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摘要:本文简单介绍了GPS RTK的工作原理，分析了GPS RTK的作业流程,针对大庆油田电力线路分布情况重点探讨了RTK在电力线路勘测中的应用,并给出了实际工作中应当注意的问题,供应用GPS RTK技术进行电力线路勘测进行参考。
关键词:GPS RTK技术；电力线路勘测；参考站；流动站；WGS-84地心坐标系；转换参数
0引言
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。
大庆油田地广人疏，居民区分布不集中，跨度很大，电力线路分布情况不均匀，随着近年来，油田建设的快速发展，电力线路动迁及新建等工程的不断增多，电力线路勘测难度越来越大，RTK技术以其在电力线路勘测中具备的灵活、快速、省时、省力及精度高等优点,广泛应用在大庆油田电力线路勘测工作中，大大地提高了工作效率。
1 GPS RTK的工作原理及作业流程
1.1GPS RTK的工作原理
GPS RTK技术是基于载波观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测量点在指定坐标系中的3维坐标(x,y,z),并能够达到厘米级的精度。
RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于载体（称为流动站）上，基准站和流动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的流动站精化其GPS观测值，从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。1.2 GPS RTK的作业流程
1.2.1收集测区的控制点资料
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。
1.2.2求定测区转换参数
GPS RTK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。由于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。
大庆油田现在使用的是西安80坐标系统，在进行坐标转换时要求至少3个以上的大地点分别有WGS-84地心坐标和西安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。
1.2.3参考站的选定和建立
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度的障碍物,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。
1.2.4工程项目内业设计和参数设置
(1)大庆油田所使用的西安80坐标的椭球参数:
长半轴a=6378140±5（m）
短半轴b=6356755.2882（m）
扁 率α=1/298.257
(2)大庆油田中央子午线为3度带126度。
(3)测区坐标系间的转换参数。
1.2.5野外作业
将基准站GPS接收机安置在参考点上．打开接收机,输入精确的西安80坐标和天线高度,基准站GPS接收机通过转换参数将西安80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转为西安80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。
2 GPS RTK 技术在电力线路勘测中的应用
2.1杆塔定位测量
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類似,一般在相邻两耐张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。
2.2杆塔施工测量
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。
2.2.1从2个已确定的相邻桩位校验或定位第3个桩位
如图1所示,定位方法如下。
图1RTK验桩示意图
(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。
2.2.2在直线段内快速校验或定位各直线塔桩位
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。
2.2.3校验转角塔的转角偏差
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。
3 RTK在实施时应注意的问题
在电力线路勘测中,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)基准站的选择应符合作业流程中的几点要求。
(3)进行RTK测量,同步观测卫星数不少于5颗,显示的坐标和高程精度指标应在±30mm范围内。放样塔位桩坐标值宜事先输入接收机控制器(电子手薄)中并认真校对。当放样显示的坐标值与输入值差值在±15mm以内时,即可确定塔位桩,并应记录实测数据、桩号和仪器高。
(4)当放样距离超过3km时,宜将3km左右处的塔位桩附合到已知控制点上(如转角桩、直线桩等GPS点上)。当无已知点时,必须利用已放样的塔位桩做重复测量并检查其精度。
(5)同一段内的直线桩、塔位桩宜采用同一基准站进行RTK放样。当更换基准站时,应对上一基准站放样的直线桩(或塔位桩)进行重复测量。两次测量的坐标较差应小于±0.07m。高程较差应小于±0.1m
4结束语
GPS RTK技术因高效率、灵活、误差不积累及厘米级的高精度越来越受到测绘人员的青睐。RTK高程精度低于平面精度,而电力线路勘测对高程的精度要求较低。因此,RTK技术用来进行大庆油田电力线路勘测是目前较为理想的方法。
[参考文献]
[1] 雷志. GPS在架空送电线路测量中的应用研究[J].信息科技,2010,254-255
[2] 雷喜才. GPS RTK技术在工程测量中的应用[J]. 测绘与空间地理信息，2010，135-136
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:GPS RTK技术；电力线路勘测；参考站；流动站；WGS-84地心坐标系；转换参数
0引言
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。
大庆油田地广人疏，居民区分布不集中，跨度很大，电力线路分布情况不均匀，随着近年来，油田建设的快速发展，电力线路动迁及新建等工程的不断增多，电力线路勘测难度越来越大，RTK技术以其在电力线路勘测中具备的灵活、快速、省时、省力及精度高等优点,广泛应用在大庆油田电力线路勘测工作中，大大地提高了工作效率。
1 GPS RTK的工作原理及作业流程
1.1GPS RTK的工作原理
GPS RTK技术是基于载波观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测量点在指定坐标系中的3维坐标(x,y,z),并能够达到厘米级的精度。
RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于载体（称为流动站）上，基准站和流动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的流动站精化其GPS观测值，从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。1.2 GPS RTK的作业流程
1.2.1收集测区的控制点资料
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。
1.2.2求定测区转换参数
GPS RTK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。由于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。
大庆油田现在使用的是西安80坐标系统，在进行坐标转换时要求至少3个以上的大地点分别有WGS-84地心坐标和西安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。
1.2.3参考站的选定和建立
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度的障碍物,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。
1.2.4工程项目内业设计和参数设置
(1)大庆油田所使用的西安80坐标的椭球参数:
长半轴a=6378140±5（m）
短半轴b=6356755.2882（m）
扁 率α=1/298.257
(2)大庆油田中央子午线为3度带126度。
(3)测区坐标系间的转换参数。
1.2.5野外作业
将基准站GPS接收机安置在参考点上．打开接收机,输入精确的西安80坐标和天线高度,基准站GPS接收机通过转换参数将西安80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转为西安80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。
2 GPS RTK 技术在电力线路勘测中的应用
2.1杆塔定位测量
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類似,一般在相邻两耐张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。
2.2杆塔施工测量
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。
2.2.1从2个已确定的相邻桩位校验或定位第3个桩位
如图1所示,定位方法如下。
图1RTK验桩示意图
(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。
2.2.2在直线段内快速校验或定位各直线塔桩位
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。
2.2.3校验转角塔的转角偏差
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。
3 RTK在实施时应注意的问题
在电力线路勘测中,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)基准站的选择应符合作业流程中的几点要求。
(3)进行RTK测量,同步观测卫星数不少于5颗,显示的坐标和高程精度指标应在±30mm范围内。放样塔位桩坐标值宜事先输入接收机控制器(电子手薄)中并认真校对。当放样显示的坐标值与输入值差值在±15mm以内时,即可确定塔位桩,并应记录实测数据、桩号和仪器高。
(4)当放样距离超过3km时,宜将3km左右处的塔位桩附合到已知控制点上(如转角桩、直线桩等GPS点上)。当无已知点时,必须利用已放样的塔位桩做重复测量并检查其精度。
(5)同一段内的直线桩、塔位桩宜采用同一基准站进行RTK放样。当更换基准站时,应对上一基准站放样的直线桩(或塔位桩)进行重复测量。两次测量的坐标较差应小于±0.07m。高程较差应小于±0.1m
4结束语
GPS RTK技术因高效率、灵活、误差不积累及厘米级的高精度越来越受到测绘人员的青睐。RTK高程精度低于平面精度,而电力线路勘测对高程的精度要求较低。因此,RTK技术用来进行大庆油田电力线路勘测是目前较为理想的方法。
[参考文献]
[1] 雷志. GPS在架空送电线路测量中的应用研究[J].信息科技,2010,254-255
[2] 雷喜才. GPS RTK技术在工程测量中的应用[J]. 测绘与空间地理信息，2010，135-136
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。