張廣紅

摘要 RTK技術(shù)是GPS實(shí)時載波相位差分的簡稱,這是一種將GPS與數(shù)傳技術(shù)相結(jié)合,實(shí)時解算并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,在1～2s內(nèi)得到高精度位置信息的技術(shù)。這種技術(shù)能夠?qū)崟r提供測量點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo),并達(dá)到厘米級精度。本文對RTK在電線路測量中的進(jìn)行了闡述分析。

關(guān)鍵詞 線路測量;RTK;實(shí)施

中圖分類號 TM93 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708(2009)07-0082-02

0 引言

隨著我國電網(wǎng)建設(shè)力度的加大,電網(wǎng)建設(shè)施工企業(yè)所承擔(dān)的施工任務(wù)也在逐年增加,測量任務(wù)越來越多,要求完成的時間越來越短,野外地形條件越來越復(fù)雜,而用常規(guī)儀器作業(yè)根本不能縮短時間,提高效率。架空輸電線路測量工作包括選線測量、定線測量、平斷面測量、交叉跨越測量和定位測量。這些測量工作隨著全球定位系統(tǒng)GPS(Global PositioningSystem)民用技術(shù)和產(chǎn)品的普及,現(xiàn)在可借助GPS技術(shù)更方便、快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行。與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比,GPS測量具有顯著優(yōu)點(diǎn):不受通視的限制、測量的距離遠(yuǎn)、速度快、精度高、操作簡便,因此,可以顯著地提高測量速度、測量精度和生產(chǎn)效率。對于架空輸電線路測量而言,測量人員需當(dāng)場知道測量結(jié)果或精度,實(shí)時動態(tài)測量RTK(Real Time Kine2matic)技術(shù)可以很好的解決這類問題。

1 RTK技術(shù)簡介

GPS的基本定位原理是采用空間被動式測量原理,即在測站上安置GPS用戶接收系統(tǒng),以各種可能的方式接收GPS衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)送的各類信號,由計算機(jī)求解站星關(guān)系和測站的三維坐標(biāo)。

對GPS信號的處理從時間上劃分為實(shí)時處理及后處理。實(shí)時處理就是一邊接收衛(wèi)星信號一邊進(jìn)行計算,獲得目前所處的位置、速度及時間等信息;后處理是指把衛(wèi)星信號記錄在一定的介質(zhì)上,回到室內(nèi)統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。實(shí)時動態(tài)測量RTK(Real-Time Kinematic)技術(shù)就是采用的實(shí)時處理測量技術(shù)。

RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實(shí)時動態(tài)定位技術(shù),它能夠?qū)崟r地提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果,并達(dá)到厘米級精度。在RTK作業(yè)模式下,基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù),還要采集GPS觀測數(shù)據(jù),并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時處理,同時給出厘米級定位結(jié)果,歷時不到1s。流動站可處于靜止?fàn)顟B(tài),也可處于運(yùn)動狀態(tài),可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動態(tài)作業(yè),也可在動態(tài)條件下直接開機(jī),并在動態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知數(shù)解固定后,即可進(jìn)行每個歷元的實(shí)時處理,只要能保持5顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形,則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果。

RTK系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和移動站組成,考慮在野外的作業(yè)方便,移動站的體積和重量盡量減小到最大限度,以達(dá)到輕便實(shí)用的目的。系統(tǒng)的基本組成為2臺及2臺以上的GPS接收機(jī)和天線,相應(yīng)個數(shù)的數(shù)據(jù)通訊電臺(其中1臺用于發(fā)射),與移動站相同的測量控制器或便攜機(jī),用于陸地測量的便攜工具,有水上測量任務(wù)的配備相應(yīng)的設(shè)備,電源設(shè)備,以及動態(tài)測量軟件,水道測量需配備相應(yīng)的水道測量軟件?；鶞?zhǔn)站由GPS接收機(jī)(包括GPS衛(wèi)星接收天線)、數(shù)據(jù)傳輸電臺、通信天線及電源設(shè)備等組成。便攜移動站由GPS接收機(jī)(包括GPS衛(wèi)星接收天線)、數(shù)據(jù)鏈和通信天線、控制器以及便攜工具組成。

