小议线路测量中RTK的应用研究

2009-01-05张广红

科技传播 2009年21期

关键词：实施

张广红

摘要 RTK技术是GPS实时载波相位差分的简称,这是一种将GPS与数传技术相结合,实时解算并进行数据处理,在1～2s内得到高精度位置信息的技术。这种技术能够实时提供测量点在指定坐标系中的三维坐标,并达到厘米级精度。本文对RTK在电线路测量中的进行了阐述分析。

关键词线路测量;RTK;实施

中图分类号 TM93 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2009)07-0082-02

0 引言

随着我国电网建设力度的加大,电网建设施工企业所承担的施工任务也在逐年增加,测量任务越来越多,要求完成的时间越来越短,野外地形条件越来越复杂,而用常规仪器作业根本不能缩短时间,提高效率。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。这些测量工作随着全球定位系统GPS(Global PositioningSystem)民用技术和产品的普及,现在可借助GPS技术更方便、快速、准确地进行。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而言,测量人员需当场知道测量结果或精度,实时动态测量RTK(Real Time Kine2matic)技术可以很好的解决这类问题。

1 RTK技术简介

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。实时动态测量RTK(Real-Time Kinematic)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1s。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。在整周末知数解固定后,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,用于陆地测量的便携工具,有水上测量任务的配备相应的设备,电源设备,以及动态测量软件,水道测量需配备相应的水道测量软件。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。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。

2 RTK在架空线路测量中的实施

2.1 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1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、……

图1 RTK定线示意图

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,在电子手薄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……

2.2 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)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图1 RTK定线示意图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进行转换,例如生成普遍使用的纬地断面数据格式。

2.3 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,设计图,在电子手薄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,信RTK实时导航指示可测设出各杆塔位桩并标定之。

2.4 杆塔施工测量

输电线路施工中,首先要进行塔位复测,如果遇到线路中心桩丢失的情况,还需要通过测量来恢复。应用RTK技术,将使这方面的工作快速、高效。

1)从2个已确定的相邻桩位校验或寻找(定位)第3个桩位,如图2所示,定位方法是:

(1)用移动站分别校验已确定的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。

(2)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。

(3)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。

(4)如果是要校验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。反之,从图纸上查到的距离输入手簿中,也可方便的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。

3 RTK在实施时应注意的问题

在架空输电线路测量中,应用RTK测量技术,在实际操作过程中应注意以下几方面的问题:

1)实时动态RTK测量时选用的椭球基本参数(主要几何和物理常数)必须在同一工程各个阶段保持一致。

2)基准站应选择在地势开阔和地面植被稀少、交通方便、靠近放样的网点或转角桩上。基准站应以快速静态或静态作业模式测定坐标和高程。

3)基准站发射天线安装时,尽量避开其他无线电干扰源的干扰(如高压线、通信、电视转播塔、对讲机的发射使用)和强反射源的干扰。流动站在精确放样数据和采集数据时,应停止对讲机的使用。

4)进行RTK测量,同步观测卫星数不少于5颗,显示的坐标和高程精度指标应在±30mm范围内。放样塔位桩坐标值宜事先输入接收机控制器(电子手薄)中并认真校对。当放样显示的坐标值与输入值差值在±15mm以内时,即可确定塔位桩,并应记录实测数据、桩号和仪器高。

5)当放样距离超过3km时,宜将3km左右处的塔位桩附合到已知控制点上(如转角桩、直线桩等GPS点上)。当无己知点时,必须利用已放样的塔位桩做重复测量并检查其精度。

6)同一耐张段内的直线桩、塔位桩宜采用同一基准站进行RTK放样。当更换基准站时,应对上一基准站放样的直线桩(或杆塔位桩)和转角塔位桩进行重复测量(主要就是复测转角桩和转角后桩目的就是要准确地计算出此转角的准确转角度数)。两次测量的坐标较差应小于±0.07m。高程较差应小于±0.1m。

4 结论

通过以上分析,GPS RTK技术不仅能达到较高的定位精度,而且在线路测量的各个方面具有明显的优势,因此GPS RTK技术在线路工程测量领域有着广阔的应用前景。