1、-. zGPS -RTK 技術(shù)及其在電力線路定線測量中的應(yīng)用容介紹 l.實(shí)時動態(tài)差分 GPS 的最低配置實(shí)時動態(tài)差分 GPS 的最低配置包括三個局部:基準(zhǔn)站?；鶞?zhǔn)站由 GPS 雙(單頻接收機(jī)、 GPS 天線、數(shù)據(jù)發(fā)送電臺、天線、電源、腳架等局部 組成。流動站。流動站由 GPS 雙(單頻接收機(jī)、 GPS 天線、數(shù)據(jù)接收電臺、天線、電源、背包、 HUSKY 干控器、對中桿等組成。一支持實(shí)時動態(tài)差分的軟件系統(tǒng)及各項(xiàng)工程測量應(yīng)用功能基準(zhǔn)站接收機(jī)設(shè)在具有巳知坐標(biāo)的參考點(diǎn)位匕,連續(xù)接收所有可視 GPS 衛(wèi)星信寸并將測站坐標(biāo)、觀測 值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機(jī)工作狀態(tài)通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送出去。流動站接收機(jī)在跟蹤 GP

2、S 衛(wèi)星信號的問時接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù),通過 OTF 算法解求載波相位整周模 糊度再通過相對定位模型獲取所在點(diǎn)相對基準(zhǔn)站的坐標(biāo)和精度指標(biāo)。OTF 算法是 RTK 的關(guān)鍵技術(shù), OTF算法很多,不問廠家生產(chǎn)的動態(tài) GPS 接收機(jī)使用不問的 OTF 算法。 一般來說,首先,在未知點(diǎn)的近似坐標(biāo)和協(xié)方差的根底匕,確定整周模糊度的搜索空間,在搜索空間計(jì) 算所有可能的模糊度解;然后,通過比擬最小方差,選擇最可能的解;最后,通過比擬最優(yōu)解和次優(yōu)解, 決定最后的模糊度解。2. 實(shí)時動態(tài)差分 GPS 的作業(yè)流程和實(shí)施不同的測量工程要求不同的作業(yè)方法和作業(yè)流程,這里就實(shí)時動態(tài)差分 GPS 作業(yè)流程和實(shí)施的共性進(jìn)

3、行闡述。2.1收集測區(qū)的控制點(diǎn)資料任何測量工程進(jìn)入測區(qū),首先一定要收集測區(qū)的控制點(diǎn)資料,包括控制點(diǎn)的坐標(biāo)、等級、中央于午線、 坐標(biāo)系及控制點(diǎn)是屬常規(guī)控制網(wǎng)還是 GPS 控制網(wǎng),其地形和位置環(huán)境是否適合作為動態(tài) GPS 的參考站。 2.2求定測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)DGPS RTK測量是在 WGS-84坐標(biāo)系中進(jìn)展眨而各種工程測量和定位是在當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)或我國的 54坐標(biāo)匕進(jìn)展眨這之間存在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問題。 GPS 靜態(tài)測量中,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是在事后處理時進(jìn)展眨而 DGpSRT K是用于實(shí)時測量眨要求立即給出當(dāng)?shù)氐淖鴺?biāo),回此,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作更顯重要。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的必要條件是:至少 3個以匕的點(diǎn)分別有 WGS-84地心坐標(biāo)、 5

4、4坐標(biāo)或當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)。 利用步爾莎(Burs 刨模型解求 7個轉(zhuǎn)換參數(shù)。 Bursa 模型為:在計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)時,要注意以下幾點(diǎn):l 巳知點(diǎn)最好選在測區(qū)四周及中心均勻分布,能有效地控制測區(qū)。如果選在測區(qū)的一端,應(yīng)計(jì)算出滿 足給定的精度和控制的圍,切忌從一端無限制地向另一端外推。2 為了提高精度, 利用最小二乘法選 3個以匕的點(diǎn)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。 為了校驗(yàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度和正確性, 還可以選用幾個點(diǎn)不參與計(jì)寡而代入公式起校驗(yàn)作用,經(jīng)過校驗(yàn)滿足要求的轉(zhuǎn)換參數(shù)認(rèn)為是可靠的。 3 在不考慮 7個參數(shù)中尺度比和旋轉(zhuǎn)參數(shù)吐可以現(xiàn)場求定 3個平移參數(shù), 令伽、 6、 q 、 6均為 0即可 . 并可滿足一定精度要求的轉(zhuǎn)

