毕业设计论文-全站仪与RTK技术在输电线路测量中的应用.docx

龙岩学院毕业论文题目：全站仪与RTK技术在输电线路测量中的应用院 系： 资源工程学院 专 业： 测绘工程 班 级： 2012级测绘工程 学 号 二0一六年六月三日全站仪与RTK技术在输电线路测量中的应用资源工程学院 测绘工程2012092540 徐金玉 指导老师：贾秀丽【摘要】本文主要叙述全站仪和RTK的测设原理，并结合漳平和春220kv变电站工程，简要分析全站仪及RTK技术在测量应用中的特点，使其在线路测量中各自发挥作用,以提高工作效率加快工程进度【关键词】全站仪；RTK技术；线路测量目录1引言41.1 研究背景及现状41.2 研究意义及内容42全站仪和RTK的测设原理42.1全站仪工作原理42.2 RTK工作原理42.3全站仪和RTK优缺点对比53 输电线路测量53.1 初勘测量53.1.1 研究区概况53.1.2 控制观测53.1.3 光电测距三角高程测量63.1.4 控制点成果63.1.4 带状地形图测绘73.2 终勘测量83.2.1 中线测量83.2.2 横、纵断面测量93.2.3交叉跨越测量103.2.4全站仪配合RTK进行弧垂测量113.3 注意事项124 结论13参考文献：14致谢151引言1.1 研究背景及现状随着科学技术的飞速发展，人类社会步入了电汽时代，电力资源的利用在人们的生活中已经成为不可或缺的一个重要角色，而线路测量则是输电线路的输送容量和线路安全的保障。在五六十年代使用经纬仪视距法测量，查视距表或拉计算尺测量高差，直至八十年代，自动记录的全站仪和外接记录器的应用也得到发展，到九十年代，测量技术可谓日新月异，GPS解决了线路测量的大多数问题。随着以3S技术为代表的现代测绘技术体系的建立，输电线路测量的产品形式和技术手段及其应用上均发生了巨大的变化1。现在，利用先进、精密的仪器及自动化成图软件，进行线路测量，为高压输电线路的设计提供数据依据，已经成为现代输电线路测量的主流方式。1.2 研究意义及内容用常规的数字测图手段进行线路测量，其效率已无法满足实际测量的要求。通过全站仪配合RTK在输电线路测量中使用，充分发挥各自的优势，取长补短，这样既能提高数据的采集速度，又可以提高工作效率，减少人力物力的浪费 2，尤其是在树木茂密、地势复杂的山区。本文通过对全站仪和RTK在输电线路测量应用中的特点进行分析，旨在将两者结合，灵活运用到同一项目中，实现优势互补，能够快速、精确完成测量任务。2全站仪和RTK的测设原理2.1全站仪工作原理全站仪电子测角的实质是采用了光电度盘，将度盘的角值转变成为能被光电器件接收和识别的特定信号，然后再转换成常规的角值，从而达到读数记录的自动化以及数字化，减少工作人员的工作量3。 电子测距的基本原理是利用仪器发出光波（光速C=30万km/s），通过测定出光波在测线两端点间往返传播的时间t来测量距离S：S=Ct/2 （2-1）式中乘以1/2是因为光波经历了两倍的路程, C为光速。设未知点C坐标为（XC，YC，ZC），测站点A坐标为（XA，YA，ZA），后视点B坐标为（XB，YB，ZB），S为侧站点与未知点距离，AB表示测站点到已知点的坐标方位角，表示观测得到的水平角，为观测的竖直角，i为仪器高，v为目标高，则未知点C坐标为：（2-2） 对于式中的“”，当AB+180时，为“+”，当AB+180时，为“-”。2.2 RTK工作原理RTK（Real - Time kinematic）实时动态差分法, 在参考站架设一台GPS-RTK接收机，连续观测所有锁定及可见的GPS卫星，并将观测数据通过无线电传输设备实时发送给用户流动站。在流动站上，GPS同时接收来自卫星和参考站发送过来的数据4，然后通过GPS相对定位的原理解算出流动站的坐标(x，y，h)。使用RTK在野外实时就能得到符合测量精度要求的数据，而且操作简单，能够全天作业，在实际测量中使用广泛。2.3全站仪和RTK优缺点对比表2-1 全站仪与RTK优缺点对比全站仪RTK优点1. 快速安置，适应性强2. 定方位角的快捷性3. 测距的自动与快速性4. 点数据处理的快速与准确性a.全天作业,不必通视b. 操作简便、数据处理能力强c.自动化作业，效率高d.