GPS RTK测量技术在输电工程中的应用

马卫轩 刘晨清

随着全球卫星定位技术的发展，GPS RTK（实时动态差分法）测量技术广泛地应用在各类工程之中，其测量范围广的技术特点特别适合于公路工程和输电工程等长距离、大跨度的工程。本文主要论述了GPS RTK在输电工程的应用。

GPS RTK测量系统如下图所示，包括一台基准站和若干移动站。GPS主机接收可卫星信号，有些还有内置电台。测量时基准站和移动站的主机分别接收卫星信号，基准站与电台发射器连接架设在一起，基准站与移动站之间通过电台信号进行数据交换，从而解算移动站的坐标。工作原理如下所示：

卫星信号基准站===================

GPS RTK测量系统

输电工程对于不同的工序误差要求也不相同：对铁塔根开的误差要求一般为5mm，而铁塔中心桩位置的允许偏差一般为顺线路方向1%档距（一般在1米以上），垂直线路方向10cm。目前国内的一线GPS RTK产品的测量精度可控制在3cm以內，满足输电工程地形测量和中心桩放样的误差要求，使用起来比全站仪要快捷简便许多。

GPS RTK测量技术主要用于输电工程的以下三个方面：

1.控制网制作

如果将基准站架设在已知点，主机距已知点的高差不便测量，因此目前GPS RTK测量多采用未知点架设基准站，即在任一点架设基准站，然后在移动站手簿中通过两个已知点求四参数，即完成校正，校正后在另一已知点确认校正无误。校正后的基准站和移动站构成的系统可以测量任一点的坐标，移动站到达测点时即可在手簿中储存坐标。在使用四参数的情况下，每次校正后移动站的有效工作半径一般不超过5公里，并且距离越远精度越低。因此在制作控制网时，就需要沿线路走向每5至10公里线路两侧各制作1个控制点。另外，每次重启基准站，整个系统均需进行校正，重启移动站则无影响。.

对于工程范围较小的工程，在控制网制作好后的首次测量前，需要通过两个以上的已知点来求解四参数，以 “工程之星”软件为例，参数会保存在手簿的软件中，以后每次测量前仅需进行单点校正。四参数的有效半径20至30平方公里。对于距离较长的输电工程，不同的测区四参数也不相同，需划分测区记录各自的四参数，以后测量时对应的使用各自测区的四参数，在每个测区只需进行单点校正。

控制点布置示意图

控制点将在整个工程的实施中发挥关键作用，控制点应牢固、不易被破坏，因此建议使用混凝土中插短钢筋的形式制做控制点。沿线的控制点制作和地形测量对于整个工程的实施极其关键，是一切设计和施工活动的基础，务必由专业的测量人员完成，并应接受GPS厂家技术人员的培训。

在控制点制作完成后，需求每个控制点的平面坐标。以使用四台GPS主机为例，首先至少需要两个已知点的平面坐标。将两台主机架设在已知点，另两台架设在未知坐标的控制点，四台主机均设为静态模式，同时开机开始接收卫星信号45分钟以上，然后保持两台新制控制点处的主机不动，将两台已知点处的主机移至另两个未知坐标的控制点处，重复上述步骤。如此循环反复地沿线路向后方前进，这样操作是为了使控制点之间总是相互关联的。

2.地形测量

目前的GPS产品配备的手簿有众多的软件适用于不同的工程。以“工程之星”软件为例，地形测量时主要用软件中的“直线放样”功能。首先在手簿中输入已知的相邻两个转角点的坐标，连接成一条直线，这时在手簿中会显示这条直线和当前移动站相对于直线的位置，显示的“垂距”表示的是移动站距直线的垂直距离和距起点的里程。以330kV线路为例，设计单位要求测量距中心线两侧各25m区域的地形，为使测量结果能更加真实，在实际测量中可控制在两侧各30m左右。在直线放样状态下，为了使测点能形成合理的三角网，移动站可分三组，一组沿中心线测量，另两组测量两侧距中心线15m到30m之间，三组移动站均走Z字形前进，不断观察手簿保证处于测区范围，里程每前进15米、垂距每移动15m可测一点。

移动站测量路线方向示意图 测点形成的三角网示意图

对于地形变化不大的可略增大测点的间距，对于地形起伏较大的需增加测点的数量，总之使测量结果尽可能地描绘出地形变化。

3.GPS RTK测量中常出现的问题及解决方法：

移动站正常工作时手簿中显示的状态应为固定解，即基准站和移动站均能正常接收卫星信号，并且两者之间的电台连接正常。其他的几种状态为单点解、差分解、浮点解，这些状态的测量精度远远低于固定解状态，几种状态的精度关系为固定解>浮点解>单点解；差分解是运算过程，不用于测量。

非正常的工作状态中，单点解的情况最为常见，即基准站和移动站之间未建立电台连接，仅移动站接收卫星信号独立工作，因此称单点解。此时的移动站就等同于一般的手持GPS，测量精度3到5米。

根据实际使用中的经验，移动站单点解状态的成因和解决方法见下表：

故障原因 解决方法

电台硬件故障 维修或更换

电台频道改变 移动站调至与电台相同频道

基准站硬件故障 维修或更换

基准站断电 更换电池或蓄电池

基准站主机被改变为移动站模式 调回基准站模式

基准站和移动站的连接方式不为电台连接 两者均改为电台连接

基准站的模式不为动态 改为动态

移动站距离基准站过远或被障碍特遮挡电台信号 把基准站移至更合适的地点，注意每次改变基准站的位置，必须重新校准

浮点解的情况一般出现在移动站处于树林等障碍物之中，无法获得足够多的卫星信号，仅可通过电台与基准站进行数据交换，这种情况通过离开障碍物或移除障碍物来解决。

由于输电工程是线性工程，测量时在合适位置架设GPS基准站，一般架设在所测区域较高的地方。移动站的测点之间尽量保证互相构成均匀的三角形，以便后期处理数据时在计算机中生成三角网和等高线，测量中需要记录河流、湖泊、悬崖、房屋等障碍物的位置。