5、換參數(shù)。2.3參考點(diǎn)的選定和建立參考點(diǎn)的安置是順利實(shí)施動態(tài) GPS 的關(guān)鍵之一。參考點(diǎn)的安置應(yīng)滿足以下條件:l 參考點(diǎn)應(yīng)有正確的巳知坐標(biāo)。2參考點(diǎn)應(yīng)選在地勢較高且交通方便 . 天空較為開鼠周圍無高度角超過 10o 的障礙物,有利于衛(wèi)星信 號的接收和數(shù)據(jù)鏈發(fā)射的位置。3 為防止數(shù)據(jù)鏈丟夫以及多路徑效應(yīng)的影響, 周圍無 GPS 信號反射物 (大而積水域、 大型建筑物等 , 無高壓線、電視臺、無線電發(fā)射站、微波站等干擾源。4參考點(diǎn)應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、不易破壞的位置。參考點(diǎn)選定后,可以采用 GPS 布網(wǎng)(或靜態(tài)定位的方法測定。在滿足精度要求的情況下,也可以將 基準(zhǔn)站 GPS 設(shè)在原控制點(diǎn)匕,用流動站 GP

6、S 將坐標(biāo)傳過去。2.4工程工程業(yè)設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)置這里以法國 DSNP 公司的實(shí)時動態(tài)差分的軟件系統(tǒng)中 KISS 軟件為例,按要求輸入以下參數(shù):當(dāng)?shù)刈?標(biāo)系(如 54坐標(biāo)系的橢球參數(shù):長半軸和偏心率; 中央于午線龍測區(qū)西南角和東北角的大致經(jīng) 緯度;測區(qū)坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換參數(shù);如果是施工坐標(biāo)系,還要輸入轉(zhuǎn)到施工坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù);根據(jù) 測量工程的要求,可進(jìn)展室測線的設(shè)計(jì)鯽三維物探測量、水下地形測量、電力工程測量中的定線等還 可輸入每個放樣點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo),以便野外實(shí)時找點(diǎn)和準(zhǔn)確放樣。2.5野外作業(yè)將基準(zhǔn)站 GPS 接收機(jī)安置在參考點(diǎn)匕,翻開接收機(jī), 將 PCMCIA 卡匕設(shè)置的參數(shù)讀入 GPS 接收機(jī), 輸

7、入 準(zhǔn)確的參考點(diǎn) 54坐標(biāo)和天線良基準(zhǔn)站 GPS 接收機(jī)通過轉(zhuǎn)換參數(shù)將參考點(diǎn) 54坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為 WGS-84坐 標(biāo),問時連續(xù)接收所有可視 GPS 衛(wèi)星信號,并通過數(shù)據(jù)發(fā)射電臺將其測站坐標(biāo)、觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及 接收機(jī)工作狀態(tài)發(fā)送出去。流動站接收機(jī)在跟蹤 GPS 衛(wèi)星信號的問時,接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù),進(jìn)展處理 后獲得流動站的三維 WGS-84坐標(biāo),再通過與基準(zhǔn)站相問的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)將 W GS-84轉(zhuǎn)換為 54坐標(biāo), 并在流動站的 HUSKY 手控器匕實(shí)時顯示。接收機(jī)還可將實(shí)時位置與設(shè)計(jì)值相比擬,指導(dǎo)放樣。2.6業(yè)數(shù)據(jù)處理GPS RTK數(shù)據(jù)處理相對于靜態(tài)測量要簡單。外業(yè)測量可以記錄實(shí)測坐標(biāo)或記錄接

