GPS在輸電線路勘測中的應(yīng)用

GPS在輸電線路勘測中的應(yīng)用
由于輸電線路勘測工作的特點(diǎn)以及全球定位系統(tǒng)（GPS）的上風(fēng)以及特點(diǎn)，使得GPS應(yīng)用于輸電線路勘測成為必然。GPS的引進(jìn)使得輸電線路勘測的質(zhì)量，效率都獲得進(jìn)步，是輸電線路勘測的一次重大技術(shù)奔騰。測厚儀| 測速儀| 轉(zhuǎn)速表| 壓力表| 壓力計(jì)| 真空表| 硬度計(jì)| 探傷儀| 電子稱| 熱像儀| 頻閃儀

1 引 言 

GPS（又稱全球定位系統(tǒng)）是美國國防部主要為滿足軍事部分對海上、陸地和空中設(shè)施進(jìn)行高精度導(dǎo)航和定位的要求而建立的。該系統(tǒng)從本世紀(jì)70年代初開始設(shè)計(jì)、研制。根據(jù)最初設(shè)計(jì)思想，利用接收衛(wèi)星發(fā)射的偽隨機(jī)噪聲碼(P碼)為美軍及北大西洋組織的盟軍提供米級導(dǎo)航定位，同時將定位精度為數(shù)十米的C/A碼偽距提供民用導(dǎo)航定位。隨著技術(shù)的發(fā)展，GPS的作業(yè)模式已從靜態(tài)丈量，快速靜態(tài)丈量，后處理高精度動態(tài)丈量，發(fā)展到動態(tài)初始化(OTF)厘米級實(shí)時RTK（載波相位實(shí)時動態(tài)差分定位(Real-TimeKinematic)）丈量作業(yè)。精度方面靜態(tài)丈量經(jīng)過后處理可以達(dá)到3mm + 0.5ppm，RTK定位精度可以達(dá)到10mm +1ppm。 

GPS丈量相對于經(jīng)典丈量學(xué)來說，GPS丈量主要有以下特點(diǎn)： 

(1) 測站之間無需通視。測站間相互通視一直是丈量學(xué)的困難。GPS這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號不受干擾。 

(2) 定位精度高。一般雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標(biāo)稱精度為5mm +5ppm，GPS丈量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著間隔的增長，GPS丈量優(yōu)越性愈加突出。 

(3) 觀測時間短。在小于20km的短基線上，快速相對定位一般只需5分鐘觀測時間即可。 

(4) 提供三維坐標(biāo)。GPS丈量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。 

(5) 操縱簡便。GPS丈量的自動化程度很高。 

在觀測中丈量員的主要任務(wù)是安裝并開關(guān)儀器、量取儀器高和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕捉，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。 

(6) 全天候作業(yè)。GPS觀測可在任何地點(diǎn)，任何時間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣狀況的影響。 

正是以上的特點(diǎn)，決定了GPS必然廣泛用于輸電線路的勘測。 

2 GPS靜態(tài)丈量在輸電線路勘測中的應(yīng)用 

輸電線路的勘測分為工測和航空攝影丈量，而無論哪種丈量方法都需要GPS靜態(tài)丈量與RTK的參與。首先參與的就是靜態(tài)丈量，即：對整條輸電線路的四周進(jìn)行控制點(diǎn)的布設(shè)及觀測，用來對整條線路進(jìn)行高程和平面控制。 
對于航空攝影丈量輸電線路，所拍路徑圖大部分為1：10000左右的照片，首先所要做的就是在這些航拍照片上選擇合適的點(diǎn)作為靜態(tài)外控的控制點(diǎn)。在控制點(diǎn)的選擇上，參照航片我們盡量選擇用肉眼好判別，且四周高差不大的地方，以方便相片的匹配；但同時我們又要兼顧線路勘測的特性，比如道路情況，是否可以方便到達(dá)等等。因此，我們在外控點(diǎn)的布設(shè)需要留意以下幾點(diǎn)： 

(1) 一條輸電線路分為幾個航帶，每個航帶圖由多張航空照片構(gòu)成，我們規(guī)定每張航帶至少有三個控制點(diǎn)來控制，不論航帶的是非。 

(2) 選擇在航片上特征相對明顯且點(diǎn)位輕易保存的位置，且四周高差較小，植被較低，并且盡量闊別建筑物。 

(3) 選點(diǎn)時要根據(jù)道路的情況，盡量選擇交通方便的地方，且不能偏離我們的線路的中線太遠(yuǎn)。 

(4) 固然線路的勘測對精度要求相對較低，選點(diǎn)時不必考慮網(wǎng)形，但須留意線路左右兩側(cè)控制點(diǎn)位個數(shù)的分布基本相當(dāng)，并且相鄰兩點(diǎn)間間隔不大于4km，由于要保證在RTK的作業(yè)半徑內(nèi)。所有相鄰兩點(diǎn)連線呈現(xiàn)鋸齒形，線路中線貫串其中。 

