RTK在输电线路测量中的应用

三、 RTK 在架空线路测量中的实施方法 1 . 定线测量 定线测量, 就是精确测定线路中心线的起点、 转角点和终点间各线段 ( 即在两点之间写出一系 列的直线桩 ) 的工作。由于采用 GPS 定线不需要 点与点之间通视 , 而且 RTK 能实时动态显示当前 的位置, 所以施测过程中非常容易控制线路的走向 以及其他构筑物的几何关系。 如图 4 所示, J2 、J3 为线路的两转 角桩, 欲在 J2 、 J3 之间定出一系列直线桩 Z1、 Z2、 &&。3- ) , 男 , 大 学 , 武汉电力职业技术学院建设工程系工程师 。
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武汉电力职业技术学院学报 # 载波相位测量 ∃ 多普勒测量 %卫星射电干涉测量 我们普通使用的家用级 GPS 接收机 , 一般都 是采用最基本的伪距测量方法。而精密定位的专 业型接收机 ( 如测绘领域使用的 GPS 接收机 ), 往 往不是单纯采用一种测量方式 , 而是以某种方式为 主 , 并辅以其他方法。 目前, 全球定位系统已广泛应用于军事和民用 等众多领域中。 GPS 技术按待定点的状态分为静 态定位和动态定位两大类。静态定位是指待定点 的位置在观测过程中固定不变。动态定位是指待 定点在 运动载 体上 , 在观 测过程 中是 变化的 , 如 GPS 在船舶导航中的应用。静态相对定位的精度 一般在几毫米或几厘米范围内 , 动态相对定位的精 度一般在几厘米到几米范围内。对 GPS 信号的处 理从时间上划分为实时处理及后处理。实时处理 就是一边接收卫星信号一边进行计算 , 获得目前所 处的位置、 速度及时间等信息; 后处理是指把卫星 信号记录在一定的介质上 , 回到室内统一进行数据 处理。一般来说 , 静态定位用户多采用后处理 , 动 态定位用户采用实时处理。实时动态测量 RTK 技 术就是采用的实时处理测量技术。 RTK 定位技术就是基于载波相位观测值的实时 动态定位技术, 它能够实时地提供测站点在指定坐标 系中的三维定位结果, 并达到厘米级精度。在 RTK 作业模式下, 基准站通过数据链将其观测值和测站坐 标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链 接收来自基准站的数据, 还要采集 GPS 观测数据, 并 在系统内组成差分观测值进行实时处理, 同时给出厘 米级定位结果, 历时不到 1 s钟。流动站可处于静止 状态, 也可处于运动状态; 可在固定点上先进行初始 化后再进入动态作业, 也可在动态条件下直接开机, 并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周 未知数解固定后, 即可进行每个历元的实时处理, 只 要能保持 5 颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的 几何图形, 则流动站可随时给出厘米级定位结果。 RTK 系统由基准站和移动站组成 , 考虑在野 外的作业方便, 移动站的体积和重量尽量减小到最 大限度 , 以达到轻便实用的目的。系统的基本组成 为 2 台及 2 台以上的 GPS 接收机和 天线, 相应个 数的数据通讯电台 ( 其中 1 台用于发射 ), 与移动 站相同的测量控制器或便携机 , 电源设备 , 以及动 态测量软件 , 水道测量需配备相应的设备和水道测 ∀ 28∀
图 4 RTK 定线 示意图 图 3 移动站配置示意 图 2 RTK 基准站 配置示意
2008年 3月
量软件。 基准站由 GPS 接收机 ( 包括 GPS 卫星接收天 线 )、 数据传输电台、 通 信天线及电源设备等组成 ( 见图 2) 。
便携移动站由 GPS 接收机 ( 包括 GPS 卫星接 收天线 )、 数据链和通信天线、 控制器以及便携工 具组成 (见图 3)。
图 1 G PS 空间卫星系统示意图
GPS 的基本定位原理是 : 采用空间被动式测量 原理, 即在测站上安置 GPS 用户接收系统, 以各种 可能的方式接收 GPS 卫星系统发送的各类信号 , 由计算机求解站星关系和测站的三维坐标。 对 GPS 信号观测量的不同 , GPS 定位的基本 方法有以下几种形式 : ! 伪距测量
图 6 RTK 验桩 示意图
定位方法是 : ! 用移动站分别测定 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。 # 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。 ∃ 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。 % 如果要校验 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)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 , 也可方便地在这条线上 定出待定的桩位点。 ( 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架空输电线 路测量而开发的软件包, 如广州南方测绘仪器有限 公司的 ∋工程之星 2 . 0(中的 电力线路测量 模块, 以及中海达测绘仪器有限公司的 ∋Dolphin 9500 手 簿 (中的 电力勘测 模块等。使用这些专门的测量 模块, 将会使 RTK 测量的操作更加方便。 ∀ 29∀