8、收機(jī)輸出的 NMEA0183格式的數(shù)據(jù)。DSNP 公司的 KISS 軟件具有顯示點(diǎn)位、軌跡及放大、縮小和漫游等功能。我們可以根據(jù)不問的工程測 量要求,輸出不問格式的坐標(biāo)文本文件。3. 工程實(shí)例及數(shù)據(jù)分析測量專業(yè)在電力線路工程終勘階段要完成三大任務(wù)即定線、 平斷而測量和定位測量。 其中定線測量要 求根據(jù)設(shè)計(jì)坐標(biāo)定出轉(zhuǎn)角點(diǎn)、落實(shí)設(shè)計(jì)線路,并根據(jù)地形地貌設(shè)置一定的直線樁和平斷而測量需要的方向 樁。本文以 1999年省的崗長線超高壓輸送電力線路的定線放樣測量工程為例,介紹 DGPS RTK在該 工程中的應(yīng)用,并進(jìn)展局部數(shù)據(jù)的精度分析。3.1工程概況崗長線 500 kV 送電工程, 線路始于市郊的崗市

9、500 kV 的變電站, 止于市郊新建的 500 kV 的雙湖變電站,全長 181km。途經(jīng)市的鼎城區(qū)、漢壽裊蓋陽市的赫山區(qū)、資陽區(qū)、桃江裊市的寧 鄉(xiāng)縣、望城縣、縣、開福區(qū)跨越沉水、資水、湘江,地勢多為高程 70 m- 100 m的三陵與 30 m- 40m的山地和水日。小山匕密布 Zm-4m 的灌木叢,通視情況較差,用常規(guī)全站儀打通全線將而臨繁重的砍伐任 務(wù)并且難以滿足精度要求。這個工程我們是使用法國 Dassault Sercel(簡稱 DSNP 生廣的 SCROPIO 6002 MK/SK動態(tài) GPS 接收機(jī)完成的。3.2作業(yè)的原則與特點(diǎn)輸送電力線路最重要的原則是要保證線路在兩個轉(zhuǎn)角點(diǎn)之

10、間(轉(zhuǎn)角段的直線性。兩個轉(zhuǎn)角樁之間的 距離一般在 Zkm-15km ,直線樁的設(shè)定要根據(jù)具體的地形、地物狀況和平斷而測量的要求綜合考慮,兩兩距 離一般在 80 m- 300 m。按電力規(guī)。以相鄰兩直線樁中心為基準(zhǔn)延伸直線,其偏離直線方向的角度不 應(yīng)大于 180o 士 l,之規(guī)定,平而定位精度應(yīng)優(yōu)于士 3 cm,極端情況下,保證士 5 cm的精度。崗長線巳采用 GPS 靜態(tài)測量技術(shù),沿線布設(shè)了主導(dǎo)線點(diǎn),并準(zhǔn)確測得各主導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo),這為定線測 量提供了設(shè)置基準(zhǔn)站的便利條件。但是由于主導(dǎo)線之間的距離太長(10 km-15km地勢又復(fù)雜 . 動態(tài) GPS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈難以順利傳遞數(shù)據(jù),我們在其間加密或延

11、伸了一局部參考點(diǎn)。直線樁放樣時,一般將基準(zhǔn)站接收機(jī)設(shè)立在線路的主導(dǎo)線點(diǎn)或由主導(dǎo)線點(diǎn)引申的參考點(diǎn)上,流動站接 收機(jī)向轉(zhuǎn)角點(diǎn)兩邊的線路依次按設(shè)計(jì)方位角和具體地形地貌放樣直線樁。由于 GPS 流動站的精度是相對于基準(zhǔn)站而言?；囟哂幸欢ǖ南鄬Κ?dú)立性。為了防止由于起算坐標(biāo)的 誤差影響轉(zhuǎn)角段的直線性,每一個轉(zhuǎn)角段均應(yīng)由一個固定的基準(zhǔn)站測定。直線樁要保證三個點(diǎn)一組,并兩 兩通視(三點(diǎn)原則,主要目的是保證平斷而測量和后續(xù)定位及施工測量中局部樁位被破壞后,還能利用 常規(guī)方法恢復(fù)樁位,問時也便于采用全站儀對 GPS 點(diǎn)位進(jìn)展現(xiàn)場檢核。如果由于地形的限制,無法保證三 個直線樁兩兩通視,可以加設(shè)一定的偏角樁,滿足匕