(5) 每個航帶選點(diǎn)總數(shù)可以每公里大于0.33個點(diǎn)作為參考。 

(6) 在整條線路的首尾及中部合適的位置適當(dāng)插進(jìn)國家的控制點(diǎn)，整條線路相對短的至少兩個（五十公里以內(nèi)），相對長的至少三個到四個（五十公里以上）。 

(7) 在選點(diǎn)時可能會由于沒有合適的位置而使兩點(diǎn)間基線太長，這時可使用過渡點(diǎn)，過渡點(diǎn)參與平差但不參與航測照片的匹配。 

控制點(diǎn)選好后就是野外的觀測工作，在觀測過程中需要留意的是： 

(1) 設(shè)置好GPS接收機(jī)，尤其是對接收機(jī)突發(fā)情況的設(shè)置，例如：接收機(jī)忽然死機(jī)以及線路接觸不良造成終端無法操控接收機(jī)。 

(2) 做好點(diǎn)之記，并記錄好天線高以及觀測時段。 

(3) 在實(shí)地做好記號，方便以后尋找。 

由于輸電線路精度要求相對不是很高，所以我們在野外靜態(tài)觀測時兩期觀測之間只保證聯(lián)測一個公共點(diǎn)，而不是公共邊。觀測時段是非視邊長而定，由于大部分為3km左右，所以大部分時段是二十到四十分鐘。 

野外觀測做好后，接下來就是數(shù)據(jù)的后處理，其中要留意數(shù)據(jù)的天線高和點(diǎn)號。數(shù)據(jù)后處理工作包括，數(shù)據(jù)平差，建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，分為一步法和經(jīng)典三維方法。由于輸電線路一般都較長，均采用經(jīng)典三維方法，求出轉(zhuǎn)換參數(shù)，靜態(tài)工作結(jié)束。 

對于工測的線路，只是無需相片匹配，其他基本工作基本一樣。 

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3 RTK丈量在輸電線路勘測中的應(yīng)用 

RTK是指載波相位實(shí)時動態(tài)差分定位(Real -TimeKinematic)，它是GPS發(fā)展的最新形式。靜態(tài)GPS丈量采用相位差分可以達(dá)到厘米甚至毫米級精度，但缺點(diǎn)是經(jīng)過事后處理才知道結(jié)果。而RTK通過實(shí)時處理即能達(dá)到厘米級精度。 
RTK在輸電線路中的應(yīng)用主要用于定線，定位，直線樁位及塔位的放樣，另外還有平斷面的丈量。GPS所能直接提供的數(shù)據(jù)形式就是坐標(biāo)，RTK最主要的兩大功能就是實(shí)時測圖和工程放樣，我們所用的基本都是放樣功能。對于平斷面丈量時也同樣是利用放樣功能記錄下每個地物的點(diǎn)坐標(biāo)，利用事先約定的點(diǎn)標(biāo)識來區(qū)別不同的地物；也可以利用同樣的方法丈量塔位地形圖。 

RTK要求一臺基準(zhǔn)站和至少一臺活動站及相配套的數(shù)據(jù)通訊鏈�；鶞�(zhǔn)站實(shí)時地把測站信息和所有觀測值通過數(shù)據(jù)鏈傳遞給活動站，活動站用先進(jìn)的處理技術(shù)來瞬時求出活動站的三維坐標(biāo)。 

RTK技術(shù)應(yīng)用到輸電電路的必然與其特點(diǎn)密切相關(guān)： 

(1) 作業(yè)效率高。 在一般的地形地勢下，高質(zhì)量的RTK設(shè)站一次即可測完4km半徑的測區(qū)，僅需一人操縱，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即得一點(diǎn)坐標(biāo)，作業(yè)速度快，勞動強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)用度，進(jìn)步了勞動效率。 

(2) 定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累。只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)（一般為4km），RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級。 

(3) 降低了作業(yè)條件要求。RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只要求滿足"電磁波通視"，因此，和傳統(tǒng)丈量相比，RTK技術(shù)受通視條件、能見度、天氣、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)丈量看來由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足RTK的基本工作條件，它也能輕松地進(jìn)行快速的高精度定位作業(yè)。 

(4) RTK作業(yè)自動化、集成化程度高，測繪功能強(qiáng)大。RTK可勝任各種測繪內(nèi)、外業(yè)�；顒诱纠�用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預(yù)便可自動實(shí)現(xiàn)多種測繪功能，使輔助丈量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。 

(5) 操縱簡便，輕易使用，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。只要在設(shè)站時進(jìn)行簡單的設(shè)置，就可以邊走邊獲得丈量結(jié)果坐標(biāo)或進(jìn)行坐標(biāo)放樣。數(shù)據(jù)輸進(jìn)、存儲、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，能方便快捷地與計(jì)算機(jī)、其它丈量儀器通訊。 

