GPS在输电线路施工测量中的应用

GPS在输电线路施工测量中的应用第27卷第3期?24?2006年3月电力建设ElectricPowerConstructionV01.27No.3Mar,2006?电网技术?GPS在输电线路施工测量中的应用严仲武(福建省第二电力建设公司,福州市,350013)摘要在输电线路施工中,要进行中心桩复测和补桩工作.当环境条件不好无法通视时,就不能用传统光学仪器进行测量.而借助GPS测量技术能方便,快速,准确地完成测量工作.选用2台GPS双频机构成动态RTK测量系统,其测量精度可以达到cm级水平,完全能满足测量规范要求,可广泛应用于直线塔和转角塔的中心桩测量定位.关键词GPS线路施工测量中心桩中圈分类号:TM732文献标识码:B文章编号:10007229(2006)03002403ApplicationofGPSinConstructionMeasurementofTransmissionLinesYanZhongwu(FujianProvincialNo2ElectricPowerConstructionCompany,FuzhouCity,350013)AbstractDuringconstructionoftransmissionlinesitisnecessarytorecheckthecentralpileandsupplementthepiles.Whiletheenvi-mnmentalconditionsmnotenoughforvision.itisimpossibletousethetraditionalopticalinstrumentformeasurement.ButbymeansofGP$measuringtechniquethejobcanbedoneconveniently,quicklyandcorrectly.WithadynamicRTKmeasuringsystemconsistingof2GPSdoublefrequencymechanismthemeasuringaccuracycanbe”ptocmlevelandmeettherequirementsofthecodescompletely.ThesystemiswidelysuitableformeasurementandpositionofthecentralpilesusedforsuspensionandanSletowers.KeywordsGPS;constructionoftransmissionline;measurement;centralpile输电线路施工中,首先要进行塔位复测,如果遇到线路中心桩丢失的情况,还需要通过测量来恢复丢失的桩位,这种测量常使用经纬仪或全站仪进行.现在随着GPS民用技术和产品的普及,也可借助GPS技术更方便,快速,准确地进行.特别是在环境条件无法通视的情况下,不能用传统光学设备进行测量时,GPS测量技术就显示出其独特的优越性.这不但为在山区,林区,村镇地区的施工带来了方便,也可大大减少对树木的砍伐,保护环境资源.1GPS测量技术及原理GPS定位与相位测量是通过测定每一个可见卫星的离地距离,用后方交会法实现的.而卫星离地面的距离,则通过载波上的C/A码或相位来测定.从卫星的信息码发射到被GPS天线接收,二者间存在着时间差,对这一时间差的纪录,使得测量成为可能.测量出来的时间乘以光速,就可以得出卫星天线到地面的距离.收稿日期:200511一l2一般用1台GPS接收机只要接收到4颗卫星信号,就可实时定位出自己的坐标.但因为GPS民用信号的精度较低,且环境干扰因素众多,这样的定位精度无法满足工程测量的精度要求.为了提高测量精度,线路施工测量实际采用差分技术.差分测量至少需要2台GPS接收机,同时接收4颗以上卫星.一台接收机作为基站设在任意点上,作为相对基准点.另一台接收机作为移动站设在要测量的点上.