GPS技术在20世纪90年代初期开始在电力工程中应用, 从单频GPS、静态、快速静态到GPS RTK技术的出现, 国内电力工程勘测始终紧跟GPS技术发展的方向。GPS的应用, 使得在数百上千公里的线路上进行大规模的航测外业控制测量成为可能, 从而淘汰了使用长达十几年之久的图解控制技术手段;在厂站测量中, 可以高效和高质量地完成平高控制。
RTK定位技术的崛起, 是GPS定位技术的又一次重大突破, 这项技术的应用使得线路航测的大规模落实路径测量和实时动态定位测量变为现实。RKT应用于杆塔放位时, 可取消传统航测放位中那些依靠体力 (如上树摇旗呐喊、多次反复奔波) 才能完成的串通直线及定线测量、桩间距离与高差测量等数道工序, 而直接对每基塔位进行实时动态的放样测量, 实现了一步法放样定位。这样, 简化了工序, 节省了大量人力、物力, 总工效提高了2～3倍。另外, 由于取消定线测量, 就避免部分地物的拆除和大量树林的砍伐, 保持了生态平衡, 取得了良好的环境效益。GPS技术在电力工程中的应用己比较成熟。
首先收集测区的控制点资料, 包括控制点的坐标、等级、中央子午线、坐标系、是常规控制网还是GPS控制网、控制点的地形和位置环境是否适合作为动态GPS的参考站。
GPSRTK测量是在WGS-84坐标系中进行的, 而电力线路测量定位是在当地坐标或我国的北京54或西安80坐标上进行的。这之间存在坐标转换的问题。GPS静态测量中, 坐标转换是在事后处理时进行的。而GPS RTK是用于实时测量的, 要求给出当地的坐标, 这使得坐标转换工作更显得重要。
坐标转换的必要条件是:至少3个以上的大地点分别有WGS-84地心坐标和北京54坐标或西安80坐标, 利用转换模型解求转换参数。此参数控制线路一般为30km左右:一套转换参数控制一段线路, 以转角为分段点。
参考站的安置是顺利实施动态GPS的关键之一, 参考站的安置要满足下列几点条件。
(1) 参考站应有正确的已知坐标。 (2) 参考站应选在地势较高, 天空较为开阔, 周围无高度角超过10°的障碍物, 有利于卫星信号的接收和数据链发射的位置。 (3) 为防止数据链丢失以及多路径效应的影响, 周围无GPS信号反射物 (大面积水域, 大型建筑物等) , 无高压电线、电视台、无线电发射站、微波站等干扰源。 (4) 参考站应选在土质坚实、不易破坏的位置。参考站选定后, 可以采用GPS布网 (或静态定位) 的方法测定, 在满足精度要求的情况下也可以将基准站GPS设在原控制点上, 用GPS流动站将坐标传过去。
(1) 当地坐标系 (例如北京54坐标系) 的椭球参数:长半轴和扁率倒数。 (2) 中央子午线。 (3) 测区坐标系间的转换参数。
将基准站GPS接收机安置在参考点上。打开接收机, 输入精确的北京54坐标和天线高度, 基准站GPS接收机通过转换参数将北京54坐标转换为WGS-84坐标, 同时连续接收所有可视GPS卫星信号, 并通过数据发射电台将其测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发送出去。流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据, 进行处理后获得流动站的三维WGS-84坐标, 最后再通过与基准站相同的坐标转换参数将WGS-84转为北京54坐标。接收机还可将实时位置与设计值相比较, 指导放样到正确位置。
定线测量, 就是精确测定线路中心线的起点、转角点和终点间各线段 (即在两点之间写出一系列的直线桩) 的工作。由于采用GPS定线不需要点与点之间通视, 而且RTK能实时动态显示当前的位置, 所以施测过程中非常容易控制线路的走向以及其他构筑物的几何关系 (图1) 。
如图2所示, J2、J3为线路的两转角桩, 欲在J 2、J 3之间定出一系列直线桩z 1、Z2、……。
测设的方法如以下几点。
在J2、J3之间架设基准站, 用移动站分别测出转角点J2、J3点的坐标 (如果转角点的坐标已知, 则不必测量, 可直接调用) 。在获取转点的坐标信息后, 将J2、J3坐标信息设置为直线的两点, 然后以该直线作为参考线, 根据现场情况, 在电子手薄中输入测设直线桩的间隔后, 即会生成包含各直线桩点坐标的折线文件。根据折线文件中直线桩的坐标, RTK实时导航指示, 就可测设出直线桩z1、z2、……。
