GPS RTK 技術(shù)在大慶油田電力線(xiàn)路勘測(cè)中應(yīng)用

郝佳文

摘要:本文簡(jiǎn)單介紹了GPS RTK的工作原理，分析了GPS RTK的作業(yè)流程,針對(duì)大慶油田電力線(xiàn)路分布情況重點(diǎn)探討了RTK在電力線(xiàn)路勘測(cè)中的應(yīng)用,并給出了實(shí)際工作中應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題,供應(yīng)用GPS RTK技術(shù)進(jìn)行電力線(xiàn)路勘測(cè)進(jìn)行參考。

關(guān)鍵詞:GPS RTK技術(shù)；電力線(xiàn)路勘測(cè)；參考站；流動(dòng)站；WGS-84地心坐標(biāo)系；轉(zhuǎn)換參數(shù)

0引言

GPS技術(shù)在20世紀(jì)90年代初期開(kāi)始在電力工程中應(yīng)用,從單頻GPS、靜態(tài)、快速靜態(tài)到GPS RTK技術(shù)的出現(xiàn),國(guó)內(nèi)電力工程勘測(cè)始終緊跟GPS技術(shù)發(fā)展的方向。

大慶油田地廣人疏，居民區(qū)分布不集中，跨度很大，電力線(xiàn)路分布情況不均勻，隨著近年來(lái)，油田建設(shè)的快速發(fā)展，電力線(xiàn)路動(dòng)遷及新建等工程的不斷增多，電力線(xiàn)路勘測(cè)難度越來(lái)越大，RTK技術(shù)以其在電力線(xiàn)路勘測(cè)中具備的靈活、快速、省時(shí)、省力及精度高等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用在大慶油田電力線(xiàn)路勘測(cè)工作中，大大地提高了工作效率。

1 GPS RTK的工作原理及作業(yè)流程

1.1GPS RTK的工作原理

GPS RTK技術(shù)是基于載波觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù),它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)量點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的3維坐標(biāo)(x,y,z),并能夠達(dá)到厘米級(jí)的精度。

RTK的工作原理是將一臺(tái)接收機(jī)置于基準(zhǔn)站上，另一臺(tái)或幾臺(tái)接收機(jī)置于載體（稱(chēng)為流動(dòng)站）上，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)接收同一時(shí)間、同一GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，基準(zhǔn)站所獲得的觀測(cè)值與已知位置信息進(jìn)行比較，得到GPS差分改正值。然后將這個(gè)改正值通過(guò)無(wú)線(xiàn)電數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)及時(shí)傳遞給共視衛(wèi)星的流動(dòng)站精化其GPS觀測(cè)值，從而得到經(jīng)差分改正后流動(dòng)站較準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)位置。1.2 GPS RTK的作業(yè)流程

1.2.1收集測(cè)區(qū)的控制點(diǎn)資料

首先收集測(cè)區(qū)的控制點(diǎn)資料,包括控制點(diǎn)的坐標(biāo)、等級(jí)、中央子午線(xiàn)、坐標(biāo)系、是常規(guī)控制網(wǎng)還是GPS控制網(wǎng)、控制點(diǎn)的地形和位置環(huán)境是否適合作為動(dòng)態(tài)GPS的參考站。

1.2.2求定測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)

GPS RTK測(cè)量是在WGS-84坐標(biāo)系中進(jìn)行的,而電力線(xiàn)路測(cè)量定位是在當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)或我國(guó)的北京54或西安80坐標(biāo)上進(jìn)行的。這之間存在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。由于GPS RTK是用于實(shí)時(shí)測(cè)量的,要求給出當(dāng)?shù)氐淖鴺?biāo),這使得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作更顯得重要。

大慶油田現(xiàn)在使用的是西安80坐標(biāo)系統(tǒng)，在進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)要求至少3個(gè)以上的大地點(diǎn)分別有WGS-84地心坐標(biāo)和西安80坐標(biāo),利用轉(zhuǎn)換模型解求轉(zhuǎn)換參數(shù)。此參數(shù)控制線(xiàn)路一般為30km左右:一套轉(zhuǎn)換參數(shù)控制一段線(xiàn)路,以轉(zhuǎn)角為分段點(diǎn)。

1.2.3參考站的選定和建立

參考站的安置是順利實(shí)施動(dòng)態(tài)GPS的關(guān)鍵之一,參考站的安置要滿(mǎn)足下列條件:

(1)參考站應(yīng)有正確的已知坐標(biāo)。

(2)參考站應(yīng)選在地勢(shì)較高,天空較為開(kāi)闊,周?chē)鸁o(wú)高度角超過(guò)10度的障礙物,有利于衛(wèi)星信號(hào)的接收和數(shù)據(jù)鏈發(fā)射的位置。