2 RTK在架空線路測量中的實(shí)施

2.1 定線測量

定線測量就是精確測定線路中心線的起點(diǎn)、轉(zhuǎn)角點(diǎn)和終點(diǎn)間各線段(即在兩點(diǎn)之間寫出一系列的直線樁)的工作。由于采用GPS定線不需要點(diǎn)與點(diǎn)之間通視,而且RTK能實(shí)時動態(tài)顯示當(dāng)前的位置,所以施測過程中非常容易控制線路的走向以及其他構(gòu)筑物的幾何關(guān)系。如圖1所示,J2、J3為線路的兩轉(zhuǎn)角樁,欲在J2、J3之間定出一系列直線樁Z1、Z2、……

圖1 RTK定線示意圖

測設(shè)的方法是:在J2、J3之間架設(shè)基準(zhǔn)站,用移動站分別測出轉(zhuǎn)角點(diǎn)J2、J3點(diǎn)的坐標(biāo)(如果轉(zhuǎn)角點(diǎn)的坐標(biāo)已知,則不必測量,可直接調(diào)用)。在獲取轉(zhuǎn)點(diǎn)的坐標(biāo)信息后,將J2、J3坐標(biāo)信息設(shè)置為直線的兩點(diǎn),然后以該直線作為參考線,根據(jù)現(xiàn)場情況,在電子手薄中輸入測設(shè)直線樁的間隔后,即會生成包含各直線樁點(diǎn)坐標(biāo)的折線文件。根據(jù)折線文件中直線樁的坐標(biāo),RTK實(shí)時導(dǎo)航指示,就可測設(shè)出直線樁Z1、Z2……

2.2 斷面測量

測出沿線路中心線及兩邊線方向或線路垂直方向的地形起伏特征變化點(diǎn)的高度和距離,稱為斷面測量;沿線路中心線施測各點(diǎn)地形變化狀態(tài),稱為縱斷面測量;沿線路中心的垂直方向施測各點(diǎn)地形變化狀態(tài),稱為橫斷面測量。架空輸電線路的斷面測量中,主要測定地物、地貌特征點(diǎn)的里程和高程,對高程精度要求不高,而且主要測定各特征點(diǎn)與輸電線路導(dǎo)線間的相對距離,因此,可以用RTK快速測定斷面。斷面測量一般與定線測量同時進(jìn)行,故不需要另外設(shè)置基準(zhǔn)站。RTK進(jìn)行斷面測量時,有兩種測量方式:

1)可直接利用數(shù)據(jù)采集功能,采集特征點(diǎn)的坐標(biāo),然后在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理中輸出斷面圖。

2)可以利用RTK數(shù)據(jù)處理軟件中斷面測量功能模塊進(jìn)行斷面測量。不同品牌的RTK在性能及使用上有所不同,功能大同小異。在進(jìn)行斷面測量時,一般在文件設(shè)置中調(diào)入斷面所依附的圖1 RTK定線示意圖線路和縱斷面設(shè)計文件和斷面所依附的線路文件,在縱斷面文件名中調(diào)入設(shè)計的斷面文件,文件名設(shè)置完畢后進(jìn)入斷面測量界面。斷面測量界面的狀態(tài)顯示與線路放樣顯示方式相同。移動儀器,若當(dāng)前點(diǎn)的偏離距在設(shè)計的偏離閥值范圍內(nèi)時,可以根據(jù)線路的起伏進(jìn)行縱斷面數(shù)據(jù)采集工作。采集完畢后,用戶可以根據(jù)自己的需求把數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換,例如生成普遍使用的緯地斷面數(shù)據(jù)格式。

2.3 桿塔定位測量

桿塔定位測量是根據(jù)線路設(shè)計人員在線路平斷面圖上設(shè)計線路桿塔位置測設(shè)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(biāo)志的工作。

用RTK測設(shè)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(shè)基準(zhǔn)站,用移動站分別測出直線段兩端點(diǎn)的坐標(biāo)(如果已經(jīng)有坐標(biāo)則可直接調(diào)用)。在獲取轉(zhuǎn)點(diǎn)的坐標(biāo)信息后,將兩端點(diǎn)的坐標(biāo)信息設(shè)置為直線的兩點(diǎn),然后以該直線作為參考線,設(shè)計圖,在電子手薄中輸入測設(shè)的桿塔位置與端點(diǎn)之間的間隔后,即會生成包含各桿塔位樁點(diǎn)坐標(biāo)的折線文件。根據(jù)折線文件中桿塔位樁的坐標(biāo),信RTK實(shí)時導(dǎo)航指示可測設(shè)出各桿塔位樁并標(biāo)定之。