12、述復(fù)樁和檢核的要求。全站儀的現(xiàn)場檢核只須檢查三 點(diǎn)之間的相對關(guān)系,無須全線聯(lián)測。具體放樣過程中,除了基準(zhǔn)站點(diǎn)位精度影響 RTK 放樣結(jié)果精度外,模糊度解算誤差,動態(tài)基線解算誤 差,坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換誤差, GPS 天線的對中誤差等均會影響 RTK 放樣結(jié)果精度?；囟趯?shí)際作業(yè)過程電搬遷 基準(zhǔn)站后,由兩個基準(zhǔn)站放樣測得的問一轉(zhuǎn)角樁可能會有一定的差距(5cm- 15cm ,這個差距不能太大,否 則要檢查是否有粗差,這時可以用前一個基準(zhǔn)站測得的該轉(zhuǎn)角樁的坐標(biāo)作為前一個轉(zhuǎn)角段的坐標(biāo);后一 個基準(zhǔn)站測得的該轉(zhuǎn)角樁的坐標(biāo),作為后一個轉(zhuǎn)角段的坐標(biāo),這樣可以保證各轉(zhuǎn)角段的直線性。崗長線途經(jīng)三陵地帶,存在較為明顯的高

13、程異常,直線樁進(jìn)展水準(zhǔn)連測是不現(xiàn)實(shí)的。解決的方法是由 相鄰的主導(dǎo)線點(diǎn)間的正常高高差和 DGPS RTK 測得的高差求出它們的高程異常,然后按直線樁與第一個 主導(dǎo)線點(diǎn)的距離占相鄰的主導(dǎo)線點(diǎn)間距離的比例配賦到 GPS 的高差匕。另外一個方法是全線采用 高高差, RT K動態(tài)定位結(jié)果地高高差的精度可以滿足定線要求。3.3定位結(jié)果的精度比擬及分析以累距為 0 000 km- 44 032 241 km的崗長線為例,轉(zhuǎn)角樁 11個,直線樁 228個,偏角樁 46個, 參考樁 7個。l RTK 足位精度檢驗(yàn)。表 1、表 2分別是 GPS RTK儀器所顯示的平而點(diǎn)位精度和高程精度的統(tǒng)計(jì)表。 表 3對放樣點(diǎn)的

14、直線性進(jìn)展了檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)。2一致性檢驗(yàn)。送電工程定位測量的一致性檢驗(yàn)包括:一不問時段的不問衛(wèi)星組合,進(jìn)展重復(fù) RT K測量測得問一樁位的坐標(biāo)較差(見表 4。一問一樁位由不問基準(zhǔn)站傳算獲得的 RTK 結(jié)果牧差(見表 5。一用全站儀等其他測量手段獲得的坐標(biāo)與 GPS RTK測得的坐標(biāo)較差(見表 6。3精度分析。從上述比擬來眷 RTK 測量的點(diǎn)位精度可達(dá)厘米級,各點(diǎn)位之間不存在誤差累積。符合 精度較好,與全站儀測定結(jié)果符合得也較好,滿足超高壓輸送電力線路定線測量的要求。4. 結(jié)論DGPS RTK作為一種工程測量手段,隨著 OTF 技術(shù)的成熟巳經(jīng)被測量界廣為承受。根據(jù)筆者的體會和總 結(jié):除了定位精度高,操作簡單,可提供三維坐標(biāo)外,還有以下優(yōu)點(diǎn):l 實(shí)時提供經(jīng)過檢驗(yàn)的成果資料,無需數(shù)據(jù)后處理。2擁有彼此不通