(3)為防止數(shù)據(jù)鏈丟失以及多路徑效應(yīng)的影響,周?chē)鸁o(wú)GPS信號(hào)反射物(大面積水域,大型建筑物等),無(wú)高壓電線(xiàn)、電視臺(tái)、無(wú)線(xiàn)電發(fā)射站、微波站等干擾源。

(4)參考站應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、不易破壞的位置。參考站選定后,可以采用GPS布網(wǎng)(或靜態(tài)定位)的方法測(cè)定,在滿(mǎn)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)上,用GPS流動(dòng)站將坐標(biāo)傳過(guò)去。

1.2.4工程項(xiàng)目?jī)?nèi)業(yè)設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)置

(1)大慶油田所使用的西安80坐標(biāo)的橢球參數(shù):

長(zhǎng)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(xiàn)為3度帶126度。

(3)測(cè)區(qū)坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

1.2.5野外作業(yè)

將基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)安置在參考點(diǎn)上．打開(kāi)接收機(jī),輸入精確的西安80坐標(biāo)和天線(xiàn)高度,基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)換參數(shù)將西安80坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS-84坐標(biāo),同時(shí)連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號(hào),并通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)射電臺(tái)將其測(cè)站坐標(biāo)、觀測(cè)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(dòng)站接收機(jī)在跟蹤GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù),進(jìn)行處理后獲得流動(dòng)站的三維WGS-84坐標(biāo),最后再通過(guò)與基準(zhǔn)站相同的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)將WGS -84轉(zhuǎn)為西安80坐標(biāo)。接收機(jī)還可將實(shí)時(shí)位置與設(shè)計(jì)值相比較,指導(dǎo)放樣到正確位置。

2 GPS RTK 技術(shù)在電力線(xiàn)路勘測(cè)中的應(yīng)用

2.1桿塔定位測(cè)量

桿塔定位測(cè)量,是根據(jù)線(xiàn)路設(shè)計(jì)人員在線(xiàn)路平斷面圖上設(shè)計(jì)線(xiàn)路桿塔位置測(cè)設(shè)到已經(jīng)選定的線(xiàn)路中心線(xiàn)上,并釘立桿塔位中心樁作為標(biāo)志的工作。

用RTK測(cè)設(shè)桿塔位的方法與定線(xiàn)測(cè)量類(lèi)似,一般在相鄰兩耐張桿塔之間架設(shè)基準(zhǔn)站,用移動(dòng)站分別測(cè)出直線(xiàn)段兩端點(diǎn)的坐標(biāo)(如果已經(jīng)有坐標(biāo)則可直接調(diào)用)。在獲取轉(zhuǎn)點(diǎn)的坐標(biāo)信息后,將兩端點(diǎn)的坐標(biāo)信息設(shè)置為直線(xiàn)的兩點(diǎn),然后以該直線(xiàn)作為參考線(xiàn),設(shè)計(jì)圖,在電子手薄中輸人測(cè)設(shè)的桿塔位置與端點(diǎn)之間的間隔后,即會(huì)生成包含各桿塔位樁點(diǎn)坐標(biāo)的折線(xiàn)文件。根據(jù)折線(xiàn)文件中桿塔位樁的坐標(biāo),信RTK實(shí)時(shí)導(dǎo)航指示,可測(cè)設(shè)出各桿塔位樁,并標(biāo)定之。

2.2桿塔施工測(cè)量

輸電線(xiàn)路施工中,首先要進(jìn)行塔位復(fù)測(cè),如果遇到線(xiàn)路中心樁丟失的情況,還需要通過(guò)測(cè)量來(lái)恢復(fù)。應(yīng)用RTK技術(shù),將使這方面的工作快速、高效。

2.2.1從2個(gè)已確定的相鄰樁位校驗(yàn)或定位第3個(gè)樁位

如圖1所示,定位方法如下。

圖1RTK驗(yàn)樁示意圖

(1)用移動(dòng)站分別校驗(yàn)已確定的1、2號(hào)樁的位置,并自動(dòng)記錄在移動(dòng)站“電子手簿”測(cè)量軟件中。

(2)根據(jù)線(xiàn)路平斷面定位圖或桿塔明細(xì)表,可查出3號(hào)樁相對(duì)于2號(hào)樁(或1號(hào)樁)的相對(duì)位置值,將這些數(shù)值輸入到測(cè)量軟件中,即可得到3號(hào)樁的位置。