测出沿线路中心线及两边线方向或线路垂直方向的地形起伏特征变化点的高度和距离, 称为断面测量;沿线路中心线施测各点地形变化状态, 称为纵断面测量;沿线路中心的垂直方向施测各点地形变化状态, 称为横断面测量。输电线路的断面测量中, 主要测定地物、地貌特征点的里程和高程, 对高程精度要求不很高, 而且主要测定各特征点与输电线路导线间的相对距离, 因此, 可以用RTK快速测定断面。
断面测量一般与定线测量同时进行, 故不需要另外设置基准站。R T K进行断面测量时, 有两种测量方式。
(1) 有可直接利用数据采集功能, 采集特征点的坐标, 然后在内业数据处理中, 输出断面图。 (2) 可以利用RTK数据处理软件中断面测量功能模块进行断面测量。不同品牌的RTK在性能及使用上有所不同, 功能大同小异。在进行断面测量时, 一般在文件设置中调入断面所依附的线路和纵断面设计文件和断面所依附的线路文件, 在纵断面文件名中调入设计的断面文件, 文件名设置完毕后进入断面测量界面。断面测量界面的状态显示与线路放样显示方式相同。移动仪器, 若当前点的偏离距在设计的偏离阀值范围内时, 可以根据线路的起伏进行纵断面数据采集工作。采集完毕后, 用户可以根据自己的需求把数据格式进行转换, 例如生成普遍使用的纬地断面数据格式。
杆塔定位测量, 是根据线路设计人员在线路平断面图上设计线路杆塔位置测设到已经选定的线路中心线上, 并钉立杆塔位中心桩作为标志的工作。
用RTK测设杆塔位的方法与定线测量类似, 一般在相邻两座杆塔之间架设基准站, 用移动站分别测出直线段两端点的坐标 (如果已经有坐标则可直接调用) 。在获取转点的坐标信息后, 将两端点的坐标信息设置为直线的两点, 然后以该直线作为参考线, 设计图, 在电子手薄中输人测设的杆塔位置与端点之间的间隔后, 即会生成包含各杆塔位桩点坐标的折线文件。根据折线文件中杆塔位桩的坐标, 信RTK实时导航指示, 可测设出各杆塔位桩, 并标定之。
输电线路施工中, 首先要进行塔位复测, 如果遇到线路中心桩丢失的情况, 还需要通过测量来恢复。应用RTK技术, 将使这方面的工作快速、高效。
定位方法如以下几点。
(1) 用移动站分别校验已确定的1、2号桩的位置, 并自动记录在移动站“电子手簿”测量软件中。 (2) 根据线路平断面定位图或杆塔明细表, 可查出3号桩相对于2号桩 (或1号桩) 的相对位置值, 将这些数值输入到测量软件中, 即可得到3号桩的位置。 (3) 通过移动站将自己的当前位置实时传送给测量软件, 软件即可得出移动站当前实际位置偏离3号桩正确位置的偏差, 实时引导移动站定位人员到达3号桩的正确位置, 从而实现定位目的。 (4) 如果是要校验3号桩位, 直接将移动站放在3号桩上, 软件就会给出这个位置与3号桩理论位置的偏差。
如果某个直线段两头转角塔的桩位已确定, 只要用移动站得到两头转角塔桩位的位置, 就可在电子手簿中新建一条线。然后移动站到段内任一直线塔桩位, 就可直观得出该桩位偏离直线的偏差和与已确定桩位的距离。测得的这个距离即可与图纸相比较以校验桩位的正确与否。反过来, 从图纸上查到的距离输入手簿中, 也可方便的在这条线上定出待定的桩位点。
只要用移动站测定转角塔及其前后两基塔的桩位, 用手簿中的软件即可计算出实际转角角度, 与图纸相比即可校验转角偏差。值得说明的是:目前, 在购买RTK产品时, 一般附带了专门针对输电线路测量而开发的软件包, 使用这些专门的测量模块, 将会使RTK测量的操作更加方便。
在输电线路测量中, 应用RTK测量技术, 在实际操作过程中应注意以下几方面的问题。
(1) 实时动态RTK测量时选用的椭球基本参数 (主要几何和物理常数) 必须在同一工程各个阶段保持一致。 (2) 基准站应选择在地势开阔和地面植被稀少, 交通方便, 靠近放样的网点或转角桩上。基准站应以快速静态或静态作业模式测定坐标和高程。 (3) 基准站发射天线安装时, 尽量避开其他无线电干扰源的干扰 (如高压线、通信、电视转播塔、对讲机的发射使用) 和强反射源的干扰。流动站在精确放样数据和采集数据时, 应停止对讲机的使用。
摘要：本文基于笔者多年从事城市勘察测量的相关工作经验, 以RTK技术在城市电力勘测中的应用为研究对象, 探讨了基于GPS RTK技术的电力线路测量作业流程和实施步骤, 全文来源于笔者长期的工作实践, 相信对其他同行有所裨益。
关键词：RTK测量技术,电力线路测量,定线测量
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