论煤改电工程中差别化测量的配置优化

王磊

（北京京电电力工程设计有限公司，北京 100070）

为了减少冬季燃煤污染，改善空气质量，北京市煤改电改革已实行多年。国网北京电力公司为中心城区的煤改电工程做了大量而细致的工作，并且初见成效。北京市中心城区既是胡同文化的代表，更是煤改电项目的集中改造区。以东城区为例，众多的胡同及大片区域的复杂性为测量勘查工作带来了难度。常规的测量方法如三角法、导线法、全球定位系统等无法满足更深度的胡同测量，有时复杂的环境也导致单一的测量方法无法完成既定任务。这就需要依据煤改电的地域类别、各测量方法的适用条件、工程任务所要满足的精度、工期进度等要素进行综合考虑，进行差别化测量。

1 煤改电地域的分类

1.1 狭长型

狭长地域表现为单一走向，或长或短的笔直街道，居民生活区及其附属设施有规律的排列在区域两侧。如史家胡同、干面胡同、柏树胡同等。

1.2 面域型

面域地类表现为居民生活区以某一点状区域为核心，成片状或网状分布，主干道成条带或放射型，其大体分布的轮廓为集中的块状或面状，比较集中。如景山地区、地坛地区等。

1.3 分支型

多分支区域表现为以某一主干道为主，向两侧延伸出多条分支，居民区分布较为分散，并与其他街区易发生重叠区域。如西石槽胡同、南湾子胡同等。

2 测量方法的配置优化

2.1 基本方法

常规的测角测边仪器包括了经纬仪、水准仪，随着技术的进步和测绘科学的发展，全站仪逐渐成为主导。常用的三角法，符合导线法测量一台全站仪就可完成。全站仪测量具备操作简便、工作量小且速度快、精度较高的优势。但它在使用过程中也易受到气象条件、通视状况、地球曲率等外部因素的制约，多次转站也会造成误差的累积。全球定位系统（Global Positioning System）是美国研制的新一代卫星导航系统，目前正广泛应用于测绘、导航等诸多领域，它以高精度、全天候、多功能、易操作、无需通视等特点著称。特别是RTK(Real -time kinematic)载波相位差分技术，已经成为一种新的常用的测量方法。它是在基准站上安置一台GPS 接收机，对所有可见卫星进行连续观测，通过无线传输设备将观测数据实时传送给用户观测站，并得到用户站的三围坐标及其精度。RTK 技术作业效率更高，可有效减少传统测量中的控制点个数和搬站次数，也没有误差之间的传递和累积。

2.2 测量条件概述

一般的地势条件下，煤改电作业区域半径不超过5km 的测区。在北京市中心城区的东城区，其煤改电的作业范围具体体现为某胡同、某街道或者社区，作业半径多为1km，少则百米。此种情况下，RTK 技术在完成0.8～2.5km2地形测量或线路测量中，其精度与效率是常规测量无法比拟的。

东城区煤改电作业中，RTK 技术面临的两个主要影响因素为数据链的传输与空视环境。数据链信号一般通过蓝牙连接，易受高大物体、密林、高层建筑和高频信号源的干扰。另外，控制点离作业区域较远时，也会影响数据链的传输和数据精度。在城市密楼区作业，受对空通视条件的影响，卫星信号被阻挡，几何精度差，易失锁。

2.3 配置优化

当控制点分布均匀且数量充足(个数>=3)时，在WGS-84 系统下，采集三个已知坐标的控制点求得布尔莎七参数，使用4个及以上的控制点可得到更多的多余观测并可计算残差。此方法可在已知点覆盖的整体区域内保持RTK测量的精度，卫星几何精度高，数据稳定。当作业区域内控制点数量不足（1<个数<3）或部分损坏时，RTK 基站可架设在任意点上，两步法观测校正。观测站位置应具有以下条件：（1）15°以上卫星高度角；（2）附近无强干扰源；（3）地势较高利于电台的作用距离。用户如果在茂密树木、高层建筑、宽阔水面等对电磁传播影响较大的条件下设站，接收机接受的到的卫星信号将产生畸变，影响差分质量，获得FIXED 解将十分困难。两步法实现任意架站单点校正在原理上很简单，通过修正基站坐标，求得差分改正数。第一步：采用经典的三维方法建立预转换。将近似的参数调入手簿，在WGS-84坐标系统下，任意假设基站，RTK 流动站采点校正；第二步：RTK 流动站采集匹配的控制点的WGS-84 坐标（至少一个点），将测得的WGS-84 坐标与地方坐标匹配，生成坐标增量文件，可单点修改或以文件坐标形式批量修改成果。单点、两点、多点校正成果对比如表1。

RTK 流动站接受到的坐标与已知坐标之间存在差距，是因为流动站在定位的过程中没有接收到有效的差分改正信息，通过“两步法”转换得到的结果通过高精度已知点的校正得到了准确的差分改正数，能布设满足精度的作业控制点。

表1

当两个控制点间距较远，互不通视，可通过无定向导线布设图根控制。其方法如下：如图1 所示的一条无定向导线，A，B 为两个已知坐标的高等级控制点，其中A 点坐标（XA，YA），B 点坐标(XB，YB)，α1，α2……αn-1为前进方向的连接角，D1，D2……Dn为各边长的观测值，1,2……n-1 为待求的加密点。用Fx和Fy表示横纵坐标闭合差，用K 表示导线全长相对闭合差。

图1

由导线坐标方程求得

根据北京市城市测量规范，如果导线全长相对闭合差K 满足精度要求，平差改正后根据下式计算各加密控制点的坐标：

无定向导线仅有边长的有效观测数据，可靠性要比边角符合导线差，导线点的控制精度会受到制约，但作为布设的施工控制网等级来说，是可以满足精度要求的。如果测区内已调绘的资料时效较强，仅需修测部分变化的地形地物点，可验测多个固定点位作小区域平差，依据最小二乘法算相对误差，不低于规范规定的极限差值可采用其平差成果。

4 结语

根据煤改电作业区域类型的不同，采用不同的测量方法进行差别化配置。

（1）当区域内控制点分布均匀且数量充足(个数>=3)时，三种不同的煤改电作业类型均可采用精度良好的RTK 差分方法、符合导线法布控，三角测量或极坐标法碎步测量。

（2）当区域内控制点数量不足(1<个数<3)或部分损坏时，狭长型地域宜布设无定向导线(导线边数不得超过6条)。面域型地域宜布设单点控制的差分RTK（至少验一点或一边）。多分支型区域宜布设分支导线(每条支导线边数不超过3 条），极坐标法碎步测量。

（3）当区域内无控制点或已有控制点完全损毁时，布设区域控制时应综合配置与优化。条件许可时，可采用“两步法”任意架站RTK 布控(需验核固定地物)，也可采用自由设站法。当测区内已调绘的资料时效较强时，可验测多个固定点位作小区域平差（相对误差不大于1/6000）。如常规方法无法满足煤改电测绘要求，也鼓励采用新技术、新方法。