2.4 桿塔施工測量

輸電線路施工中,首先要進(jìn)行塔位復(fù)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(fù)。應(yīng)用RTK技術(shù),將使這方面的工作快速、高效。

1)從2個已確定的相鄰樁位校驗(yàn)或?qū)ふ?定位)第3個樁位,如圖2所示,定位方法是:

(1)用移動站分別校驗(yàn)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(xì)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(dāng)前位置實(shí)時傳送給測量軟件,軟件即可得出移動站當(dāng)前實(shí)際位置偏離3號樁正確位置的偏差實(shí)時引導(dǎo)移動站定位人員到達(dá)3號樁的正確位置,從而實(shí)現(xiàn)定位目的。

(4)如果是要校驗(yàn)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)在直線段內(nèi)快速校驗(yàn)或定位各直線塔樁位

如果某個直線段兩頭轉(zhuǎn)角塔的樁位已確定,只要用移動站得到兩頭轉(zhuǎn)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(nèi)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(yàn)樁位的正確與否。反之,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(diǎn)。

3)校驗(yàn)轉(zhuǎn)角塔的轉(zhuǎn)角偏差

只要用移動站測定轉(zhuǎn)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(shí)際轉(zhuǎn)角角度,與圖紙相比即可校驗(yàn)轉(zhuǎn)角偏差。

3 RTK在實(shí)施時應(yīng)注意的問題

在架空輸電線路測量中,應(yīng)用RTK測量技術(shù),在實(shí)際操作過程中應(yīng)注意以下幾方面的問題:

1)實(shí)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(zhǔn)站應(yīng)選擇在地勢開闊和地面植被稀少、交通方便、靠近放樣的網(wǎng)點(diǎn)或轉(zhuǎn)角樁上?；鶞?zhǔn)站應(yīng)以快速靜態(tài)或靜態(tài)作業(yè)模式測定坐標(biāo)和高程。

3)基準(zhǔn)站發(fā)射天線安裝時,盡量避開其他無線電干擾源的干擾(如高壓線、通信、電視轉(zhuǎn)播塔、對講機(jī)的發(fā)射使用)和強(qiáng)反射源的干擾。流動站在精確放樣數(shù)據(jù)和采集數(shù)據(jù)時,應(yīng)停止對講機(jī)的使用。

4)進(jìn)行RTK測量,同步觀測衛(wèi)星數(shù)不少于5顆,顯示的坐標(biāo)和高程精度指標(biāo)應(yīng)在±30mm范圍內(nèi)。放樣塔位樁坐標(biāo)值宜事先輸入接收機(jī)控制器(電子手薄)中并認(rèn)真校對。當(dāng)放樣顯示的坐標(biāo)值與輸入值差值在±15mm以內(nèi)時,即可確定塔位樁,并應(yīng)記錄實(shí)測數(shù)據(jù)、樁號和儀器高。

5)當(dāng)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(diǎn)上(如轉(zhuǎn)角樁、直線樁等GPS點(diǎn)上)。當(dāng)無己知點(diǎn)時,必須利用已放樣的塔位樁做重復(fù)測量并檢查其精度。

6)同一耐張段內(nèi)的直線樁、塔位樁宜采用同一基準(zhǔn)站進(jìn)行RTK放樣。當(dāng)更換基準(zhǔn)站時,應(yīng)對上一基準(zhǔn)站放樣的直線樁(或桿塔位樁)和轉(zhuǎn)角塔位樁進(jìn)行重復(fù)測量(主要就是復(fù)測轉(zhuǎn)角樁和轉(zhuǎn)角后樁目的就是要準(zhǔn)確地計算出此轉(zhuǎn)角的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)角度數(shù))。兩次測量的坐標(biāo)較差應(yīng)小于±0.07m。高程較差應(yīng)小于±0.1m。

4 結(jié)論

通過以上分析,GPS RTK技術(shù)不僅能達(dá)到較高的定位精度,而且在線路測量的各個方面具有明顯的優(yōu)勢,因此GPS RTK技術(shù)在線路工程測量領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

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