GPS-RTK技術在電力線路定線測量中的應用

摘 要:GPS全球定位系統已廣泛用于大地測量、工程測量、航空攝影測量以及地形測量等各個方面。本文將以安徽省公路路網項目為例，概略敘述GPS系統在公路工程控制測量中的應用。

關鍵詞:GPS定位系統公路工程控制測量應用

中圖分類號:TV221.1文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0086-02

1 概述

1.1 GPS系統的組成

GPS全球定位系統由空間衛星群和地面監控系統兩大部分組成，除此之外，測量用戶當然還應有衛星接收設備。

1.2 GPS的工作原理

GPS系統是一種采用距離交會法的衛星導航定位系統。在需要的位置P點架設GPS接收機，在某一時刻ti同時接收了三顆(A、B、C)以上的GPS衛星所發出的導航電文，通過一系列數據處理和計算可求得該時刻GPS接收機至GPS衛星的距離SAP、SBP、SCP，同樣通過接收衛星星歷可獲得該時刻這些衛星在空間的位置(三維坐標)。在GPS測量中通常采用兩類坐標系統，一類是在空間固定的坐標系統，另一類是與地球體相固聯的坐標系統，稱地固坐標系統，我們在公路工程控制測量中常用地固坐標系統。在實際使用中需要根據坐標系統間的轉換參數進行坐標系統的變換，來求出所使用的坐標系統的坐標。這樣更有利于表達地面控制點的位置和處理GPS觀測成果，因此在測量中被得到了廣泛的應用。

2 GPS測量的技術特點

(1)測站之間無需通視。測站間相互通視一直是測量學的難題。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛星信號不受干擾。

(2)定位精度高。一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標稱精度為5mm+5ppm，GPS測量精度與紅外儀相當，但隨著距離的增長，GPS測量優越性愈加突出。大量實驗證明，在小于50公里的基線上，其相對定位精度可達12×10-6，而在100～500公里的基線上可達10-6～10-7。

(3)觀測時間短。觀測時間短采用GPS布設控制網時每個測站上的觀測時間一般在30～40min左右，采用快速靜態定位方法，觀測時間更短。

(4)提供三維坐標。GPS測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)操作簡便。GPS測量的自動化程度很高。目前GPS接收機已趨小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高打開電源即可進行自動觀測，利用數據處理軟件對數據進行處理即求得測點三維坐標。而其它觀測工作如衛星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。

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

3 GPS系統在實際測量工作中的應用

3.1 高速連接線控制測量

(1)建立布網方案。高速連接線地物地貌較為復雜，部分區域和方向有遮擋，該測區內原有BJ54坐標系的E級控制點二個(已知起算點)，根據工程需要在附近沿線加密控制點，以便于測設。

(2)大地測量法。主要采用大地測量儀器如經緯儀、全站儀、測距儀等。國道310線鄭汴高速連接線控制網采用測邊網，高程采用測距三角高程，按照觀測技術要求進行施測。

(3)GPS靜態測量法。GPS靜態測量法就是根據制定的觀測方案，將三臺天寶4800GPS接收機安置在待定點(a2，c1，c2，c3)上同時接收衛星信號，直至將所有環路觀測完畢。

(4)大地測量法與GPS測量法結果比較。由于兩種測量方法本身的測量誤差和坐標轉換數學模型誤差以及在平差計算中觀測量權配置等因素引起兩種測量方法的結果存在一定的差值，由于其三維坐標差值均小于±10mm，因此可以滿足高速連接線加密施工控制網的精度要求。

3.2 GPS的動態測量(RTK)在新建工程的應用

大道新建工程周圍地勢起伏較大，在北城墻外JD4～JD5區間穿越五十公頃面積的國家森林公園，大范圍的密林、密灌地使通視較為困難，而規范對附合導線長、閉合導線長及結點導線間長度等有嚴格規定，一般對于高等級公路均要求達到一級導線要求。這樣，導線附合或閉合長度和結點導線結點間距等指標都有嚴格規定，這種要求一般在實際作業中難以達到，往往出現超規范作業。公路局勘察設計院于2000年用10人花費20天時間，用全站儀和測距儀通過導線形式完成了該路段進行了控制測量。

