馬衛(wèi)軒 劉晨清

隨著全球衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展，GPS RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法）測量技術(shù)廣泛地應(yīng)用在各類工程之中，其測量范圍廣的技術(shù)特點(diǎn)特別適合于公路工程和輸電工程等長距離、大跨度的工程。本文主要論述了GPS RTK在輸電工程的應(yīng)用。

GPS RTK測量系統(tǒng)如下圖所示，包括一臺(tái)基準(zhǔn)站和若干移動(dòng)站。GPS主機(jī)接收可衛(wèi)星信號，有些還有內(nèi)置電臺(tái)。測量時(shí)基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的主機(jī)分別接收衛(wèi)星信號，基準(zhǔn)站與電臺(tái)發(fā)射器連接架設(shè)在一起，基準(zhǔn)站與移動(dòng)站之間通過電臺(tái)信號進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而解算移動(dòng)站的坐標(biāo)。工作原理如下所示：

衛(wèi)星信號基準(zhǔn)站===================

GPS RTK測量系統(tǒng)

輸電工程對于不同的工序誤差要求也不相同：對鐵塔根開的誤差要求一般為5mm，而鐵塔中心樁位置的允許偏差一般為順線路方向1%檔距（一般在1米以上），垂直線路方向10cm。目前國內(nèi)的一線GPS RTK產(chǎn)品的測量精度可控制在3cm以內(nèi)，滿足輸電工程地形測量和中心樁放樣的誤差要求，使用起來比全站儀要快捷簡便許多。

GPS RTK測量技術(shù)主要用于輸電工程的以下三個(gè)方面：

1.控制網(wǎng)制作

如果將基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)，主機(jī)距已知點(diǎn)的高差不便測量，因此目前GPS RTK測量多采用未知點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站，即在任一點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站，然后在移動(dòng)站手簿中通過兩個(gè)已知點(diǎn)求四參數(shù)，即完成校正，校正后在另一已知點(diǎn)確認(rèn)校正無誤。校正后的基準(zhǔn)站和移動(dòng)站構(gòu)成的系統(tǒng)可以測量任一點(diǎn)的坐標(biāo)，移動(dòng)站到達(dá)測點(diǎn)時(shí)即可在手簿中儲(chǔ)存坐標(biāo)。在使用四參數(shù)的情況下，每次校正后移動(dòng)站的有效工作半徑一般不超過5公里，并且距離越遠(yuǎn)精度越低。因此在制作控制網(wǎng)時(shí)，就需要沿線路走向每5至10公里線路兩側(cè)各制作1個(gè)控制點(diǎn)。另外，每次重啟基準(zhǔn)站，整個(gè)系統(tǒng)均需進(jìn)行校正，重啟移動(dòng)站則無影響。.

對于工程范圍較小的工程，在控制網(wǎng)制作好后的首次測量前，需要通過兩個(gè)以上的已知點(diǎn)來求解四參數(shù)，以 “工程之星”軟件為例，參數(shù)會(huì)保存在手簿的軟件中，以后每次測量前僅需進(jìn)行單點(diǎn)校正。四參數(shù)的有效半徑20至30平方公里。對于距離較長的輸電工程，不同的測區(qū)四參數(shù)也不相同，需劃分測區(qū)記錄各自的四參數(shù)，以后測量時(shí)對應(yīng)的使用各自測區(qū)的四參數(shù)，在每個(gè)測區(qū)只需進(jìn)行單點(diǎn)校正。

控制點(diǎn)布置示意圖

控制點(diǎn)將在整個(gè)工程的實(shí)施中發(fā)揮關(guān)鍵作用，控制點(diǎn)應(yīng)牢固、不易被破壞，因此建議使用混凝土中插短鋼筋的形式制做控制點(diǎn)。沿線的控制點(diǎn)制作和地形測量對于整個(gè)工程的實(shí)施極其關(guān)鍵，是一切設(shè)計(jì)和施工活動(dòng)的基礎(chǔ)，務(wù)必由專業(yè)的測量人員完成，并應(yīng)接受GPS廠家技術(shù)人員的培訓(xùn)。

在控制點(diǎn)制作完成后，需求每個(gè)控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)。以使用四臺(tái)GPS主機(jī)為例，首先至少需要兩個(gè)已知點(diǎn)的平面坐標(biāo)。將兩臺(tái)主機(jī)架設(shè)在已知點(diǎn)，另兩臺(tái)架設(shè)在未知坐標(biāo)的控制點(diǎn)，四臺(tái)主機(jī)均設(shè)為靜態(tài)模式，同時(shí)開機(jī)開始接收衛(wèi)星信號45分鐘以上，然后保持兩臺(tái)新制控制點(diǎn)處的主機(jī)不動(dòng)，將兩臺(tái)已知點(diǎn)處的主機(jī)移至另兩個(gè)未知坐標(biāo)的控制點(diǎn)處，重復(fù)上述步驟。如此循環(huán)反復(fù)地沿線路向后方前進(jìn)，這樣操作是為了使控制點(diǎn)之間總是相互關(guān)聯(lián)的。

