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1、GPS -RTK 技术及其在电力线路定线测量中的应用内容介绍 l.实时动态差分 GPS 的最低配置实时动态差分 GPS 的最低配置包括三个部分:基准站。基准站由 GPS 双(单频接收机、 GPS 天线、数据发送电台、天线、电源、脚架等部分 组成。流动站。流动站由 GPS 双(单频接收机、 GPS 天线、数据接收电台、天线、电源、背包、 HUSKY 干控器、对中杆等组成。一支持实时动态差分的软件系统及各项工程测量应用功能基准站接收机设在具有巳知坐标的参考点位匕,连续接收所有可视 GPS 卫星信寸并将测站坐标、观测 值、卫星跟踪状态及接收机工作状态通过数据链发送出去。流动站接收机在跟踪 GPS 卫
2、星信号的问时接收来自基准站的数据,通过 OTF 算法解求载波相位整周模 糊度再通过相对定位模型获取所在点相对基准站的坐标和精度指标。OTF 算法是 RTK 的关键技术, OTF算法很多,不问厂家生产的动态 GPS 接收机使用不问的 OTF 算法。 一般来说,首先,在未知点的近似坐标和协方差的基础匕,确定整周模糊度的搜索空间,在搜索空间内计 算所有可能的模糊度解;然后,通过比较最小方差,选择最可能的解;最后,通过比较最优解和次优解, 决定最后的模糊度解。2. 实时动态差分 GPS 的作业流程和实施不同的测量工程要求不同的作业方法和作业流程,这里就实时动态差分 GPS 作业流程和实施的共性进 行阐
3、述。2.1收集测区的控制点资料任何测量工程进入测区,首先一定要收集测区的控制点资料,包括控制点的坐标、等级、中央于午线、 坐标系及控制点是属常规控制网还是 GPS 控制网,其地形和位置环境是否适合作为动态 GPS 的参考站。 2.2求定测区转换参数DGPS RTK测量是在 WGS-84坐标系中进行眨而各种工程测量和定位是在当地坐标或我国的北京 54坐标匕进行眨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眨而 DGpSRT K是用于实时测量眨要求立即给出当地的坐标,回此,坐标转换工作更显重要。坐标转换的必要条件是:至少 3个以匕的大地点分别有 WGS-84地心坐标、
4、北京 54坐标或当地坐标。 利用步尔莎(Burs 刨模型解求 7个转换参数。 Bursa 模型为:在计算转换参数时,要注意下列几点:l 巳知点最好选在测区四周及中心均匀分布,能有效地控制测区。如果选在测区的一端,应计算出满 足给定的精度和控制的范围,切忌从一端无限制地向另一端外推。2 为了提高精度, 利用最小二乘法选 3个以匕的点求解转换参数。 为了校验转换参数的精度和正确性, 还可以选用几个点不参与计寡而代入公式起校验作用,经过校验满足要求的转换参数认为是可靠的。 3 在不考虑 7个参数中尺度比和旋转参数吐可以现场求定 3个平移参数, 令伽、 6、 q 、 6均为 0即可 . 并可满足一定精
5、度要求的转换参数。2.3参考点的选定和建立参考点的安置是顺利实施动态 GPS 的关键之一。参考点的安置应满足下列条件:l 参考点应有正确的巳知坐标。2参考点应选在地势较高且交通方便 . 天空较为开鼠周围无高度角超过 10o 的障碍物,有利于卫星信 号的接收和数据链发射的位置。3 为防止数据链丢夫以及多路径效应的影响, 周围无 GPS 信号反射物 (大而积水域、 大型建筑物等 , 无高压线、电视台、无线电发射站、微波站等干扰源。4参考点应选在土质坚实、不易破坏的位置。参考点选定后,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 设在原控制点匕,用流
6、动站 GPS 将坐标传过去。2.4工程项目内业设计和参数设置这里以法国 DSNP 公司的实时动态差分的软件系统中 KISS 软件为例,按要求输入下列参数:当地坐 标系(如北京 54坐标系的椭球参数:长半轴和偏心率; 中央于午线龙测区西南角和东北角的大致经 纬度;测区坐标系间的转换参数;如果是施工坐标系,还要输入转到施工坐标系的转换参数;根据 测量工程的要求,可进行室内测线的设计鲫三维物探测量、水下地形测量、电力工程测量中的定线等还 可输入每个放样点的设计坐标,以便野外实时找点和准确放样。2.5野外作业将基准站 GPS 接收机安置在参考点匕,打开接收机, 将 PCMCIA 卡匕设置的参数读入 G
7、PS 接收机, 输入 精确的参考点北京 54坐标和天线良基准站 GPS 接收机通过转换参数将参考点北京 54坐标转换为 WGS-84坐 标,问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 卫星信号的问时,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,再通过与基准站相问的坐标转换参数将 W GS-84转换为北京 54坐标, 并在流动站的 HUSKY 手控器匕实时显示。接收机还可将实时位置与设计值相比较,指导放样。2.6内业数据处理GPS RTK数据处理相对于静态测量要简单。