定位精度高，没有误差积累缺点1.短间隔测量(最长测距1.5km左右)2.必须有可见光、光学通视3.搬站导致误差累计a.测量间隔10km左右b.卫星信号强度影响观测精度及效率c.电量不足问题3 输电线路测量3.1 初勘测量3.1.1 研究区概况研究区位于漳平市和平镇和春村隔头坪自然村西北部约200m处的山前坡地上，呈四周高中间低地势，海拔高程约200270米。研究区内坡地有密集松树和杂树，中间是梯田，种有大面积桃树、小面积水稻，附带有部分鱼塘和旱地。区域内有少量棚房作养殖，东北角有大块养猪场。已收集到研究区附近4个国家C级控制点A048、426P、427P、441P可用于控制联测。现场调查和检测核实已有控制点，并在研究区内埋设E级控制点5个（埋设水泥预制标5个，编号KC01-KC05），以静态GPS测量方式进行测量与平差计算，高程采用三角高程方法测量并平差计算5。同时在测区埋设若干用于测图与放样的埋石图根点，以GPS-RTK方式或图根光电导线方式测量。研究区地形图测绘外业采用徕卡GS14型双频接收机以RTK方式和全站仪进行数据采集，并绘制草图。内业采用南方Cass7.1绘制成图，等高距1m。3.1.2 控制观测根据提供的C级GPS控制点：426P、427P、441P、A048，预计新埋站址控制点45个，并利用GPS仪器作静态观测及平差处理。新增站址控制点位应尽量选在交通方便、视野开阔、稳定、牢固的地方，也要便于保存以供下一阶段使用。点位应远离高压电线、电视转播台、电视台、强的干扰台等和建筑物、树木等各种障碍物，以避免多路径效应及卫星信号遮挡。现场必须对收集的点位是否完整可靠进行调查，确保位置可靠，与所收集数据一致，才可用于控制点联测和加密。本次研究的首级控制网级别为E级。采用GPS布设控制点，其技术要求满足如下规定：表3-1 GPS测量技术要求级别E级卫星截止高度角（度）15同时观测有效卫星数4有效观测卫星总数4观测时段数1.6时段长度(min)静态45快 速静 态双频+P(Y)码5双频全波10单频或双频半波20采样间隔(S)静态1030快速静态515有效观测时间 (min)静态15快速静 态双频+P(Y)码1双频全波3单频或双频半波53.1.3三角高程测量本次测量采用徕卡TS06全站仪，水平角观测三个测回，对于导线边长的测量，应该每条边观测三个测回，每个测回四次读数，取中数使用，测回读数较差及往返较差均严格按规范要求执行。每个测站气温读至0.5，气压读至0.5hpa，其精度按一级导线测量要求执行。最后采用南方测绘仪器公司开发的平差易软件进行迭代平差。平差结果须满足：指标差互差小于15，垂直角测回较差小于15，对向观测高差较差小于0.2S，环形闭合差小于0.07n。其它观测要求符合大纲规定。精度统计情况：每公里高差中误差 = 14.34 (mm)，最弱点高程中误差KC04= 12.07 (mm)，高差闭合差=-11.00(mm)。满足精度要求。最后，进行高程控制网（点）平差计算：以KC02为起算点，求得其它控制点的高程值，作为最后高程成果。其中路线长度1.289km，高差闭合差为-11.00mm。平均边长：322.199(m)。闭合差统计报告:路径：KC03-KC04-KC01-KC02高差闭合差=-11.00(mm),限差=704.000=140.00(mm)路线长度=1.289(km)3.1.4 控制点成果表3-2 控制点成果点号XYH控制点标志埋设情况说明KC012818316.877543264.159356.923实地埋设10cm10cm水泥预制桩，水泥桩中间带有十字的铆钉，桩面写有KC01字样。KC022818635.075543196.688348.600实地埋设10cm10cm水泥预制桩，水泥桩中间带有十字的铆钉，桩面写有KC02字样。KC032818566.642542823.852385.738实地埋设10cm10cm水泥预制桩，水泥桩中间带有十字的铆钉，桩面写有KC03字样。KC042818382.250542877.086358.575实地埋设10cm10cm水泥预制桩，水泥桩中间带有十字的铆钉，桩面写有KC04字样。