GPS送電線路復測方法

【摘 要】送電線路樁位復測過程中經常遇到前后樁位不通視的情況，采用全站儀進行一到兩次乃至多次繞樁復測不僅費時，而且補樁精度較差，在遇到大片障礙物時甚至行不通。利用GPS進行線路復測則克服了這些困難，工效大大改善，是一種方便快捷的復測方式。在對多條GPS送電線路復測實踐的基礎上，本文整理、歸納了徠卡GPS1200量測系統線路復測程序和方法。

【關鍵詞】徠卡GPS1200 ； 樁位 ；線路復測方法 ；轉換坐標系GPS 

Line repetition measurement method based on GPS

Ma Long

(JiangsuPower Transmission Transformation Corporation Nanjing Jiangsu 210028)

【Abstract】Adjacent pile positions are often reciprocal-covered by some obstacles in line repetition measurement activity. Total station measurement is not only time-consuming but alsocharacteristic of lower adding-piles accuracy. Moreover，Line repetition measurement based on total station instrument is inoperable when lots of obstacles are encountered. GPS measurement is a kind of convenient and rapid line repetition measurement method .The method is capable of overcoming the difficulties mentioned and improving work efficiency. Based on the GPS line repetition measurement practices of multiple transmission lines， line repetition measurement procedures and methods based on Leica GPS are generalized in detail.

【Key words】Leica GPS1200 ;Pile position ;Line repetition measurement method ;Transformation coordinate GPS

1. 引言 

近年來，出于規劃的需要，設計定位人員在線路通道定位時通常將塔位中心樁和線路方向樁定位在偏遠山區樹林內、高速公路路邊綠化帶以及大片的經濟作物林中以減少線路對于居民區和耕地的影響，而這使得線路的前后定位樁大都不通視，測量人員通常采用全站儀進行繞樁復測。然而，采用此法不僅費時，且測量誤差高、補樁精度低，在遇到大片的繁茂樹林時甚至行不通。

GPS（全球定位系統）自上世紀90年代全面建成以來，憑借其全天候作業、定位精度高、觀測時間短、測站間無須通視、可提供三維坐標、自動化、高效益等優點［1］很快贏得我國各領域廣大測量工作者的信賴，并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監測、工程變形監測等多種學科。在送電線路前后樁位不通視時，采用GPS進行線路復測不僅方便快捷、作業效率高，而且復測作業的數據成果直觀明了，并可通過計算機集中處理，真正實現了信息化作業。本文將結合徠卡GPS1200量測系統的應用特點和功能，對線路復測過程中GPS的使用方法進行詳細的闡述。

2. 徠卡GPS1200量測系統

徠卡1200系列GPS作為目前最新的GPS接收機之一，憑借其采用的SmartTrack技術、SmartCheck技術和無線數據通訊技術，保證了其更好的衛星跟蹤能力、更高的長基線觀測解算基線精度、更快更準更遠的相位差分定位作業（RTK）［2，3］、更快的RTK數據采集和更新率、更多的RTK放樣定向方式、更便捷的數據通訊、輸出、存儲、處理方式 、更加優越的用戶可編程功能［4］。徠卡GPS1200作為一個產品系列，分為：GX1210-單頻GPS；GX1220-雙頻GPS；GX1230雙頻RTKGPS。本文介紹GX1230。

GX1230雙頻RTKGPS量測系統包括：

2.1 AX1202雙頻天線，接受天空中的衛星信號，并通過天線電纜將衛星信息數據傳輸給接受機。

2.2 雙頻RTK接收機。能夠捕獲到按一定衛星高度截至角所選擇的待測衛星的信號，并跟蹤這些衛星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出測站的三維位置。

2.3 RX1210T接收機手薄，可以進行數據的輸入，對儀器進行操作，顯示儀器的工作狀態和查看儀器的各種信息。

2.4 配套數據鏈。參考站數據鏈電纜連接參考站接收機和電臺，流動站數據鏈電纜連接流動站接收機和電臺，參考站鞭狀天線連接器與鞭狀天線用于電臺發射信號，即將參考站的數據通過電纜輸出到電臺，再用鞭狀天線發射出去。流動站鞭狀天線連接器與鞭狀天線用于流動站電臺接收參考站電臺發射的數據，并將數據輸入到流動站內進行實時解算。GX1230雙頻RTKGPS量測系統的主要組成部分如圖1所示。