这2台接收机接收的载波相位数据,经过接收机板内嵌软件解算后,得到移动站相对于基站的三维向量.GPS的基本定位原理是:卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息,用户接收到这些信息后,经过计算求出接收机的三维位置,三维方向以及运动速度和时间信息.因为线路施工测量是基于工程图纸所提供数据(档距,转角,高差)的相对位置测量,为了减少误差提高精度,应采用差分测量方法.由于线路测量要第3期GPS在输电线路施工测量中的应用?25?求现场即时定位,所以采用动态载波相位差分(即RTK)技术.这种测量是采用2台GPS接收机,一台是基准站GPS,另一台是移动站GPS.基准站作为人工基准点,通过数据链将自己的坐标测量值实时播发出去.移动站通过数据链接收基准站的数值并与本身GPS测到的坐标数值进行解算,即可得到移动站相对基准站的精确位置数值.结构原理如图l所示.GPS天线PC机设置fl1基准站结构图高精度定位结果f21移动站结构图图1GPS结构原理GPS位置的表示:(1)GPS基准站的位置可表示为:Xl=Xol+8XlY1=Yo1+8yl(其中,y是平面坐标的测量值;,y0是理论精确值;SX,8Y是误差值.下同)(2)GPS移动站的位置可表示为:X2=Xo2+8X2y2=Yo2+8y2(3)移动站相对基准站的位置可表示为:=X2一X1=(02一1)+(8X28X1)AY=y2一Y-=(一y0)+(8y28Y1)因为实际测量中移动站和基准站相距在几km之内,从2万多km高空的卫星来看,他们可近似认为是在一个点上,误差影响因素相似.因此,8X28Xl,8y28Yl,8X28Xl,8y26yl作为误差的差值,主要是2台接收机本身的硬件误差,相对与原误差值来说是个高阶小量.因此其精度大大提高,目前设备可达cm级到mm级.即使为达到实时目的采用双频机作动态RTK测量,也可保证精度在cm级水平,能满足线路测量的需要.2线路施工测量用GPS定位的方法及适用性从上述测量原理可知,借助于基准站可以方便地得到各不同桩位相对基准站的精确位置,也就可解算出各桩位间的相互位置.同样,根据图纸已知待定桩位相对于某确定桩的位置值,就可借助于移动站找到待定桩的实际位置.这些计算和显示都由软件自动实时进行.在实际工作中为方便测量和减小误差,一般将基准站设在工作区域的中央位置.其设置无严格要求,但在整个测量工作中是绝对不可改变的.2.1从2个已确定的相邻桩位校验或寻找(定位)第3个桩位将2个已确定的桩位分别称为l号桩和2号桩,将待定桩称为3号桩.先用移动站分别测定1,2号桩的位置,并自动记录在移动站手持电脑(以下称为”手簿”)测量软件中,然后根据线路平断面定位图或杆塔明细表,可查出3号桩相对于2号桩(或1号桩)的相对位置值,将这些数值输入到测量软件中,即可得到3号桩的位置.通过移动站将自己的当前位置实时传送给测量软件,软件即可得出移动站当前实际位置偏离3号桩正确位置的偏差,实时引导移动站定位人员到达3号桩的正确位置,从而实现定位目的.如果是要校验3号桩位,直接将移动站放在3号桩上,软件就会给出这个位置与3号桩理论位置的偏差.同理,如果3号桩后面的4号桩也需要定位,只要输入4号桩相对于3号桩的相对位置值(距离,方向,转角等),软件也同样可实时引导移动站定位人员到达4号桩的正确位置.依此类推,即可逐基校验或定位所有桩位.同样,如果4号桩是已确定的,只要输入4号桩相对于3号桩的相对位置值,然后把移动站放在4号桩的实际位置上.通过观察软件给出的4号桩偏差值,即可验证前面的定位是否正确.如偏差小于允许误差时即闭环证明定位正确.2.2在直线段内快速校验或定位各直线塔桩位如果某个直线段两头转角塔的桩位已确定,只要用移动站得到两头转角塔桩位的位置,就可在手簿中新建一条线.然后移动站到段内任一直线塔桩位,就可直观得出该桩位偏离直线的偏差和与已确定桩位的距离.测得的这个距离即可与图纸相比较以校验桩位的正确与否.