GPS在输电线路勘测中的应用.doc

GPS RTK技术在电力线路勘测中的实际应用邱宝松（乐陵市电业公司，山东 乐陵 253600） 摘 要：目前，GPS RTK技术具备的优势和特点使其应用于电力线路勘测成为必然，该技术的引入使得线路勘测工作变得简洁而高效，是电力线路勘测一次质的飞跃。关键词： GPS RTK 静态测量 线路勘测 1 RTK 概述GPS（又称全球定位系统）是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。RTK（Real-Time-Kinematic）技术是GPS实时载波相位差分的简称，它是GPS发展的最新形式。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12秒时间内得到高精度位置信息的技术。其实时处理能达到厘米级精度。1.1 RTK的工作原理 RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于载体（称为流动站）上，基准站和流动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台或GPRS/CDMA网络及时传递给共视卫星的流动站精化其GPS观测值，从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置流动站的三维坐标。1.2 GPS测量相对于经典测量来说，GPS测量主要有以下特点GPS测量因为测量原理决定了其独特的特点和优势主要有以下几方面：(1) 测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题，特别是针对于电力线路测量工作。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。(2) 定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm +5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。(3) 观测时间短。在小于20km的短基线上，快速相对定位一般只需5分钟观测时间即可。(4) 提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。(5) 操作简便。GPS测量的自动化程度很高。在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态，而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。(6) 全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。正是以上的特点，决定了GPS必然广泛用于电力线路的勘测。2 RTK测量技术在电力线路勘测中的应用：RTK技术在电力线路中的应用主要用于定线，定位，直线桩位及塔位的放样，另外还有平断面的测量。GPS所能直接提供的数据形式就是坐标，RTK最主要的两大功能就是实时测图和工程放样，我们所用的基本都是放样功能。对于平断面测量时也同样是利用放样功能记录下每个地物的点坐标，利用事先约定的点标识来区别不同的地物；也可以利用同样的方法测量塔位地形图。2.1 电力线路勘测特点：电力线路勘测的过程中即是沿着既定的起点到终点的带状区域，确定什么位置线路能经过，什么位置线路一定不能经过的。设计原则为电力线不跨越居民区，不能紧挨着沟、道等平行前进，尽量不穿越大面积森林，从而需要反复调整修正线路走径。电力线勘测的特点主要有以下几点：(1) 大部分电力线路位于山地丘陵，植被复杂，通视条件差；位于平原区也可能由于地物太多造成通视情况不好。乐陵市地处平原，盛产金丝小枣，茂盛的万亩枣林及其他林木严重限制了光学通视条件。(2) 野外地形的复杂、植被茂盛都有可能造成勘测人员迷路，走错路线，走错位置等，不但人身安全不能保证而且严重影响了工作效率。(3) 线路测量的测区分布呈带状，并且较长，绵延几十公里甚至更远，因此，容易出现较大的误差累计。(4) 常规光学仪器视距较长，可以长至1km或更长。为了保证精度，需要长距后视，而且目标较小，不易于寻找。(5) 一条线路往往很难通过一次勘测就可以完全通过，要经过反复修改线路走向，最终确定最佳方案。需要大量的人力、物力等外业费用。(6) 勘测人员体力付出较大，但是效率低下。传统的勘测对以上这些情况根本无法较好的避免，而RTK技术的引入可以较好的避免一些限制。在实际应用中，我们大多数情况采用1+1的组合方式，即一台参考站配合一台流动站，当然条件允许流动站也可以更多。可以事先将我们的外控控制成果和转换坐标系一次性导入GPS内，以省去人工录入的麻烦，也可避免错误发生。2.2 RTK测量技术应用到电力线路勘测的优势主要表现：(1) 作业效率高。 在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完15km半径的测区，仅需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率。(2) 定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为10km），RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。(3) 降低了作业条件要求。RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”，因此，和传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。(4) RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大。RTK可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。(5) 操作简便，容易使用，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便快捷地与计算机、其它测量仪器通信。(6) 支持多种形式的成果导出，简化内业工作，保证侧量精度。比如，经过RTK测量的成果，可以直接导出并生成CAD线路走经图；也可以导出到专业的电力处理软件（道亨）生成线路平面图等。简化了内业工作，保证了测量精度。(7) 便于与各级规划部门接口。电力线路的架设难免涉及到当地地方规划的问题，特别是市政规划。当前，各地各级规划部门多数都有自己的成熟的GPS设备与相关的当地控制网。只要获得对方相应的几控点坐标，经过矫正就能精确地预防与规划方案的冲突。RTK技术应用于电力线路的勘测，大大加快了选线速度，降低了线路造价，提高工作效率并保证了勘测质量，是较传统线路勘测一次质的跳跃。2.3 RTK技术虽然便捷，但也有其弊端 尽管该技术有以上优点，但也有其自身固有的不足，主要表现到以下几个方面：(1) 受卫星状况限制。因为只有接收到至少五颗卫星信号才能正常工作，卫星系统位置对美国是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值。另外，在高山峡谷深处及密集森林区，城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中可作业时间受限制。(2) 天空环境影响。白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，常接受不到五颗卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行测量。比如我们本地每天的上午11点到12点左右，下午的5点左右，初始化时间明显很长，有时难以得到固定解。(3) 数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题。RTK数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径。在城镇密楼区数据链传输信号受到限制。另外，当RTK作业半径超过一定距离（一般为几公里，每种机型在不同的环境又各不相同）时，测量结果误差超限，所以RTK的实际作业有效半径比其标称半径要小很多，工程实践和专门研究都证明了这一点。(4) 初始化能力和所需时间问题。在山区、一般林区、城镇密楼区等地作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多，容易造成失锁，采用RTK作业时有时需要经常重新初始化。这样测量的精度和效率都受影响。当然，针对线路的勘测，要克服这些缺点也有一定的办法，尽量选择较好的测量时段，参考站的位置尽量高。为此我们为避免此类现象的发生，每次作业前都把参考站架在十几层的楼顶以减少楼群的干扰，增大作业半径。另外，可以适当的用流动站加密控制点，以解决作业半径不足的问题；对于植被较密集地带则必须砍伐树木，虽然RTK无累计误差，但由于有高程异常和数据链传输误差因素等一些问题，必须对RTK进行质量控制，针对电力线路勘测比较行之有效和方便的方法就是已知点检核比较法，在每次工作之前，先检查已知点，对比两次差值，一般情况都不会超过5cm。由于GPS技术的引入，使原本比较繁琐的线路勘测工作变得十分快捷。3 结语综上所述，RTK技术应用于电力线路测量，使得线路勘测的效率、质量大大提高，而且节省了勘测人员体力的支配。另外减少了对树木的砍伐，起到了一定的环保作用。GPS技术已成为电力线路勘测的一个重要组成部分，随着GPS技术不断的提高以及广大测绘工作者的不断探索，GPS会逐