手持型RTK GPS接收機在寧東直流工程中的應用

王洪英，單 波，馬鳳臣

（山東送變電工程公司，山東 濟南 250022）

0 引言

GPS的應用越來越廣泛，有著常規測量技術無法比擬的優勢，隨著其應用范圍的擴大，應用深度的加深，給傳統的測量技術帶來了意義深遠的變革。在送電線路施工中，大地測量型GPS設備的RTK測量技術（實時動態差分測量）的應用已經較為成熟，相對而言，國內送電線路施工中GPS手持機的應用則比較少，僅限于引路、位置記錄等簡單功能的應用，并有待于完善并系統化。近年來，GPS測量技術不斷發展，手持機測量技術也得到了長足發展，已經出現了高達10 cm的實時定位精度的手持GPS接收機，給線路施工提供了良好的應用平臺，能夠滿足于線路工程中一般精度要求的施工測量，充分發揮手持機體積小、重量輕、靈活、攜帶方便、操作簡便的優勢。國家電網公司交流建設分公司與山東送變電工程公司于2009年3月開始共同開發研究，將手持型RTK GPS接收機測量技術引入到線路施工，并在此基礎上針對送電線路施工特點，進行了專用測量軟件的開發應用研究。

±660 kV寧東—山東直流輸電示范工程是我國首條±660 kV電壓等級線路工程，首次采用了1 000Mm2大截面導線，工程提出了技術自主創新和項目管理創新“兩個示范”。為提高線路施工技術水平、信息化水平，提高施工精度和施工效率，降低勞動強度，將手持型RTK GPS接收機應用到工程施工測量中。

1 研究內容

1.1 通信方式

使用GPS手持機要達到10 cm的實時測量精度，應采用RTK測量方式，這就存在通信方式的問題，要保證GPS手持機靈活、攜帶方便的優勢，要求GPS通信附件應小巧，針對不同差分源及通信鏈路進行的通信方式對比，表1所示。

從表1分析，可以較為清楚的看到使用VRS網絡參考站無疑是最佳選擇，這種方式在經濟性、連接的快捷性及便攜性等方面具有較大的優勢。但由于VRS網絡目前還未實現全覆蓋，同時使用過程中還受到移動電話信號的制約，因此使用公網通信模塊、數傳電臺這兩種通信方式也同樣是需要的。

1）在建有 VRS系統和移動電話信號較好的地區推薦使用VRS網絡作為差分源；

2）在VRS系統未覆蓋、但移動電話信號較好的地區使用自建基準站作為差分源，推薦使用公網通信模塊作為通信連接手段；

3）在移動電話信號較差的地區使用自建基準站作為差分源，使用數傳電臺作為通信連接手段。

表1 不同差分源及通信鏈路通信方式對比

1.2 應用范圍

線路施工測量貫穿于線路工程施工全過程，從線路復測到最后的竣工驗收。與施工工序和測量對象相對應，線路施工過程中對測量精度的要求也是不同的，存在部分對于精度不是特別高的施工測量，對線路施工主要測量項目的分析如表2所示。

可以看到土石方開挖前的分坑放樣、間隔棒安裝位置的確定等，同時，在部分施工測量工作中采用傳統的測量方式，存在操作步驟繁瑣、精度不易控制、安全隱患多等情況，如高低腿基礎的分坑、間隔棒安裝位置的確定等。在這些情況下，應用GPS手持機則可以發揮其獨有的優勢，滿足線路施工測量的需求。

1.3 應用模塊開發

根據應用范圍的分析，使用Visual Basic作為應用程序的開發工具，在Trimble Geo XH2008手持機上進行了送電線路施工專用測量軟件的編制開發，具體包括交接樁導航及桿位信息的采集、基礎分坑測量、組塔抱桿拉線坑測量、間隔棒安裝位置測量、通道清理、小運路測量、面積測量7個功能模塊。

交接樁導航及桿位信息的采集。在交接樁過程中除了要找尋樁位外，還要進行行政區劃調查，農作物調查等信息調查工作，傳統的工作方式往往使用記錄本記錄及現場作標記等方式記錄相關信息，本模塊根據提前輸入的桿塔中心樁坐標參數，通過GPS手持機圖形和聲音提示方便的引

導我們到達想去的樁位、道路，不會迷失方向。同時可以將整條線路的樁位、沿線路徑及樁位的各方面信息（包括樁位的行政所在地、地形、地質地貌、農作物等）等情況進行補充、完整并記錄在手持機中加以系統化。

表2 線路施工測量項目分析

基礎分坑測量。 應用GPS手持機10 cm的實時精度用于鐵塔基礎位置和坑口尺寸的現場測量、放樣。以本桿位的前后方向為基準，根據設計給出的根開尺寸和施工需要現場開挖的坑口大小，通過程序計算確定每個坑口的中心位置和四個角點的位置，使用手持機通過圖形和聲音提示，靈活、方便的實現基坑的放樣。尤其對于高低腿基礎的分坑放樣，能夠解決傳統方式進行全站儀搬站、斜距測量等復雜的操作步驟帶來的麻煩。

組塔抱桿拉線坑測量。鐵塔組立時，內懸浮外拉線抱桿拉線坑位置的計算和確定以線路方向為基準進行45°直線放樣，在程序的設計上拉線坑特別考慮了拉線坑與中心樁間的位置高差，保證拉線對地夾角的準確性，同時實現了在拉線與地面投影的方向上能實時顯示拉線與地面夾角度數和與中心樁的距離。使每個拉線坑的方向和與中心樁距離處于可控狀態，保證組塔施工的安全。

