RTK在城市线路工程中的应用.doc

rtk在城市线路工程中的应用曾志强(福建省电力勘刚设计院福州350003)摘要:gps300实时动态系统rtk应用在f市城区东北郊变开断进南门变220kv架空送电线路工程中，对其在作业中存在的问题和精度提出一些看法。以便能更好地发挥rtk技术在线路测量中的应用关键词:gps rtk 线路工程 数据链东北郊变开断进南门变220kv线路是一条由城郊向城市中心延伸的长达8 km的线路工程。地势平坦，交通便利，但由于线路架设在城区，沿途建（构）筑物多，通视极端困难，同时线路走向及塔位应严格符合城市规划设定的要求。若用常规测量方法，应以支导线或附合导线的形式沿途设站，间接定线来测定线路。鉴于此，决定采用徕卡公司的gps300实时动态系统来进行线路定线与定位的工作，全站仪tc1610来校核线路及进行平断面测量。实时gps系统rtk（realtime kinematte）是由gps信号接收机，数据实系统和数据的实时处理系统三大部分组成。在rtk模式下，参考站的传感器安置在精确已知坐标的点位上，借助干数据链将其观测值及站坐标信息采用明码格式发射至流动站，流动站通过数据链接收来自参考站的数据，并采集gps观测数据，在系统内组成差分观测值进行实时处理，瞬时提供测站点在指定坐标系中的三维定位成果，并达到厘米级精度。rtk是gps定位技术发展中的一个里程碑，具有极其广泛的应用前景。1. rtk的准备工作1l确定控制点及转换参数向当地测绘部门收集了五个沿线附近的一等城市导线点，因无法了解坐标系及相应参数，故采用一步法进行坐标转换。利用快速静态模式进行gps测量，经静态动态通用软件包ski（210版）的计算与处理，在坐标转换与地图投影（datum and map）功能下进行一步法转换，并传输至控制器中。12设置标的（target）向当地测绘部门收集了沿线1500地形图，供线路电气人员确定线路走向及塔位相互关系，测量人员把转角坐标输入控制器中，设置放样点或放样直线。13确定放样精度由于城市高压线路要求有相当的净空距离，本次工程平均档距约为160 m，按电力规范的规定“以相邻两直线桩中心为基准延伸直线，其偏离直线方向的角度不应大于180o土 1”的要求，故设定点位精度 cq值为 0 03m，在困难情况下设为 004005 m，超过005 m时暂停观测。14卫星工作状态当可用卫星数为5颗时，其坐标cq值大都处于 4 cm及以上的精度，城市gps中卫星又极易被遮挡的情况下，不应进行连续的rtk测量，据3月份的观测值显示，一天中有5个小时的时问不适合于rtk的工作，在这一时段，卫星数在4颗与7颗之间，gdop于2132562问波动，给工程连续作业造成一定难度，其中1998年1月、2月不应进行下午时段的rtk测量，1998年3月不应进行中午时段的工作，1998年4月、5月不应进行上午时段的rtk测量。15测站要求参考站应选择在测站周围没有障碍物，没有干扰因素危及测站的安全，附近没有干扰源，在测区的中心或尽量靠近测区。流动站应注意至少能同步观测5颗卫星，观察并注意失锁信号、gdop及卫星状态，尽可能避免障碍物，当卫星降到4颗或4颗以下时停上观测。16软件准备除rtk测量配备的相应软件外，利用vba语言，在exce17 0状态下编制了相应程序，用以处理地方坐标转换至线路坐标及桩位角度（可含直线桩）的计算，形成线路累计距离及高程计算表，并可通过dde功能通讯至cad状态下进行绘图。2. rtk作业本次工程的定线及定位测量采用rtk作业方式进行，因卫星状态等因素采用半天工作制，共观测12天，计连续工作30小时，线路总长 7 897 m。设定塔位桩 41基（另有8基采用全站仪测定，其中g19j9，g46因房屋遮挡，g45j20固竹林遮挡不能进行rtk作业），方向桩（含附桩，测站桩）zi桩，平均档距为 164 m。