8、外业测量可以记录实测坐标或记录接收机输出的 NMEA0183格式的数据。DSNP 公司的 KISS 软件具有显示点位、轨迹及放大、缩小和漫游等功能。我们可以根据不问的工程测 量要求,输出不问格式的坐标文本文件。3. 工程实例及数据分析测量专业在电力线路工程终勘阶段要完成三大任务即定线、 平断而测量和定位测量。 其中定线测量要 求根据设计坐标定出转角点、落实设计线路,并根据地形地貌设置一定的直线桩和平断而测量需要的方向 桩。本文以 1999年湖南省内的岗长线超高压输送电力线路的定线放样测量工程为例,介绍 DGPS RTK在该 工程中的应用,并进行部分数据的精度分析。3.1工程概况岗长线 500
9、kV 送电工程, 线路始于湖南常德市郊的岗市 500 kV 的变电站, 止于长沙市郊新建的 500 kV 的双湖变电站,全长 181km。途经常德市的鼎城区、汉寿袅盖阳市的赫山区、资阳区、桃江袅长沙市的宁 乡县、望城县、长沙县、开福区跨越沉水、资水、湘江,地势多为高程 70 m- 100 m的三陵与 30 m- 40m的山地和水日。小山匕密布 Zm-4m 的灌木丛,通视情况较差,用常规全站仪打通全线将而临繁重的砍伐任 务并且难以满足精度要求。这个工程我们是使用法国 Dassault Sercel(简称 DSNP 生广的 SCROPIO 6002 MK/SK动态 GPS 接收机完成的。3.2作业
10、的原则与特点输送电力线路最重要的原则是要保证线路在两个转角点之间(转角段的直线性。两个转角桩之间的 距离一般在 Zkm-15km ,直线桩的设定要根据具体的地形、地物状况和平断而测量的要求综合考虑,两两距 离一般在 80 m- 300 m。按电力规范。以相邻两直线桩中心为基准延伸直线,其偏离直线方向的角度不 应大于 180o 士 l,之规定,平而定位精度应优于士 3 cm,极端情况下,保证士 5 cm的精度。岗长线巳采用 GPS 静态测量技术,沿线布设了主导线点,并精确测得各主导线点的坐标,这为定线测 量提供了设置基准站的便利条件。但是由于主导线之间的距离太长(10 km-15km地势又复杂
11、. 动态 GPS系统的数据链难以顺利传递数据,我们在其间加密或延伸了一部分参考点。直线桩放样时,一般将基准站接收机设立在线路的主导线点或由主导线点引申的参考点上,流动站接 收机向转角点两边的线路依次按设计方位角和具体地形地貌放样直线桩。由于 GPS 流动站的精度是相对于基准站而言眨回而具有一定的相对独立性。为了避免由于起算坐标的 误差影响转角段的直线性,每一个转角段均应由一个固定的基准站测定。直线桩要保证三个点一组,并两 两通视(三点原则,主要目的是保证平断而测量和后续定位及施工测量中部分桩位被破坏后,还能利用 常规方法恢复桩位,问时也便于采用全站仪对 GPS 点位进行现场检核。如果由于地形的
12、限制,无法保证三 个直线桩两两通视,可以加设一定的偏角桩,满足匕述复桩和检核的要求。全站仪的现场检核只须检查三 点之间的相对关系,无须全线联测。具体放样过程中,除了基准站点位精度影响 RTK 放样结果精度外,模糊度解算误差,动态基线解算误 差,坐标系统转换误差, GPS 天线的对中误差等均会影响 RTK 放样结果精度。回而在实际作业过程电搬迁 基准站后,由两个基准站放样测得的问一转角桩可能会有一定的差距(5cm- 15cm ,这个差距不能太大,否 则要检查是否有粗差,这时可以用前一个基准站测得的该转角桩的坐标作为前一个转角段的坐标;后一 个基准站测得的该转角桩的坐标,作为后一个转角段的坐标,这
13、样可以保证各转角段的直线性。岗长线途经三陵地带,存在较为明显的高程异常,直线桩进行水准连测是不现实的。解决的办法是由 相邻的主导线点间的正常高高差和 DGPS RTK 测得的大地高差求出它们的高程异常,然后按直线桩与第一个 主导线点的距离占相邻的主导线点间距离的比例配赋到 GPS 的大地高差匕。另外一个方法是全线采用大地 高高差, RT K动态定位结果中大地高高差的精度可以满足定线要求。3.3定位结果的精度比较及分析以累距为 0 000 km- 44 032 241 km的岗长线为例,转角桩 11个,直线桩 228个,偏角桩 46个, 参考桩 7个。l RTK 足位精度检验。表 1、表 2分别
14、是 GPS RTK仪器所显示的平而点位精度和高程精度的统计表。 表 3对放样点的直线性进行了检验统计。2一致性检验。送电工程定位测量的一致性检验包括:一不问时段的不问卫星组合,进行重复 RT K测量测得问一桩位的坐标较差(见表 4。一问一桩位由不问基准站传算获得的 RTK 结果牧差(见表 5。一用全站仪等其他测量手段获得的坐标与 GPS RTK测得的坐标较差(见表 6。3精度分析。从上述比较来眷 RTK 测量的点位精度可达厘米级,各点位之间不存在误差累积。内符合 精度较好,与全站仪测定结果符合得也较好,满足超高压输送电力线路定线测量的要求。4. 结论DGPS RTK作为一种工程测量手段,随着
15、OTF 技术的成熟巳经被测量界广为接受。根据笔者的体会和总 结:除了定位精度高,操作简单,可提供三维坐标外,还有以下优点:l 实时提供经过检验的成果资料,无需数据后处理。2拥有彼此不通视条件下远距离传递三维坐标的优势,并且不像导线测量那样产生误差累积。3以岗长线送电工程为例在树木较密集、通视条件较差的地【应用 RTK 定线,减少了房屋拆迁量和转 角数量,加快了选线速度,从而大幅度降低了线路的造价费用,提高了工作效盖,并保证了质量。4 RTK的数据链很重要 . 稳健可靠的数据链是 GPS OTF初始化的关键。数据链拉得远,可以减少参考 点的设立和避免频繁转站;数据链稳健, GPS OTF运行的时间会明显减少,可提高工作效率。