反过来,从图纸上查到的距离输入手簿中,也可方便的在这条线上定出待定的桩位点.2.3校验转角塔的转角偏差只要用移动站测定转角塔及其前后两基塔的桩位,用手簿中的软件即可计算出实际转角角度,与图?26?电力建设第27卷纸相比即可校验转角偏差.2.4适用性及误差分析采用双频机作动态RTK测量,可以达到cm级的精度.实际使用的系统其RTK定位平面标称精度是20+10mm,根据实际测量定位,与设计确立的中心桩位比较,水平偏差在2cm.2.4.135220kV架空送电线路测量技术规范规定:”对于具有实时动态作业(RTK)功能的GPS设备可直接放样塔位桩”,并要求仪器的坐标精度应在5cm范围内.因此,用此方法进行塔位中心桩的校验和补桩定位是符合规范规定的.2.4.2按110500kV架空电力线路施工及验收规范要求,可计算出应用时的边界条件:当仪器精度是20mm时,横线路方向偏差自然符合规范要求.也就是当档距大于46m时,可以满足转角桩角度偏差要求;当仪器精度是50mm时,横线路方向偏差刚好符合规范要求.也就是当档距大于115m时,可以满足转角桩角度偏差要求.从以上精度分析可知,当仪器精度一定时,档距越大,越容易满足规范对测量的要求.因此实际应用中要注意,转角塔档距太小时,角度误差可能会增大甚至超出规范允许的范围.3工程应用实例测绘公司的GPS在输电线路勘测设计时曾有过应用,因此灵锐s8O系统所带的”工程之星”软件中有专门的”电力线放样”功能模块,可以直接在施工测量中使用.例l:已确定1号和2号桩位,要定位3号桩位.查杆塔明细表可知,2号塔到3号塔档距为658m,2号塔是左转角36.3O.测量人员到达工作区域后,在2号桩附近合适处,架设好基准站并开机,派人留守看管.移动站GPS和手簿开机,并运行工程之星软件(整个工作过程中也始终保持开机状态),可以新建一个”工程”或调入以前未完”工程”以继续.测量人员携带移动站先到1号桩位,将移动站放在1号中心桩上,在确保移动站竖直对中的情况下按下手簿的A键(快捷键可自行定义),然后输入桩号将该桩位记录到手簿中.再到2号桩位,与1号桩相同记录下2号桩位坐标.这时即可在移动站指引下向3号桩位置移动,直至精确找到3号桩的正确位置,任务完成.例2:2005年l1月在220kV角云线破口进漳浦变电工程中,用GPS测量系统进行线路复测.该段线路为单双混合220kV线路,双回段长为14.882km,单回长2.366km,双回塔42基,单回塔3基.因跨越经济作物带无法通视,不能用常规光学仪器进行测量,因此用GPS设备进行测量,减少成本和时间,体现使用GPS测量系统的优势.经复测发现图纸上2个直线档距的错误(789号桩),补了1基丢失的中心桩(17号桩),42基塔的实测数据,可实测档距最大偏差只有0+28%,最大转角偏差只有44”,完全符合规范的要求.4结论4.1GPS技术适用于线路施工中的所有测量和补桩工作,且其设备轻巧,在实际工作中只要1名测量技工和1名助手(如驾驶员,负责看管基准站),即可完成测量任务,比使用光学测量仪器来的更方便,快捷,工作强度也低.4.2GPS通过接收高空卫星信号进行定位测量,不需要两塔位间的通视,因此具有独特的优势,尤其对在山区,林区,经济作物带,村镇地区的施工带来了方便,可大大减少对树木的砍伐,降低施工成本,缩短青苗赔偿交涉时间,减少外部干扰,保护环境资源.4.3GPS作为智能化,数字化电子设备,具有很高的精度(2010”mm),因此测量,定位精确,完全满足规范要求和现场工程实际需要.4.4GPS测量工作基本都在笔记本电脑中依靠软件完成,因此现场测量的原始数据可以很方便的直接导入到台式电脑中,方便进行计算处理工作.4.5随着GPS应用领域的快速扩大和微电子制造技术的快速发展,GPS测量系统的成本价格也在迅速降低,且设备的精确度,稳定性,轻巧性,使用方便性等也在不断提高.因此大范围应用这种智能化的数字测量设备亦是线路施工勘测技术发展的一种趋势.(责任编辑:赵廷昌)