RTK技術(shù)應(yīng)用于輸電線路的勘測是較傳統(tǒng)勘測的一次質(zhì)的跳躍： 

輸電線路的工程特點(diǎn)： 

(1) 大部分輸電線路位于山地丘陵，植被復(fù)雜，通視條件差；相反位于平原區(qū)也可能由于地物太多造成通視情況不好。 

(2) 山地地形的復(fù)雜可能造成勘測職員迷路，走錯路線，走錯位置等，不但沒有人身安全且影響了工作效率。 

(3) 測區(qū)分布呈帶狀，并且較長，綿延幾十公里甚至幾百公里，因此，輕易出現(xiàn)較大的誤差累計(jì)，同時高程受地球曲率影響較大。 

(4) 儀器視距較長，可以長至1km或更長。為了保證精度，需要長距后視，而且目標(biāo)較小，不易于尋找。 

(5) 一條線路往往很難通過一次勘測就可以完全通過，要經(jīng)過反復(fù)修改線路走向。 

(6) 勘測職員體力付出較大。 

傳統(tǒng)的勘測對以上這些情況根本無法較好的避免，而RTK技術(shù)的引進(jìn)可以較好的避免一些限制。在實(shí)際應(yīng)用中，我們大多數(shù)情況采用1+2的組合方式，即一臺參考站配合兩臺活動站，廣州市駿凱電子科技有限公司當(dāng)然條件答應(yīng)活動站也可以更多�？梢允孪葘⑽覀兊耐饪乜刂瞥晒�和轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系一次性導(dǎo)進(jìn)GPS內(nèi)，以省往人工錄進(jìn)的麻煩，也可避免錯誤發(fā)生。 

RTK技術(shù)固然便捷，但也有其弊端： 

(1) 受衛(wèi)星狀況限制。當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)位置對美國事最佳的時候，世界上有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋，輕易產(chǎn)生假值。另外，在高山峽谷深處及密集森林區(qū)，城市高樓密布區(qū)，衛(wèi)星信號被遮擋時間較長，使一天中可作業(yè)時間受限制。 

(2) 天空環(huán)境影響。白天中午，受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，常接受不到5顆衛(wèi)星，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進(jìn)行丈量。 

(3) 數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制、作業(yè)半徑比標(biāo)稱間隔小的題目。RTK數(shù)據(jù)鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴(yán)重，嚴(yán)重影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑。在地形起伏高差較大的山區(qū)和城鎮(zhèn)密樓區(qū)數(shù)據(jù)鏈傳輸信號受到限制。另外，當(dāng)RTK作業(yè)半徑超過一定間隔（一般為幾公里，每種機(jī)型在不同的環(huán)境又各不相同）時，丈量結(jié)果誤差超限，所以RTK的實(shí)際作業(yè)有效半徑比其標(biāo)稱半徑要小很多，工程實(shí)踐和專門研究都證實(shí)了這一點(diǎn)。 

(4) 初始化能力和所需時間題目。在山區(qū)、一般林區(qū)、城鎮(zhèn)密樓區(qū)等地作業(yè)時，GPS衛(wèi)星信號被阻擋機(jī)會較多，輕易造成失鎖，采用RTK作業(yè)時有時需要經(jīng)常重新初始化。這樣丈量的精度和效率都受影響。 

(5) 高程異常題目。RTK作業(yè)模式要求高程的轉(zhuǎn)換必須精確，因在我國有些地區(qū)，尤其是山區(qū)，輕易出現(xiàn)高程異�，F(xiàn)象。 
當(dāng)然，針對線路的勘測，要克服這些缺點(diǎn)也有一定的辦法，盡量選擇較好的丈量時段，參考站的位置盡量高；另外，可以適當(dāng)?shù)挠没顒诱炯用芸刂泣c(diǎn)，以解決作業(yè)半徑不足的題目；廣州市駿凱電子科技有限公司對于植被較密集地帶則必須砍伐樹木，固然RTK無累計(jì)誤差，但由于有高程異常和數(shù)據(jù)鏈傳輸誤差因素等一些題目，必須對RTK進(jìn)行質(zhì)量控制，針對輸電線路勘測比較行之有效和方便的方法就是已知點(diǎn)檢核比較法，在每次工作之前，先檢查已知點(diǎn)，對比兩次差值，一般情況都不會超過5cm。 

另外，值得一提的是: 由于GPS技術(shù)的引進(jìn)，使原本比較繁瑣的線路改線工作變得十分快捷。 

4 結(jié) 語 

GPS技術(shù)應(yīng)用于輸電線路丈量，使得線路勘測的效率，質(zhì)量大大進(jìn)步，而且節(jié)省了勘測職員體力的支配。另外減少了對樹木的砍伐，起到了一定的環(huán)保作用。GPS技術(shù)已成為輸電線路勘測的一個重要組成部分，隨著GPS技術(shù)不斷的進(jìn)步以及廣大測繪工作者的不斷探索，GPS會逐步深進(jìn)到更具體的工作以及滿足更多特種工程的需要。