間隔棒安裝位置測量。間隔棒安裝位置的確定傳統方式一般采用拉皮尺進行測量，高空操作存在安全隱患，由于間隔棒間距離較長導致測量結果的準確性不易保證。本模塊根據桿塔中心樁坐標、間隔棒次檔距等參數，將各間隔棒的位置計算出來并進行現場放樣，指導施工人員通過圖形和聲音提示快速、準確找到間隔棒安裝位置。

通道清理。地方民事問題一直是困擾送電線路施工的一個主要難題。在多數工程施工中，由于采用傳統測量方式不易在工程前期確定線路的安全通道范圍，往往需要臨近工程結束時才進行線路通道的清理，給施工過程帶來困難。本模塊根據桿塔中心樁坐標、安全距離等參數，判斷通道位置是否處于清理或非清理范圍，為線路通道的清理與通道內障礙物的清查提供了時間與精確的位置，可方便的指引操作人員進行相關操作。同時由于測量手段科學、技術先進，保證了測量結果的準確性，從而避免爭議，有利于施工人員順利解決地方民事問題。

小運路測量。“小運路測量"模塊開發了測量小運路里程和高差的功能，主要用于統計運輸工作量。傳統小運路測量一般使用步量或拉皮尺的原始方式，容易出現測量誤差，本模塊通過對小運路點位坐標的連續采集，能夠方便、準確的將運輸距離記錄下來并進行統計。

面積測量。面積測量主要用于在施工過程中進行青苗賠償等面積的測量和統計。由于施工占地往往是不規則的形狀，給面積的丈量和統計帶來難題，易發生糾紛。在本模塊對面積測量進行了研究，通過對面積邊緣點的連續采集形成閉合曲線，計算出測量面積，使青賠面積測量工作變得簡單。

2 工程應用

±660 kV寧東直流示范工程魯2標段于2009年8月28日進行了首基基礎澆制。2009年11月至12月和2010年5月，山東送變電工程公司在濱州、鄒平、寧東±660 kV線路工程魯Ⅱ標段工地對研究進行應用。進行了基礎分坑、間隔棒安裝、通道清理、小運路、面積等模塊的實際應用和交接樁導航及桿位信息的采集、組塔抱桿拉線坑測量模塊的模擬應用。

2.1 數據導入

將桿塔中心樁坐標以Excel文件進行整理，整理后的字段順序按照A列：桿塔名稱；B列：東向坐標；C列：北向坐標；D列：高程；E列：半橫擔寬度。然后將GPS設備與計算機同步，把該文本文件復制到GPS設備上完成數據導入。

2.2 測量實施

參數設置。確定項目名稱、施工單位、施工地點、時間等工程屬性。進行GPS設置、投影設置、天線設置。

設置和連接GPS及差分源。同大地測量型GPS設備一樣，手持RTK GPS接收機也需要基準站，在實際應用中，對三種通信都進行了應用。圖1所示。

圖 1 基礎分坑測量示意圖

現場測量。以基礎分坑測量為例說明。輸入該目標塔的正根開（根開A）、側根開（根開B）和坑口尺寸即可（高低腿需輸入半根開），如圖1所示。按“放樣”鍵后進入圖形界面，該界面顯示出當前位置到目標坑（目標點）之間的導航信息。圖中顯示當前位置 （紅色十字）到C坑西南角點（紅色圓點）的距離為13.05M，C坑西南角點的確切位置是在當前位置的西側2.67M，北側12.77M。然后通過手動點擊16個角點和4個坑心點共20個點中的任意一個，按照系統提示的導航信息逐漸接近目標點至距離1M以內時，系統自動發出“嘟嘟”的警告聲，提示即將到達目標。如果繼續接近至0.1M距離時，系統發出急促的“嘀嘀”聲，這表示已經達到目標，可以位置確定。整個測量過程用時約40Min左右（包括打樁時間），測量精度滿足施工要求。

3 效果分析

3.1 技術特點

技術先進，本項目研究內容建立在GPS測量技術之上，應用VRS網絡系統及無線通訊技術。

操作簡便，易學易懂。操作界面設計人性化，采用了圖形與聲音提示的形式，使每一步測量工作直觀、生動，容易掌握。

10 cm的實時測量精度滿足了施工現場一般性測量的要求，測量數據準確，儲存方便。適用范圍廣。研究貫穿于交接樁、基礎、組塔、架線及有關輔助性工作等各個施工階段，同時三種差分源方式適用于不同條件下的工程測量。

設備輕便，便于攜帶，針對線路測量特點設計了包括特制對中桿、通信模塊背包等專用附件。測量效率高。測量步驟簡單，各測量功能一般為單人即可完成，降低了勞動強度。

統計功能全面，數據輸入輸出方便，輸出結果便于歸類、查閱，為下一步施工提供方便。

消除了許多現場的安全隱患，同時減少了民事糾紛。

測量、采集的數據、信息自動存儲在手持機中并可方便地輸出，克服了傳統現場手工記錄方法帶來的種種不便，提高了現場施工的信息化水平。

3.2 效果說明

研究成果在±660 kV寧東直流工程魯2標段項目工地施工的初步應用，該測量方式方便、靈活，操作易掌握，測量精度符合施工要求，給施工帶來較大幫助。

由于目前國內的VRS網絡還未普及，通信信號還有待加強，特別是偏遠地區（而這些地區往往多為送電線路途徑地區），手持機精度有時還不太穩定，影響了使用效率。 但手持RTK GPS接收機測量系統在線路施工中的應用無疑提高了線路施工的技術水平和信息化水平，是線路施工技術的發展趨勢，它的推廣應用前景會越來越廣闊。