KC052818100.223542964.502317.655实地埋设10cm10cm水泥预制桩，水泥桩中间带有十字的铆钉，桩面写有KC05字样。3.1.4 带状地形图测绘在地形较为开阔，四周没有较高的建筑物和树木的情况下，可使用RTK进行快速的地形测量。使用GPS-RTK进行碎部测量，不必画草图，在记录碎部点时,将点号按一定的格式保存(如“围墙”使用其拼音首字母WQ或Q表示)，以方便内业处理时识别。综上所述，使用GPS-RTK进行野外作业时，可一名测绘人员使用一台流动站的模式，这样可以节省部分人力、物力去处理其他事务，加快工程进度。 由于研究区内坡地植被密集且分布广，通视条件较差，交通条件一般，地形破碎复杂，因此采用全站仪配合棱镜进行地形图的测绘。全站仪除了配合棱镜，还可进行无棱镜测距(或无接触测距)，即全站仪发射肉眼可见的红色激光束，经过目标地物反射，得到目标与测站之间的相对位置，再利用Cass软件进行展点7。两种方式都是运用相位法来测距,所得数据的精度几乎相等8。图3-1 全站仪联合RTK测图基本流程图在野外测量过程中，全站仪采用由RTK提供的图根点作为控制点，进行外业点位数据的测量，过程中减少了全站仪从其它地方引入控制点的流程，也就降低了测量人员的劳动量，提高测量速度；有效的减少了测量时的换站次数引起的误差累积，提高测量数据的精度。针对RTK与全站仪优缺点的补偿性，在植被密集、地物复杂地带，采取RTK配合全站仪的方法：由GPS-RTK测量图根点，实际证明RTK的测量精度完全可以满足图根控制的要求，接着运用全站仪采集碎部点数据。与此同时，RTK也可以在空旷地区进行部分地物点位数据的测量，二者同时进行。图3-2 成果展示图3.2 终勘测量3.2.1 中线测量中线测量是指按照设计路线进行测设直线和圆曲线，将输电线路中心线在实地敷设到具体位置上去9。在出外业的前一天晚上,先用电脑在设计图纸上把道路上的所有中桩点的坐标复制粘贴到Excel表格中，然后复制到记事本中，把记事本的格式改成“.dat”文件格式，再通过SD存储卡导入到RTK的手簿中。在测区现场用徕卡GS14型GPS接收机中的点放样功能进行中线测量，若发现设计的中心桩位在现场并不适合立塔，应与甲方协商后重新确定塔位再进行测量。每放出一个中桩点并测量出这个点的三维坐标，再用木桩在点上做好标记，以便我们在后面的中桩高程测量和横断面测量时可以找到对应的中桩点。3.2.2 横、纵断面测量当塔基位于树木较高，树林茂密或者地势复杂的地方时，如果只用GPS测量，要求GPS上空开阔才有固定信号，要砍伐很多树木，费时费力。此时就采用全站仪来配合测量，通常用GPS测量塔基桩位坐标，然后用全站仪测量塔基断面，这样可以提高野外测量效率。具体测量方法如下：（1）用RTK放样及测量出塔位中心坐标，沿着线路后退方向20米左右再测量一个方向桩坐标；（2）将全站仪架设在塔位的中心桩位上，精确对中整平、量取仪器高，设置后视方向； （3）按照结构设计人员提供的塔腿方向、间距和范围，测图比例尺要求，规范规定的点间距离采集断面数据，如遇高低起伏较大处（超过0.5m）时应加测点位； （4）草图绘制，记录相应点位目标高度数据；（5）数据整理，绘制断面图；图3-3 塔基断面勘测示意图图3-4 塔基断面图截图图3-5 平断面图截图3.2.3交叉跨越测量当设计线路跨越其他物时，我们要测量被跨越物的高程，被跨越物有电力线、通讯线、建筑物、公路铁路、河流等10。对影响杆塔高度的已有10kV及以上电力线路，应在不同位置进行检测、复测，避免粗差与错误，且应注明所测导线的属性。当测量交叉跨越电力线、通讯线的时候，我们采用全站仪配合RTK的方法进行测量，具体方法如下：（1）用GPS在线路中心上测出Z的坐标，及测量被跨越线路直线段上的两个杆塔A和B坐标，然后再使用坐标反算的方式求出Z点到A和B点之间的距离为D1、D2及AB点的距离D3；（2）将全站仪架设在Z点上，测量出Z点到A和B之间的水平角b、a，还有Z点到O点即交叉跨越点的高度角，即可计算出测站Z至交叉跨越点O之间的平距D，即可求出交叉跨越点的标高。 相关公式如下： （3-1）则交叉跨越点的标高为： （3-2） 图3-6 测量交叉跨越示意图3.2.4全站仪配合RTK进行弧垂测量弧垂是指相邻的两基塔杆处于平坦的地面上，且导线的悬挂高度相同时，导线最低点与两个导线悬挂点之间连线的垂直距离11。