GPS-RTK原理及其在输配电线路测量中的应用.doc

GPS-RTK原理及其在输配电线路测量中的应用摘 要：文章简述了全球定位系统（gps）的基本结构和gpsrtk技术的测量原理，介绍了gps的优缺点及gps在输配电线路测量中的应用。关键词：gpsrtk；输配电线路；测量全球定位系统gps是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间，因其具有自动化程度高、观测速度快、定位精度高、经济效益显著等诸多优点而被广泛应用。利用gps技术不仅可以建立各种精密的城市控制网和工程控制网，而且gps技术还具有经纬仪、全站仪等传统方法不能实现的功能和应用领域。同时gpsrtk技术具有实时厘米级的定位精度，目前已在电力、水利、道路、林业和勘界测量等领域得到了很好的应用。而将gpsrtk技术应用于输电线路测量中，特别是定线、测距、高程测量、断面测量以及杆塔定位测量等工作，可以大大提高工作效率和勘测精度。1 gps简介（1）gps空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面的倾角为55，卫星的平均高度为20 200 km，运行周期为11 h58 min。卫星用l波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号。导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。（2）gps地面监控站主要由分布在全球的1个主控站、3个注入站和5个监测站组成。主控站根据各监测站对gps卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。（3）gps用户设备由gps接收机、数据处理软件及其终端设备（如计算机）等组成，gps接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出gps接收机中心（测站点）的三维坐标。2 gpsrtk技术gpsrtk技术是以载波相位观测值为根据的实时差分gps（gpsrtk）技术。实时动态定位（rtk）系统是由基准站和流动站组成的，进行rtk定位时，需要基准站和流动站之间的配合。首先，基准站通过数据链，将其观测值和测站已知数据一起传送给流动站；然后流动站通过数据链接收来自基准站的数据，同时再采集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，整个过程历时不到1 s。rtk定位技术实现的关键在于数据的传输和数据的实时处理，而建立无线数据通讯是实时动态测量的保证。gpsrtk技术其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样，用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少多余的观测，提高工作效率。3 gpsrtk技术应用于工程测量的优缺点3.1 gpsrtk技术的优点第一，gps测量可以精确测定测站点的三维坐标，可以提供较为准确的数据，其高程精度已达到四等水准测量的要求。第二，测量时间短，进行gps测量时，动态相对定位仅需几秒钟就可以了，而静态相对定位虽然所需时间多一些，但也最多超不过20 min。随着gps测量技术的不断完善，软件的不断更新，时间还会进一步缩短。第三，仪器操作简单，目前观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。第四，测站间无需通视，gps测量使得选点工作更加灵活方便，它可根据实际需要确定点位，不需要测站间相互通视。第五，无时间限制，gps测量可以实现全天候作业。它可以在任何地点、任意时间连续进行观测，它具有分布均匀，卫星点数目多的特点，且它一般不受天气状况影响，可以在任意时间段观测。3.2 gpsrtk技术的缺点gpsrtk技术有以下缺点：测量结果会受到卫星可见度的影响；外界干扰也可能对测量结果产生影响；需要有合适的电力供应（电源）等。4 gpsrtk技术在输电线路测量中的应用4.1 应用于选线测量影响线路走径的因素很多，必须遵循一些基本原则，如尽量少拆房屋；避开重要的建筑；避开地质条件不好的内涝区、矿区等地区；按规划部门、铁路、公路部门的要求跨越铁路、公路；与通讯光缆、一、二级通讯线的交叉角要符合电信部门的要求等。