào)，這樣，還需要建立新的基準(zhǔn)站，來(lái)回搬設(shè)基準(zhǔn)站，精度降低了，時(shí)間也大量消耗了。而SDCORS系統(tǒng)下沒(méi)有了RTK距離的限制，從而可以明顯提高初始化速度，提高工作效率。

(7)傳統(tǒng)的GPS靜態(tài)測(cè)量需要至少3臺(tái)以上的GPS接收機(jī)才可以進(jìn)行，而且受時(shí)間限制比較大，SDCORS的應(yīng)用，將使控制測(cè)量將變得非常簡(jiǎn)單和方便，即使只有一臺(tái)GPS也可以進(jìn)行控制測(cè)量，而且SDCORS系統(tǒng)可以提供各種采樣率的、任意時(shí)間段的GPS原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，大大提高了控制測(cè)量的效率。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

(1)使用SDCORS后，原來(lái)RTK中的基準(zhǔn)站就解放出來(lái)了，看基準(zhǔn)站的人員也解放出來(lái)。山東院現(xiàn)共有12臺(tái)套GPS，這樣共省出12個(gè)看基準(zhǔn)站人員，每個(gè)看基準(zhǔn)站人員工資按照80元/天，每年(按照9個(gè)月，每月工作20天計(jì))山東院院每年從基準(zhǔn)站人員身上節(jié)約總費(fèi)用為： 節(jié)約費(fèi)用總額=80元/人天×12人×20天/月×9個(gè)月=172800元。

(2)以前RTK每次作業(yè)前需要架設(shè)和設(shè)置基準(zhǔn)站，而且每次需要找已知點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，按照這個(gè)時(shí)間為0.4h，常規(guī)RTK隨著作業(yè)距離增加需要進(jìn)行搬站作業(yè)，搬站后需要重新設(shè)站和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，每次搬站也按照0.6h計(jì)，加入SDCORS后無(wú)需基準(zhǔn)站，這樣12套R(shí)TK每年(按照9個(gè)月，每月工作20天計(jì))共計(jì)節(jié)約時(shí)間為：

節(jié)約總時(shí)間=(0.4h+0.6h)×12人×20天/月×9個(gè)月=2160h=90天。

以1:500比例尺測(cè)圖為例，按照每平方公里需要25天測(cè)完，每平方公里產(chǎn)值為10萬(wàn)元，這樣整個(gè)院每年在基站方面節(jié)約的時(shí)間所創(chuàng)造的總產(chǎn)值為：

節(jié)約時(shí)間總增值=90天÷25天×10萬(wàn)=36萬(wàn)元。

(3)12套R(shí)TK設(shè)備中的基準(zhǔn)站可以直接或改造后變成流動(dòng)站，除去不在山東省的工程外，假設(shè)有4臺(tái)可以接入SDCORS，這樣相當(dāng)于增加4臺(tái)流動(dòng)站，按照每臺(tái)流動(dòng)站每天創(chuàng)造的產(chǎn)值為5000元計(jì)。

新增流動(dòng)站每年總產(chǎn)值=4臺(tái)×5000元×20天×9個(gè)月=360萬(wàn)。

(4)使用SDCORS系統(tǒng)后，RTK用于基準(zhǔn)站發(fā)射的大電臺(tái)(價(jià)格4萬(wàn))和用于流動(dòng)站接收的小電臺(tái)(價(jià)格2萬(wàn))就淘汰了，12臺(tái)套GPS電臺(tái)的價(jià)格為：(4萬(wàn)+2萬(wàn))×12=72 萬(wàn)。如果1臺(tái)套使用SDCORS，就節(jié)省6萬(wàn)元的電臺(tái)費(fèi)用。

4 結(jié)論及建議

通過(guò)對(duì)SDCORS測(cè)量和RTK測(cè)量的精度進(jìn)行比較可知：SDCORS完全滿足架空送電線路勘測(cè)設(shè)計(jì)的要求，且架空線路越長(zhǎng)，優(yōu)勢(shì)越顯著；SDCORS能大大提高工作效率、增加經(jīng)濟(jì)效益及減輕外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度。但在實(shí)際使用過(guò)程中，應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

(1)SDCORS系統(tǒng)采用的坐標(biāo)系統(tǒng)為國(guó)家CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)，SDCORS中心對(duì)外不提供轉(zhuǎn)換參數(shù)，以前使用過(guò)的轉(zhuǎn)換參數(shù)要看求解參數(shù)時(shí)所使用的起算數(shù)據(jù)，只要是使用約束的WGS84坐標(biāo)求解的參數(shù)是可以正常使用的。一般C級(jí)網(wǎng)以上的WGS84都是約束的，D級(jí)網(wǎng)的可能沒(méi)有約束。