收稿日期 : 2007- 10- 27
这个系统终于建成了。 GPS 由三大子系统构成: 空间卫星系统、 地面 监控系统、 用户接收系统。空间卫星系统由均匀分 布在 6 个轨道平面上的 24 颗高轨 道工作卫星构 成, 各轨道平面相对于赤道平面的倾角为 55度 , 轨 道平面间距 60 度。在每一轨道平面内, 各卫星升 交角距差 90 度, 任一轨道上的卫星比西边相邻轨 道上的相应卫星超前 30 度。事实上, 空间卫星系 统的卫星数量要超过 24 颗 , 以便及时更换老化或 损坏的卫星 , 保障系统正常工作。如图 1 所示。
摘 要 : 简要介绍了全球定位系统 ( GPS) 及实时动态 测量 RTK, 对 RTK 在架空 输电线 路测量 中的实 施方法 、
步骤进行了阐述 , 并对 RTK 测量实施过程中 应注意的问题进行了说明 。 关键词 : GPS; RTK; 架空输电线路测量 ; 实施 中图分类号 : TM 93 文献标识码 : A 文章编号 : 2076 /ZY ( 2008) 01- 0027- 04
图 5 RTK 测设直线指示图
2 . 断面测量 测出沿线路中心线及两边线方向或线路垂直 方向的地形起伏特征变化点的高度和距离 , 称为断 面测量 ; 沿线路中心线施测各点地形变化状态, 称 为纵断面测量; 沿线路中心的垂直方向施测各点地 形变化状态 , 称为横断面测量。架空输电线路的断 面测量中, 主要测定地物、 地貌特征点的里程和高 程 , 对高程精度要求不很高, 而且主要测定各特征 点与输 电线路 导线 间的相 对距离 , 因 此, 可 以用 RTK 快速测定断面。断面测量一般与定线测量同 时进行 , 故不需要另 外设置基准站。 RTK 进行断 面测量时, 有两种测量方式 : ( 1) 有可直接利用数据采集功能, 采集特征点 的坐标 , 然后在内业数据处理中 , 输出断面图。 ( 2)可以利用 RTK 数据处理软件中断面测量功 能模块进行断面测量。不同品牌的 RTK 在性能及使 用上有所不同, 功能大同小异。在进行断面测量时, 一般在文件设置中调入断面所依附的线路和纵断面 设计文件和断面所依附的线路文件, 在纵断面文件名 中调入设计的断面文件, 文件名设置完毕后进入断面 测量界面。断面测量界面的状态显示与线路放样显 示方式相同。移动仪器, 若当前点的偏离距在设计的 偏离阀值范围内时, 可以根据线路的起伏进行纵断面 数据采集工作。采集完毕后, 用户可以根据自己的需 求把数据格式转换, 生成断面数据格式。 3 . 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类似, 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 , 在电子手簿中输入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, 按 RTK
测设的方法是: 在 J2 、 J3 之间架设基准站 , 用移动站分别测出 转角点 J2 、 J3 点的坐标 (如果转角点的坐标已知 , 则不必测量 , 可直接调用 ) 。在获取转点的坐标信 息后 , 将 J2 、J3 坐标信息设置为直线的两点 , 然后 以该直线作为参考线 , 根据现场情况, 在电子手簿 中输入测设直线桩的间隔后, 即会生成包含各直线 桩点坐标的折线文件。根据折线文件中直线桩的 坐标 , RTK 实时导航指示 , 就可测设出直线桩 Z1、 Z2、 &&如图 5 所示。
一、 概述 架空输电线路测量工作包括选线测量、 定线测 量、 平断面测量、 交叉跨越测量和定位测量。这些 测量工作常使用经纬仪或全站仪采集必要的观测 数据, 然后通过数据处理得到所需结果。随着全球 定位系统 GPS( G lobal Posit io ning System ) 民用技术 和产品的普及 , 现在, 借助 GPS 技术可更方便、 快 速、 准确地进行这些测量工作。与传统的测量技术 相比, GPS 测量具有显著优点 , 不受通视的限制 , 测 量的距离远、 速度快、 精度高、 操作简便, 因此, 可以 显著地提高测量速度、 测量精度和生产效率。对于 架空输电线路测量需言, 测量人员需当场知道测量 结果或精度 , 实时动态测量 RTK ( Rea l T i m e K in e m at ic) 技术可以很好地解决这类问题。 二、 RTK 简介 全球卫星定位系统 GPS 是美军上世 纪 70 年 代初在 子午仪卫星导航定位 技术上发展而起的 具有全球性、 全能性 ( 陆地、 海洋、 航空与航天 ) 、 全 天候性的导航定位、 定时、 测速系统。它是由美国 国防部耗资 120亿美元建成的军事系统, 在其设计 和诞生之初 , 主要用于军事目的。整套系统 由 24 颗 N avstar 卫 星 构成 , 它 们 一直 处 于 11000 英 里 ( 22000 km ) 高 的地球同步轨道上围绕地 球旋转。 系统是由洛克威尔公司制 造并由美国空 军操纵, 1993年也就是五角大楼构思 GPS 系统的 20 年后,