在工程中，线路及塔位的确定采用两种方式进行：（1）在转角桩位置限制较多时，采用先确定转角桩，形成放样直线，再行加密测定直线桩。（2）在转角桩位置不受限制时，采用先确定直线桩，形成放样直线，延伸定线，最后测定转角桩。3.成果分析31点位精度通过统计桩的点位坐标精度见表l，可以看出本次工程的点位精度较高，应能满足线路定线、定位的要求。32直线桩直线精度通过统计直线桩（含测站桩、方向桩、附桩等）的方向偏离直线的角度值见表2，可以看出有256的直线桩角度偏离直线方向，具体分析见表3。从表2可以看出：在这43个直线桩中有犯个桩直线角度符合规范要求，11个直线桩角度超限。表3的分析表明除g27b桩原因不详，造成桩位错误外，其余由干四个桩，其桩间距离较近造成角度偏差，其偏差距离较小，在点位精度控制的范围之内，可确定仍为一条直线，不影响整个路径的确定。在取消方向桩、附桩的情况下，直线桩的直线角度偏角100满足规范要求。在rtk模式的状态下，影响成果精度的因素有基线解算精度，参考站点位精度，系统转换精度，载体姿态误差，大地水准面差距内插误差等，其流动站精度是相对干参考站而言，流动站（桩位）是连续移动的，桩间的误差有一定的相对独立性，尤其在不是同一个测量链的情况下，个别桩位的错误不会造成整个耐张段的偏移。由于线路测量精度要求较低，当桩间距离较近时，其角度偏差值极易超限，但仍可确定为一直线，其中一桩只能作为确定塔位或平断面测量的方向桩，不可延伸或间接定线来确定其它桩位。4.相容性检验常用的相容性检验方法包括：（l）同一基线在不同时间段采用不同的卫星组合进行重复测量，检验比较其互差，应在仪器的精度指标及技术规程的限差之内；（2）利用不同已知点，不同的传算路线且对于推算点来说是彼此独立的基线观测值，比较推算点位坐标的差别；（3）通过独立观测边组成闭合环，检验其环闭合差；（4）通过其它外部测量手段提供的观测值与gps导出的相对应量进行比较，提供相容性的检验或部分检验。本次工程对一些桩位进行了相容性检验。41不同起算点引测的点位比较由控制点起，以附合导线的形式，进行rtk测量，校核了g18js、t33桩，具体情况见表4。g18j8，t33的附合导线绝对闭合差分别为0 016 m， 0017 m，其相对闭合差满足一级导线的精度要求，其高程闭合差满足一级三角高程测量007 h的精度要求，可见rtk测量是高精度的，完全能满足城市放样点的精度要求，可不再进行桩位坐标的改正。42利用tc1610全站仪进行核查全站仪tc1610是高精度的测量仪器，其水平角、垂直角的标准偏差为15”，测距的标准偏差为 2 mm士2 pp。，可作为真值来校核rtk的作业精度。gi刀7gbd计6桩处于一条宽10m的水泥路的中线，两侧为14层的楼房，地势平坦，通视良好，便于全站仪直接观测。rtk值与 tc1610观测值的比较见表5，其中rtk为单次测量，tc1610为一测回观测。通过g13j7g18j8中距离、高差、角度三项的校核，可以看见rtk测量的高精，满足按一级导线精度校测的要求，5条边的边长较差相对中误差皆小于1：10000，角度 较差小于15秒的要求，另外考虑到载体姿态（动态杆、花杆皆采用圆水准气泡双手居中）产生的影响，及转换参数中尺度比一 13pmm等因素，可以确定rtk测量与tc1610测量的成果基本上是一致的，完全符合送电线路测量规范中关于距离和高差的规定。43利用全站仪、快速静态gps测量、重复rtk测量校核本工程经校核，共发现了5处点位出现问题，具体情况见表6。在g47j21的定位过程中，可以明显地察觉到整周未知数失锁后，重新初始化，两次点位相差较大，次日重复rtk测量，证实g47jzi存在较大错误，固 g47j21与g48j22为同一测量链，故校核g48j22桩位，也发现粗差。在平断面测量时采用tc1610全站仪对桩位进行校测，发觉g22、g44的坐标为虚假坐标，其桩位偏离直线，且高程相差较大。