GPS RTK 技術在大慶油田電力線路勘測中應用

郝佳文

摘要:本文簡單介紹了GPS RTK的工作原理，分析了GPS RTK的作業流程,針對大慶油田電力線路分布情況重點探討了RTK在電力線路勘測中的應用,并給出了實際工作中應當注意的問題,供應用GPS RTK技術進行電力線路勘測進行參考。

關鍵詞:GPS RTK技術；電力線路勘測；參考站；流動站；WGS-84地心坐標系；轉換參數

0引言

GPS技術在20世紀90年代初期開始在電力工程中應用,從單頻GPS、靜態、快速靜態到GPS RTK技術的出現,國內電力工程勘測始終緊跟GPS技術發展的方向。

大慶油田地廣人疏，居民區分布不集中，跨度很大，電力線路分布情況不均勻，隨著近年來，油田建設的快速發展，電力線路動遷及新建等工程的不斷增多，電力線路勘測難度越來越大，RTK技術以其在電力線路勘測中具備的靈活、快速、省時、省力及精度高等優點,廣泛應用在大慶油田電力線路勘測工作中，大大地提高了工作效率。

1 GPS RTK的工作原理及作業流程

1.1GPS RTK的工作原理

GPS RTK技術是基于載波觀測值的實時動態定位技術,它能夠實時地提供測量點在指定坐標系中的3維坐標(x,y,z),并能夠達到厘米級的精度。

RTK的工作原理是將一臺接收機置于基準站上，另一臺或幾臺接收機置于載體（稱為流動站）上，基準站和流動站同時接收同一時間、同一GPS衛星發射的信號，基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得到GPS差分改正值。然后將這個改正值通過無線電數據鏈電臺及時傳遞給共視衛星的流動站精化其GPS觀測值，從而得到經差分改正后流動站較準確的實時位置。1.2 GPS RTK的作業流程

1.2.1收集測區的控制點資料

首先收集測區的控制點資料,包括控制點的坐標、等級、中央子午線、坐標系、是常規控制網還是GPS控制網、控制點的地形和位置環境是否適合作為動態GPS的參考站。

1.2.2求定測區轉換參數

GPS RTK測量是在WGS-84坐標系中進行的,而電力線路測量定位是在當地坐標或我國的北京54或西安80坐標上進行的。這之間存在坐標轉換的問題。由于GPS RTK是用于實時測量的,要求給出當地的坐標,這使得坐標轉換工作更顯得重要。

大慶油田現在使用的是西安80坐標系統，在進行坐標轉換時要求至少3個以上的大地點分別有WGS-84地心坐標和西安80坐標,利用轉換模型解求轉換參數。此參數控制線路一般為30km左右:一套轉換參數控制一段線路,以轉角為分段點。

1.2.3參考站的選定和建立

參考站的安置是順利實施動態GPS的關鍵之一,參考站的安置要滿足下列條件:

(1)參考站應有正確的已知坐標。

(2)參考站應選在地勢較高,天空較為開闊,周圍無高度角超過10度的障礙物,有利于衛星信號的接收和數據鏈發射的位置。

(3)為防止數據鏈丟失以及多路徑效應的影響,周圍無GPS信號反射物(大面積水域,大型建筑物等),無高壓電線、電視臺、無線電發射站、微波站等干擾源。

(4)參考站應選在土質堅實、不易破壞的位置。參考站選定后,可以采用GPS布網(或靜態定位)的方法測定,在滿足精度要求的情況下也可以將基準站GPS設在原控制點上,用GPS流動站將坐標傳過去。

1.2.4工程項目內業設計和參數設置

(1)大慶油田所使用的西安80坐標的橢球參數:

長半軸a=6378140±5（m）

短半軸b=6356755.2882（m）

扁 率α=1/298.257

(2)大慶油田中央子午線為3度帶126度。

(3)測區坐標系間的轉換參數。

1.2.5野外作業

將基準站GPS接收機安置在參考點上．打開接收機,輸入精確的西安80坐標和天線高度,基準站GPS接收機通過轉換參數將西安80坐標轉換為WGS-84坐標,同時連續接收所有可視GPS衛星信號,并通過數據發射電臺將其測站坐標、觀測值、衛星跟蹤狀態及接收機工作狀態發送出去。流動站接收機在跟蹤GPS衛星信號的同時接收來自基準站的數據,進行處理后獲得流動站的三維WGS-84坐標,最后再通過與基準站相同的坐標轉換參數將WGS -84轉為西安80坐標。接收機還可將實時位置與設計值相比較,指導放樣到正確位置。