2.地形測量

目前的GPS產(chǎn)品配備的手簿有眾多的軟件適用于不同的工程。以“工程之星”軟件為例，地形測量時(shí)主要用軟件中的“直線放樣”功能。首先在手簿中輸入已知的相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)角點(diǎn)的坐標(biāo)，連接成一條直線，這時(shí)在手簿中會(huì)顯示這條直線和當(dāng)前移動(dòng)站相對于直線的位置，顯示的“垂距”表示的是移動(dòng)站距直線的垂直距離和距起點(diǎn)的里程。以330kV線路為例，設(shè)計(jì)單位要求測量距中心線兩側(cè)各25m區(qū)域的地形，為使測量結(jié)果能更加真實(shí)，在實(shí)際測量中可控制在兩側(cè)各30m左右。在直線放樣狀態(tài)下，為了使測點(diǎn)能形成合理的三角網(wǎng)，移動(dòng)站可分三組，一組沿中心線測量，另兩組測量兩側(cè)距中心線15m到30m之間，三組移動(dòng)站均走Z字形前進(jìn)，不斷觀察手簿保證處于測區(qū)范圍，里程每前進(jìn)15米、垂距每移動(dòng)15m可測一點(diǎn)。

移動(dòng)站測量路線方向示意圖 測點(diǎn)形成的三角網(wǎng)示意圖

對于地形變化不大的可略增大測點(diǎn)的間距，對于地形起伏較大的需增加測點(diǎn)的數(shù)量，總之使測量結(jié)果盡可能地描繪出地形變化。

3.GPS RTK測量中常出現(xiàn)的問題及解決方法：

移動(dòng)站正常工作時(shí)手簿中顯示的狀態(tài)應(yīng)為固定解，即基準(zhǔn)站和移動(dòng)站均能正常接收衛(wèi)星信號，并且兩者之間的電臺(tái)連接正常。其他的幾種狀態(tài)為單點(diǎn)解、差分解、浮點(diǎn)解，這些狀態(tài)的測量精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于固定解狀態(tài)，幾種狀態(tài)的精度關(guān)系為固定解>浮點(diǎn)解>單點(diǎn)解；差分解是運(yùn)算過程，不用于測量。

非正常的工作狀態(tài)中，單點(diǎn)解的情況最為常見，即基準(zhǔn)站和移動(dòng)站之間未建立電臺(tái)連接，僅移動(dòng)站接收衛(wèi)星信號獨(dú)立工作，因此稱單點(diǎn)解。此時(shí)的移動(dòng)站就等同于一般的手持GPS，測量精度3到5米。

根據(jù)實(shí)際使用中的經(jīng)驗(yàn)，移動(dòng)站單點(diǎn)解狀態(tài)的成因和解決方法見下表：

故障原因 解決方法

電臺(tái)硬件故障 維修或更換

電臺(tái)頻道改變 移動(dòng)站調(diào)至與電臺(tái)相同頻道

基準(zhǔn)站硬件故障 維修或更換

基準(zhǔn)站斷電 更換電池或蓄電池

基準(zhǔn)站主機(jī)被改變?yōu)橐苿?dòng)站模式 調(diào)回基準(zhǔn)站模式

基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的連接方式不為電臺(tái)連接 兩者均改為電臺(tái)連接

基準(zhǔn)站的模式不為動(dòng)態(tài) 改為動(dòng)態(tài)

移動(dòng)站距離基準(zhǔn)站過遠(yuǎn)或被障礙特遮擋電臺(tái)信號 把基準(zhǔn)站移至更合適的地點(diǎn)，注意每次改變基準(zhǔn)站的位置，必須重新校準(zhǔn)

浮點(diǎn)解的情況一般出現(xiàn)在移動(dòng)站處于樹林等障礙物之中，無法獲得足夠多的衛(wèi)星信號，僅可通過電臺(tái)與基準(zhǔn)站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這種情況通過離開障礙物或移除障礙物來解決。

由于輸電工程是線性工程，測量時(shí)在合適位置架設(shè)GPS基準(zhǔn)站，一般架設(shè)在所測區(qū)域較高的地方。移動(dòng)站的測點(diǎn)之間盡量保證互相構(gòu)成均勻的三角形，以便后期處理數(shù)據(jù)時(shí)在計(jì)算機(jī)中生成三角網(wǎng)和等高線，測量中需要記錄河流、湖泊、懸崖、房屋等障礙物的位置。