(3)通過(guò)移動(dòng)站將自己的當(dāng)前位置實(shí)時(shí)傳送給測(cè)量軟件,軟件即可得出移動(dòng)站當(dāng)前實(shí)際位置偏離3號(hào)樁正確位置的偏差,實(shí)時(shí)引導(dǎo)移動(dòng)站定位人員到達(dá)3號(hào)樁的正確位置,從而實(shí)現(xiàn)定位目的。

(4)如果是要校驗(yàn)3號(hào)樁位,直接將移動(dòng)站放在3號(hào)樁上,軟件就會(huì)給出這個(gè)位置與3號(hào)樁理論位置的偏差。

2.2.2在直線(xiàn)段內(nèi)快速校驗(yàn)或定位各直線(xiàn)塔樁位

如果某個(gè)直線(xiàn)段兩頭轉(zhuǎn)角塔的樁位已確定,只要用移動(dòng)站得到兩頭轉(zhuǎn)角塔樁位的位置,就可在電子手簿中新建一條線(xiàn)。然后移動(dòng)站到段內(nèi)任一直線(xiàn)塔樁位,就可直觀得出該樁位偏離直線(xiàn)的偏差和與已確定樁位的距離。測(cè)得的這個(gè)距離即可與圖紙相比較以校驗(yàn)樁位的正確與否。反過(guò)來(lái),從圖紙上查到的距離輸入手簿中,也可方便的在這條線(xiàn)上定出待定的樁位點(diǎn)。

2.2.3校驗(yàn)轉(zhuǎn)角塔的轉(zhuǎn)角偏差

只要用移動(dòng)站測(cè)定轉(zhuǎn)角塔及其前后兩基塔的樁位,用手簿中的軟件即可計(jì)算出實(shí)際轉(zhuǎn)角角度,與圖紙相比即可校驗(yàn)轉(zhuǎn)角偏差。值得說(shuō)明的是:目前,在購(gòu)買(mǎi)RTK產(chǎn)品時(shí),一般附帶了專(zhuān)門(mén)針對(duì)輸電線(xiàn)路測(cè)量而開(kāi)發(fā)的軟件包,使用這些專(zhuān)門(mén)的測(cè)量模塊,將會(huì)使RTK測(cè)量的操作更加方便。

3 RTK在實(shí)施時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

在電力線(xiàn)路勘測(cè)中,應(yīng)用RTK測(cè)量技術(shù),在實(shí)際操作過(guò)程中應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題。

(1)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量時(shí)選用的橢球基本參數(shù)(主要幾何和物理常數(shù))必須在同一工程各個(gè)階段保持一致。

(2)基準(zhǔn)站的選擇應(yīng)符合作業(yè)流程中的幾點(diǎn)要求。

(3)進(jìn)行RTK測(cè)量,同步觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)不少于5顆,顯示的坐標(biāo)和高程精度指標(biāo)應(yīng)在±30mm范圍內(nèi)。放樣塔位樁坐標(biāo)值宜事先輸入接收機(jī)控制器(電子手薄)中并認(rèn)真校對(duì)。當(dāng)放樣顯示的坐標(biāo)值與輸入值差值在±15mm以?xún)?nèi)時(shí),即可確定塔位樁,并應(yīng)記錄實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、樁號(hào)和儀器高。

(4)當(dāng)放樣距離超過(guò)3km時(shí),宜將3km左右處的塔位樁附合到已知控制點(diǎn)上(如轉(zhuǎn)角樁、直線(xiàn)樁等GPS點(diǎn)上)。當(dāng)無(wú)已知點(diǎn)時(shí),必須利用已放樣的塔位樁做重復(fù)測(cè)量并檢查其精度。

(5)同一段內(nèi)的直線(xiàn)樁、塔位樁宜采用同一基準(zhǔn)站進(jìn)行RTK放樣。當(dāng)更換基準(zhǔn)站時(shí),應(yīng)對(duì)上一基準(zhǔn)站放樣的直線(xiàn)樁(或塔位樁)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。兩次測(cè)量的坐標(biāo)較差應(yīng)小于±0.07m。高程較差應(yīng)小于±0.1m

4結(jié)束語(yǔ)

GPS RTK技術(shù)因高效率、靈活、誤差不積累及厘米級(jí)的高精度越來(lái)越受到測(cè)繪人員的青睞。RTK高程精度低于平面精度,而電力線(xiàn)路勘測(cè)對(duì)高程的精度要求較低。因此,RTK技術(shù)用來(lái)進(jìn)行大慶油田電力線(xiàn)路勘測(cè)是目前較為理想的方法。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 雷志. GPS在架空送電線(xiàn)路測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].信息科技,2010,254-255

[2] 雷喜才. GPS RTK技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J]. 測(cè)繪與空間地理信息，2010，135-136

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。