2 GPS RTK 技術在電力線路勘測中的應用

2.1桿塔定位測量

桿塔定位測量,是根據線路設計人員在線路平斷面圖上設計線路桿塔位置測設到已經選定的線路中心線上,并釘立桿塔位中心樁作為標志的工作。

用RTK測設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基準站,用移動站分別測出直線段兩端點的坐標(如果已經有坐標則可直接調用)。在獲取轉點的坐標信息后,將兩端點的坐標信息設置為直線的兩點,然后以該直線作為參考線,設計圖,在電子手薄中輸人測設的桿塔位置與端點之間的間隔后,即會生成包含各桿塔位樁點坐標的折線文件。根據折線文件中桿塔位樁的坐標,信RTK實時導航指示,可測設出各桿塔位樁,并標定之。

2.2桿塔施工測量

輸電線路施工中,首先要進行塔位復測,如果遇到線路中心樁丟失的情況,還需要通過測量來恢復。應用RTK技術,將使這方面的工作快速、高效。

2.2.1從2個已確定的相鄰樁位校驗或定位第3個樁位

如圖1所示,定位方法如下。

圖1RTK驗樁示意圖

(1)用移動站分別校驗已確定的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)根據線路平斷面定位圖或桿塔明細表,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前位置實時傳送給測量軟件,軟件即可得出移動站當前實際位置偏離3號樁正確位置的偏差,實時引導移動站定位人員到達3號樁的正確位置,從而實現定位目的。

(4)如果是要校驗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。

2.2.2在直線段內快速校驗或定位各直線塔樁位

如果某個直線段兩頭轉角塔的樁位已確定,只要用移動站得到兩頭轉角塔樁位的位置,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樁位的正確與否。反過來,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。

2.2.3校驗轉角塔的轉角偏差

只要用移動站測定轉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際轉角角度,與圖紙相比即可校驗轉角偏差。值得說明的是:目前,在購買RTK產品時,一般附帶了專門針對輸電線路測量而開發的軟件包,使用這些專門的測量模塊,將會使RTK測量的操作更加方便。

3 RTK在實施時應注意的問題

在電力線路勘測中,應用RTK測量技術,在實際操作過程中應注意以下幾方面的問題。

(1)實時動態RTK測量時選用的橢球基本參數(主要幾何和物理常數)必須在同一工程各個階段保持一致。

(2)基準站的選擇應符合作業流程中的幾點要求。

(3)進行RTK測量,同步觀測衛星數不少于5顆,顯示的坐標和高程精度指標應在±30mm范圍內。放樣塔位樁坐標值宜事先輸入接收機控制器(電子手薄)中并認真校對。當放樣顯示的坐標值與輸入值差值在±15mm以內時,即可確定塔位樁,并應記錄實測數據、樁號和儀器高。

(4)當放樣距離超過3km時,宜將3km左右處的塔位樁附合到已知控制點上(如轉角樁、直線樁等GPS點上)。當無已知點時,必須利用已放樣的塔位樁做重復測量并檢查其精度。

(5)同一段內的直線樁、塔位樁宜采用同一基準站進行RTK放樣。當更換基準站時,應對上一基準站放樣的直線樁(或塔位樁)進行重復測量。兩次測量的坐標較差應小于±0.07m。高程較差應小于±0.1m

4結束語

GPS RTK技術因高效率、靈活、誤差不積累及厘米級的高精度越來越受到測繪人員的青睞。RTK高程精度低于平面精度,而電力線路勘測對高程的精度要求較低。因此,RTK技術用來進行大慶油田電力線路勘測是目前較為理想的方法。

[參考文獻]

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[2] 雷喜才. GPS RTK技術在工程測量中的應用[J]. 測繪與空間地理信息，2010，135-136

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。