因此，线路走径的优化设计越来越重要，合理、经济的路径方案能带来一定的经济效益和社会效益。线路路径方案优化设计可以通过航测资料、高分辨率的卫片等手段来实现，但在一般输配电线路工程中并无这些资料。利用gpsrtk技术并参照收集的地形图可以实现选线及路径优化。在选线时，对线路路径有影响的地方均用gps进行测量，测出坐标，利用软件生成cad图，在微机上进行路径调整，确定线路走径及各转角坐标。特别提出的是，在选线时各预计转角位置应测量一到两个点，以控制转角的位置，使用室内调整路径时转角躲开坟、井、坎子等落在合适的位置。具体作业时在15万或其他比例尺走径图上预设好参考站点，使其能被合理有效利用，每一参考站应能完成一个以上直线段的定线及定位工作，同一直线段应使用同一参考站。4.2 应用于定线定位测量利用gpsrtk的实时动态测量的功能，将各转角坐标输入，然后利用两个转角点定义直线，再在实地放样该直线，直接测出各直线桩、断面点的里程、高程。利用gps数据处理软件生成一定格式的数据文件，输入到线路成图软件中绘制平断面图。在设置直线桩时，首先进行初步测量，观察相对于直线的偏移量，若偏离直线较多时，不记录此点，经调整后再进行观测、记录。直线桩按控制点观测，一般记录10个以上历元（gps操作手簿可以自动设定点位误差限差，操作过程中可以自动判定解算值符合限差要求并给予提示）。一个直线段应在同一参考站上完成。每次换参考站时均对上一参考站确定的直线桩进行校测，校测结果点位在5 cm以内，高程在7 cm以内。直线桩距离一般不少于200 m。5 rtk技术在输电线路测量中存在的问题rtk技术在输电线路中的应用大大提高了工作效率，降低了劳动强度。但由于诸多不利因素降低了采集数据的质量。在应用过程中，存在着3部分误差：一部分是对每一个用户接收机所公有的，例如卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等。第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差。第三部分为各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。利用差分技术，第一部分误差完全可以消除。第二部分误差大部分可以消除，其主要取决于基准接收机和用户接收机的距离，可以控制rtk的有效作业半径来控制这部分误差。第三部分误差则无法消除。6 rtk技术优化探讨网络rtk技术：在一定区域内建立多个（一般为3个或3个以上）的gnss基准站，对该地区构成网状覆盖，并以这些基准站中的一个或多个为基准，计算和发播gnss改正信息，对该地区内的gnss用户进行实时改正的定位方式，形成gnss网络rtkcors系统与常规rtk相比具有作用范围广、精度高、野外单机作业等众多优点，主要体现在：改进了otf初始化时间，扩大了有效工作的范围；高效精度高，连续的基准站能提供实时的高精度动态定位服务，用户能实时观测，提高工作效率：可靠性更高，抗干扰更强，拥有完善的数据监控系统以及固定可靠的数据链通讯，能有效地消除系统误差、周跳和减少噪声干扰；成本更低，不需要架设基准站，实现单机作业；扩大应用范围，提供远程internet服务，实现数据共享。建设永久性连续运行参考站系统cors，提供国际通用各式的基准站站点坐标和gps测量数据，满足各类不同行业用户对精度定位，快速和实时定位、导航的要求，及时地满足城市规划、国土测绘、地籍管理、城乡建设、环境监测、防灾减灾、交通监控、矿山测量等多种现代化、信息化管理的社会要求。7 结束语由于gpsrtk技术在输电线路的测量中有着诸多优点，它有着广阔的应用前景。利用gpsrtk进行输电线路测量凸显优势，是输配电线路测量的一项突破性的技术革新，作为一种全新的测量方式，它必将在输配电线路等工程测量中发挥巨大的作用。参考文献：1孔祥元.大地测量学基础m.武汉：武汉大学出版社，2010.2邓利平.论gps系统在建设工程测量中的运用分析j.广东科技，2008（3）.3管国斌.全球定位系统（gps）在工程测量中的运用j.中国科技信息，2007（24）.4刘付林.gps系统在工程测量中的应用实例分析j.科技致富向导，2011（17）.abstract: this paper outlines the basic structure of global positioning system（gps）and the measurement principle of gpsrtk technology, i