t33的校核是采用附合导线的形式rtk至t33，与原有快速静态方式测定的gps坐标值相比较，发现粗差，次日，重复rtk作业，证实存在错误。错误桩位大都发生于4月15日下午，在15日的作业中共测定了9个桩位，其余5桩经校核正确。在第二桩g43j19的rtk测量中，因一侧单元楼及绿化树的遮挡，整周未知数失锁，在重新搜索的过程中，流动站的控制器有异常提示“传感器的eprom正被写入”，是否因此而造成点位漂移，不得而知。从上述数桩可以看出rtk测量中可能存在某些不易控制的偶然性误差，尤其在楼房附近，即便卫星没被遮挡，也容易造成多路径影响，其成果可能存在纳伪现象，在平断面测量及定位测量时，应本着“多余校核”的原则，对桩位进行校核。在与其它桩位不易检测的情况下，可在任意地方设置校核桩，用全站仪测量距离与高差，也可极大程度上保证成果的准确性及可靠性，但不可只检测线路的水平角度，因gps测量中高程误差一般都大于平面误差。5. rtk测量申存在的问题51点位的漂移g38桩的观测时间为3月25日下午3：504：31，卫星数为7颗，其中一颗被遮挡，gdop在27寸62之间波动。确定g38桩位时，整周未知数频繁失锁，重新散象，偏离情况见图1，历时40分钟方能确定最终g38桩位。g203桩的情况与g38相似，二次锁定整周未知数后位置及tc1610定线的位置不尽相同。偏离直线状况见图2，故取消g20十3桩。从g203、g38桩位的确定可以看出，当采用rtk模式进行城市线路测量时，应注意成果的可靠性，尤其在建（构）筑物较多等易造成多路径影响的状态下，应采用多次较长时间的观测，并采用其它相应手段进行校核。 在作业前应选择良好的观测时段，作业中要以一种平和的心态，耐心等待较好的观测条件，以时间换取质量，或采用改变设桩的位置等相应策略。52数据链的通讯数据链采用 pacific crest corn“r“t”公司生产的防水型rfm96w，输出功率为zw，其中一台最大功率可设为35w，本次工程采用zwzw的通讯，电台间的通讯有效控制半径为 10 km，但在城市中实际通讯距离受到极大影响，需要顾及无线电池平，线路损耗，天线的配置与安置，传输路径衰减，接收机灵敏度及大气状况等因素。在城市rtk测量时，因环境条件较差，干扰较多，应以低档速率4800hp8来发送数据，确保传输的可靠性，选择中或低档的数宇镇噪来避免干扰的影响，由于通讯传播的直线性和地形地物的遮挡，应充分利用地形和高层建筑的有利位置安置发射机的天线，并将发射机的天线朝向接收机的方向。在本次工程中，数据链的工作基本正常，但在密集生活区及越靠近城市中心时，数据通讯受到相当影响，尤其在g39j16至g42j18中，数据链相当一部分时问处于回避状态，无法正常通讯。53供电情况本次工程采用b刀镍镐电池供电，zw规格的rfm96w在接收数据或闲置状态下，耗电量一般不超过卫zw，在发射期间的最大耗电功率不超过10zw，设在参考站上的电池大约可供连续工作3小时。任何10vdc16vdc外部电源，特别是汽车供电系统的铅一酸电池，都可满足gps系统的供电需要。6. 结语在东北郊变开断进南门变220kv线路工程中，充分利用rtk技术进行了定线及定位工作，在城区建（构）筑物较多，通视极端困难的情况下，发挥了gps设备的巨大优势，减轻了劳动强度。定位成果基本是满意的，但也存在需进一步研究的问题。（1）rtk测量的点位精度可达厘米级，且各点位精度较为均匀，可应用干城市送电线路工程。（2）流动站的精度是相对于参考站而言，各桩间的误差有一定的相对独立性，尤其不是在同一个测量链的情况下。个别桩位的错误不会影响到整个耐张段的确立。（3）在单次rtk测量测定的62个桩中，有5桩存在错误，合格率为引9，不能保证一次性成果百分之百的准确。由干多路径等因素的影响，尤其在建（构）筑物较多的情况下，应采用重复rtk测量或全站仪等其它方法迸行