导线的弧垂是输电线路平稳运作的关键性指标，而架空线的档距、应力及其所处气象环境条件都会影响弧垂的大小，而不符合规范要求的弧垂不单会导致安全隐患，还影响了线路的输送容量12，因此需要对弧垂进行实时监测或者校验。全站仪联合RTK进行测量的步骤：根据已知点进行RTK点位测量精度的校正,并选取通视情况优越且易于仪器搬运、操作并且地面稳固不易松动、的图根点。由RTK给出图根点位坐标及位置 13，然后，在该点位上架设全站仪，精确整平对中，且对中误差保证小于1mm，再由RTK给出后视点位进行检核，偏差必须在限差允许范围内才可进行点位数据的采集。下面简要介绍利用张力及倾角的方式进行实时观测弧垂的原理：如下图，档距为l，高差为h(B高于A)，则挂点A、B之间最大弧垂为：f=l2w/8Hcos （3-3）式中，H是输电线路最低点的水平张力（导线最低点处只承受水平张力，垂直张力为零），w为输电线路单位长度的自重。图3-7 县挂点不等高的架空线导线悬挂点A、B处的倾角分别为：A=arctan(lw/2Hcos -h/l) （3-4）B=arctan(lw/2Hcos +h/l) （3-5）将式（5-2）、（5-3）中的w/H分别带入式（5-1），得f=（l/4）(tanB+h/l) （3-6）f=（l/4）(tanB-h/l) （3-7）上述关系式说明导线悬挂点的倾斜角度能够直接反映输电线路导线的实时弧垂值。3.3 注意事项A. 全站仪安置在山上、田里比较软的土地时，一定要踩紧脚架。B. 在测量过程中，一定要查看全站仪的气泡偏移情况，如果偏移过大，则重测。C. 切忌用手触摸全站仪的反光镜和玻璃表面。D. GPS信号失锁，必须重新进行初始化工作，当等到重新锁定卫星后，方可再进行碎部点观测，在此之前，为了确保准确性，最好回到已知点（最好为控制点）上进行点校核，确定误差符合规定，方可进行下步工作。 E. 一个（或多个）RTK GPS 流动站应确保同步观测大于4颗卫星，手簿显示坐标和高程允许偏差应小于30mm，偏距显示小于15mm。F. RTKGPS用于线路断面以及平面测量时，其CQ精度应控制在5cm内，点位误差应控制在10cm内，其它应满足规范GB 50741-2012和Q/GDW 298-2009中的要求。G. 如果技术设计未明确说明，一般35KV以上电力线应连线表示并注记电压伏数。H. 外业测图及内业成图都要按新图式要求，各作业组在表示方法上要统一。I. 高程注记要反映地表起伏，一般路边线、水塘边线、水沟边线等的高程注记不要保留；地物符号标高要置零。4 结论GPS-RTK测量与传统的测量方法对比，选点灵活、作业效率高、操作简便且定位精度高，大大降低了作业条件要求,可全天候作业。但是，在较为偏远的山区，树木密集，信号较差，使得GPS-RTK测量精度低，一些特征地物无法测得，需配合传统全站仪进行测量。（1）如果塔基是在植被茂密的树林中或地形比较复杂地方，我们用GPS测量塔基桩位坐标，然后用全站仪测量塔基断面。（2）当设计的线路无法通过人员直接测量的断面点、独立物时，我们可以采用全站仪配合RTK来测量出断面点或独立物的高程。（3）当我们设计的路线跨越电力线、通信线等人员无法到达的位置时，我们可以用全站仪配合RTK测量出被跨越的线高。因此，RTK 结合全站仪在线路测量方面是非常高效便捷的。将两者合理搭配使用，发挥各自优势，不但节约时间，降低测量人员的工作强度而且还提高工程的质量和进度。这对测量人员和项目承包方来说都是非常有利的，能创造出更大的利益和价值。参考文献：1 张文兵, 李鹏. 浅谈“3S”技术在矿山测量中的应用J. 科技信息, 2009,(31).2 于鹏, 王磊杰. GPSRTK和全站仪组合方法在数字测图中的应用J. 华东科技, 2014, 9.3 李红炜, 张维鹏. 全站仪测量原理及平差方法的研究J. 城市建设旬刊, 2011, (1): 2764 柳锦森. GPS网络RTK的VRS算法研究D. 合肥工业大学, 20095 方允治, 赵文聚, 仲鲁. 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