(2)SDCORS系統(tǒng)作業(yè)主要是通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)和SDCORS中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通信網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)直接影響到SDCORS作業(yè)的效率、系統(tǒng)的可用性及成果的可靠性。所以在沒(méi)有手機(jī)信號(hào)的地方是不能作業(yè)的。

(3)SDCORS受到點(diǎn)位觀測(cè)環(huán)境(遮擋、干擾、多路徑等)，衛(wèi)星狀況(PDOP值過(guò)大、公共衛(wèi)星少等)，儀器設(shè)備固件版本低、差分?jǐn)?shù)據(jù)格式選擇錯(cuò)誤、操作不正確等因素影響，造成長(zhǎng)時(shí)間處于浮動(dòng)解或單點(diǎn)解時(shí)，最好的辦法是將所有終端設(shè)備重啟。

(4)由于通信網(wǎng)絡(luò)(包括延遲、不穩(wěn)定等)，導(dǎo)致SDCORS長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法固定時(shí)，可以采用的方法是：在測(cè)點(diǎn)處記錄1秒采樣率不少于5分鐘的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)后處理的方法進(jìn)行補(bǔ)救。

(5)當(dāng)測(cè)區(qū)周?chē)休^大的電磁場(chǎng)干擾源，通信信號(hào)弱或衛(wèi)星分布情況很差時(shí)，SDCORS可能會(huì)偶爾出現(xiàn)“偽固定”現(xiàn)象，即出現(xiàn)三維特別是高程上的較大偏差，此種情況下，務(wù)必要多測(cè)幾次來(lái)進(jìn)行成果的檢核。

(6)SDCORS只能在山東省使用(和江蘇省由7個(gè)點(diǎn)相連)，受地域的限制影響很大，隨著我院在全國(guó)乃至全球業(yè)務(wù)的發(fā)展，SDCORS的地域限制越發(fā)明顯，全國(guó)CORS的聯(lián)網(wǎng)建設(shè)勢(shì)在必行，不久的將來(lái)，只需一個(gè)流動(dòng)站測(cè)遍全國(guó)會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。

(7)SDCORS通過(guò)提供流動(dòng)站和參考站距離相關(guān)的誤差改正模型，流動(dòng)站獲得區(qū)域內(nèi)精度均勻的厘米級(jí)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)結(jié)果。對(duì)于事后相對(duì)精密定位的毫米級(jí)的結(jié)果，也就是數(shù)據(jù)處理中心提供靜態(tài)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，尚未進(jìn)行工程應(yīng)用，這將是我們下一步需要繼續(xù)應(yīng)用及研究的內(nèi)容。

(8)不論是RTK還是CORS，今后可能都會(huì)被精密單點(diǎn)定位—PPP(precise point positioning)取代，PPP是實(shí)現(xiàn)全球精密實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位與導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)，也是GPS定位方面的前沿研究方向。

[1]GB 50233—2005，110～500kV架空送電線路施工及驗(yàn)收規(guī)范[S]．

[2]DL/T 5076—2008，220kV及以下架空送電線路勘測(cè)技術(shù)規(guī)程[S]．

[3]DL/T 5122—2000，500kV架空送電線路勘測(cè)技術(shù)規(guī)程[S]．

[4]程鵬飛，等．2000國(guó)家大地坐標(biāo)系橢球參數(shù)與GRS80和WGS84的比較[J]．測(cè)繪學(xué)報(bào)，2009，38(3)．

[5]梅生強(qiáng)，等．CORS 在高壓輸電線路勘測(cè)中的應(yīng)用研究[C]// 中國(guó)電力規(guī)劃設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)．2010年電力工程測(cè)量專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集．南京：中國(guó)電力規(guī)劃設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)，2010：94—96．

[6]GB/T 18314—2009，全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范[S]．

[7]GB 50026—2007，工程測(cè)量規(guī)范 [S]．

[8]黃春暉，等CORS在高壓輸電線路控制測(cè)量中的應(yīng)用研究[J]．湖北電力，2010，34(4)．

Application of SDCORS to Impracticable Electric Power Transmission Line Survey

ZHU Ya-guang, LI Bin, HU Shou-chao, GAO Xing-guo
(Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute CORP, Ltd.，Jinan 250013，China)

To improve the accuracy, ef fi ciency and effectiveness of Electric Power Engineering project, SDCORS was used in the engineering survey. With the comparion of SDCORS、 RTK、 GPS static measurement，The results show that: the accuracy of SDCORS is much better than GPS RTK and static GPS measurements, ef fi ciency and economic bene fi ts are also signi fi cantly improved with SDCORS

SDCORS; RTK; static GPS; accuracy; ef fi ciency; effectiveness.

P2

B

1671-9913(2012)02-0024-04

2012-02-21

朱亞光(1968- )，男，山東平邑人，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事電力工程勘測(cè)方面的工作及研究。