3. GPS送電線路復測方法

3.1復測段落的劃分和轉換坐標系的確定。

通常，在無障礙物的平坦大地上，徠卡1200系列GPS電臺高頻頻率的覆蓋范圍7Km～10Km。然而，送電線路通道并非理想的平坦地帶，大多數崎嶇不平，有的處于高山峻嶺，有的處于丘陵洼地，有的處于城市高樓大廈之間……，因此，實際工程中徠卡1200系列GPS參考站電臺高頻頻率的覆蓋范圍也就有4Km～5Km左右，這就要求在線路復測過程中合理的劃分復測段落和參考基站的位置，盡量減少架設基站的次數，提高工作效率。復測時根據線路路徑圖和線路長度將整條線路合理地劃分為若干個復測段落，并在每個復測段落內合理地選擇參考基站架設的位置。 

圖1 GX1230雙頻RTKGPS量測系統

圖2 建立轉換坐標系的控制點位

GPS衛星定位使用的是空間數據，為了滿足定位需求，國際上通常采用1984年得出的最適用于全球的以地心為原點的全球三維坐標系統-WGS84，這一系統是GPS定位的基準，GPS搜索測量所得出的最原始的坐標都是WGS84坐標［2］。線路復測過程中，通過匹配計算各控制點的WGS84坐標（全球坐標系統）和北京54坐標（地方坐標系），建立兩種坐標的轉換坐標系（轉換參數），并利用此轉換坐標系和GPS搜索到的各測量點WGS84坐標，基于各測量點在WGS84坐標中的相對位置關系來推算出實際作業中各測量點的地方坐標關系，求解出各點對應的北京54坐標。送電線路復測時，建立轉換坐標系的控制點可以是復測項目2月圖時已找到的線路樁位點，也可是測繪部門提供的標準控制點（WGS84坐標無約束平差且已知這些點的北京54坐標），控制點數通常為2個（復測一條線）或3個（復測整個區域中的各點）。如圖2所示，建立轉換坐標系的控制點可以是線路樁位J1、J2、J3、J4、J5中任意3點，也可以是線路附近且覆蓋整個測量區域的A、B、C三個標準控制點。

通常，復測人員事先可以根據設計人員提供的樁位成果表和轉角塔位轉角度數采用EXCEL電子表格計算出平斷面圖中各樁位點的假定54坐標（并非實際的北京54坐標，但各點的相對位置關系和各點在實際北京54坐標系中的位置關系是等同的），根據各點假定54坐標或者直接根據設計定位人員提供的平斷面圖中各樁位的實際北京54坐標，利用已建立的轉換坐標系，復測已有樁位點，并放樣塔位中心樁和線路方向樁。 

3.2 復測程序和方法。

線路復測過程中，通常是從線路的小號側向大號側作業或者反方向作業，在沒有標準控制點建立轉換坐標系的情況下，徠卡GPS1200量測系統復測的程序和方法包括。

3.2.1 根據前述復測段落的劃分原則將整條線路劃分為若干個復測段落，并在第一復測段落的中間位置附近選擇一點CK-01作為參考基站架設點，并調試基站使之電臺信號發射通暢，作業界面如圖3所示。

3.2.2 根據已有轉角樁位采用一點轉換坐標系搜索下一轉角樁位。如圖3所示，復測前，復測人員在線路起始區域找到線路的第一轉角樁位J1，采用GPS搜索J1的WGS84坐標，再根據已有的該點北京54坐標（勘查定位人員提供或事先假定54坐標），采用一點匹配法建立轉換坐標系ZBX-1，據此坐標系和第一耐張段轉角樁J2北京54坐標，采用GPS搜尋到J2點，并搜索J2點WGS84坐標。

3.2.3 根據轉角樁位J1、J2的北京54坐標和WGS84坐標，定義放樣線J1-J2，并采用二點匹配法建立轉換坐標系ZBX-2，據此坐標系和J1－J2耐張段內各樁位54坐標、樁位復測成果，復測各樁位點的橫線路偏差、樁間距離、累距及轉角度數，同時放樣塔位中心樁和線路方向樁。

3.2.4 J1-J2耐張段復測完畢后，根據轉換坐標系ZBX-2和下一耐張段內任一直線樁位Zi或者轉角樁位J3的北京54坐標（在耐張段不是很長的情況下，最好選取轉角樁位J3）搜尋到Zi或者J3，并采用三點匹配法建立J1、J2、Zi（J3）三點的轉換坐標系ZBX-3，作業界面如圖3所示。