4 RTK定位技術在具體工程測量中的應用

4.1 RTK定位技術在呈貢前新路放樣中的應用

該工程位于呈貢縣吳家營鄉，道路規劃設計全長5.3km，路寬80m，放樣的樁位為580多個，占地面積約630多畝。由于該區地形地貌復雜多變:為果園、林地、菜地(大棚)，通視困難。針對上述情況我們通過考慮，結合了RTK技術的特點:

(1)作業效率高。每個放樣點只需要停留1-2s的時間，僅需一人操作，作業速度快，勞動強度低，節省了外業費用，提高了勞動效率。在一般的地形地勢下，高質量的RTK設站一次即可測完4km半徑的測區，大大減少了傳統測量所需的控制點數量和測量儀器的“搬站”次數。

(2)實時提供測點坐標定位精度高，數據安全可靠，沒有誤差積累。只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業半徑范圍內(一般為4KM)，RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。如美國Trimble系列的機型RTK點位精度可由于優于1.5cm。

(3)降低了作業條件要求。RTK技術不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視”，因此，和傳統測量相比，RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制較小(除打雷)，在傳統測量看來由于地形復雜、地物障礙而造成的難通視地區，只要滿足RTK的基本工作條件，它也能輕松地進行快速的高精度定位作業。因此對于以上道路放樣工程就更顯其優越性。

(4)實際工作放樣數據對比表（如表1）。

通過上表我們可以看出放樣測存點的坐標與理論坐標值都在2cm以內，那么這樣的精度則完全可以滿足我們工作的要求也符合測量工作的規范。

4.2 RTK定位技術在實測中遇到的問題

由于工程位于市內環城公路沿線，地物類型多樣，市內高大建筑物群使GPS接收機產生多路勁效應。而且沿線地塊內的高壓輸電、變電站、電臺發射塔等各種強電磁干擾使得RTK技術在某些地段無法經行初始化過程，導致定位浮動無法測量。特別是某地塊中，由于周圍都是高壓輸電線，形成一個閉合的磁場，即使該地塊很空曠，也無法初始化。

4.3 實測過程中問題具體解決的方法及過程

根據實際情況，對RTK技術在應用中遇到的具體問題進行綜合性分析，我們做出了相應的解決方案。

(1)首先對基準站進行了各種調整。在基準站布設的過程中，盡量的選擇電磁干擾、高大建筑無較少的控制點布設基準站。在儀器的架設過程中電臺天線盡量設置高些，以提高電臺信號的傳輸距離，并將電臺的發射功率調到最高，以擴大流動站的作業范圍(通常情況下工程應用中電臺的發射功率為10W，而在該工程中我們針對問題將發射功率調到最高30w)使信號不易失鎖。通過這樣的處理方式既提高了RTK技術測量的進度和速度，也解決了一部分問題。

(2)其次，通過討論決定利用常規測量配合RTK技術結合各自的長處來解決問題。具體解決:當RTK技術遇到測定不出來的地塊市我們就利用RTK技術在附近空曠的地方做好控制點，利用全站儀補測。最終利用RTK技術配合全站儀我們順利的、按時的、高質量的完成了該工程。

(3)最后，由于RTK技術具有實時動態定位，并且隨時都可以知道點位的坐標與精度值，那么就為常規測量是實施提供了最基本的前提條件(快速布控)，也就不需要再通過做繁冗的三角網、導線網進行控制點的引測。既減少了人力物力同時也提高了工作效率。若單獨利用RTK技術則無法完成測定工作，而單獨用常規測量更是難以應用且毫無工作效率、利益可言。

5 結語

通過以上對GPS測量的應用事例的探討，可以看出GPS在公路工程的控制測量上具有很大的發展前景:它的作業不受環境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區、局部重點工程地區等。它不受人為因素的影響。整個作業過程全由微電子技術、計算機技術控制，自動記錄、自動數據預處理、自動平差計算。RTK能實時地得出所在位置的空間三維坐標。這種技術非常適合路線、橋、隧勘察。它可以直接進行實地實時放樣、中樁測量、點位測量等。GPS測量可以極大地降低勞動作業強度，減少野外砍伐工作量，提高作業效率。GPS高精度高程測量同高精度的平面測量一樣，是GPS測量應用的重要領域。

參考文獻

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