3.2.5根據轉換坐標系ZBX-3完成J3-J4、J4-J5耐張段內各樁位點的橫線路偏差、樁間距離、累距及J3、J4、J5轉角度數的復測，作業界面如圖3所示。

3.2.6在完成J1-J5這一段落的復測后，需重新選擇參考基站來完成第二復測段落的復測，作業人員首先在第二復測段落的中間位置附近選擇新的一點CK-02作為參考基站架設點，然后在參考基站CK-01繼續工作的狀態下來完成CK-02點WGS84坐標的搜索和保存，這樣在架設第二復測段落參考基站時，只需將搜索保存的CK-2點WGS84坐標輸入到基站主機內并新建CK-02點即可完成新參考基站的設定，這樣做就不用重新定義新的坐標系，仍然沿用第一段落復測時采用的轉換坐標系ZBX-3進行第二段落內各耐張段的復測工作，采用這種方法避免了前述步驟的重復，簡化了整條線路的復測程序，大大提高復測作業的效率。

圖3GX1230雙頻RTKGPS量測系統復測作業界面

圖4徠卡GEO OFFICE軟件處理復測數據成果

3.2.7通過徠卡GEO OFFICE軟件進行集中處理的復測作業的數據成果，如圖4所示。

3.3 復測注意事項。

徠卡GPS1200量測系統線路復測時應注意如下幾點。

3.3.1采用三點匹配法定義轉換坐標系時，各點匹配計算的精度控制在10mm之內，這樣定義的轉換坐標系將大大提高線路復測放樣時準確性。

3.3.2轉角角度的復核。在復測時采用的各點坐標均為平面直角坐標北京54坐標，這樣只需各點的復測橫線路和順線路的偏差保持在2mm內即可保證轉角角度的準確性。作業人員也可通過流動站主機程序反算任一轉角樁位的轉角度數。

3.3.3在設定配置集時注意保持參考基站電臺通道和流動站電臺通道的一致性。

3.3.4采集已有樁位坐標和放樣塔位中心樁及方向樁時，應確保電臺信號發射的通暢，同時保證幾何精度因子（3DGP）處于較小值（通常維持在0.015m內）。

3.3.5 提高GPS線路復測準確性的具體措施包括。

3.3.5.1 采用規劃部門提供的線路復測段落內的任意3個標準點（具備WGS84和北京54坐標），建立匹配三點的坐標系，匹配的精度越高，復測時的準確性越高。

3.3.5.2 直接采用勘查定位人員提供的各樁位點北京54坐標。

3.3.5.3 基站最好選擇在高而開闊的位置，保證電臺信號發射的通暢。

3.3.5.4 建立轉換坐標系的三個控制點盡量能夠覆蓋整個復測段落。

3.3.5.5 將基站電臺的發射頻率調至高頻。

3.3.5.6 采用不同的轉換坐標系復測同一點，尤其是相鄰復測段落的銜接點。

4. 結語

筆者采用上述方法對500kV馬鞍山～錫西南送電線路的定位樁進行了全線GPS復測，復測線路全長約50Km，塔位128基，其中51基塔位位于桃樹林和高速公路綠化帶中，前后定位樁位不通視。復測時將整條線路分成5個復測段落，參考基站均架設在復測段落的中間位置附近，復測半徑均控制在5Km以內。5個段落的GPS復測表明：全線312個定位樁的橫線路偏差復測值均在2cm以內，前后樁間距離、線路各檔檔距的復測值均在3cm以內，復測用時僅僅8天，作業功效相對于傳統全站儀復測方式大大提高。在前后樁位不通視時，采用GPS進行線路復測作業時間明顯縮短，作業采集的各參數數據成果直觀明了，無需人工計算復核，且可通過計算機集中處理，工效將大大提高。

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參考文獻

［1］ 《GPS測量原理及應用》徐紹銓，武漢測繪科技大學出版社，武漢，1998；

［2］ 《差分GPS定位技術與應用》王廣運，北京電子工業出版社，北京，1996

［3］ 《送電線路測量》唐云巖，中國電力出版社，北京，2005；

［4］ 《GPS1200中文操作手冊》上海歐亞測量系統設備有限公司，上海，2005；

［5］ 《GPS1200用戶簡易參考手冊》 上海歐亞測量系統設備有限公司，上海，2005；

［文章編號］1619-2737（2010）11-15-236