关键词:RTK测量技术 电力线路测量 定线测量
中图分类号:P2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(c)-0045-02
RTK定位技术的崛起,是GPS定位技术的又一次重大突破,这项技术的应用使得线路航测的大规模落实路径测量和实时动态放位测量变为现实。RKT GPS应用于杆塔放位时,可取消传统航测放位中那些依靠体力(如上树摇旗呐喊、多次反复奔波)才能完成的串通直线及定线测量、桩间距离与高差测量等数道工序,而直接对每基塔位进行实时动态的放样测量,实现了一步法放样定位。这样,简化了工序,节省了大量人力、物力,总工效提高了2～3倍。
1 GPS RTK实施原则及作业流程
11 收集测区的控制点资料
首先收集测区的控制点资料,包括控制点的坐标、等级、中央子午线、坐标系、是常规控制网还是GPS控制网、控制点的地形和位置环境是否适合作为动态GPS的参考站。
12 求定测区转换参数
GPS RTK测量是在WGS-84坐标系中进行的,而电力线路测量定位是在当地坐标或我国的北京54或西安80坐标上进行的。这之间存在坐标转换的问题。GPS静态测量中,坐标转换是在事后处理时进行的。而GPS RTK是用于实时澳4量的,要求给出当地的坐标,这使得坐标转换工作更显得重要。
坐标转换的必要条件是:至少3个以上的大地点分别有WGS-84地心坐标和北京54坐标或西安80坐标,利用转换模型解求转换参数。此参数控制线路一般为30km左右:一套转换参数控制一段线路,以转角为分段点。
13 参考站的选定和建立
参考站的安置是顺利实施动态GPS的关键之一,参考站的安置要满足下列条件有以下几点。
(1)参考站应有正确的已知坐标。(2)参考站应选在地势较高,天空较为开阔,周围无高度角超过10。的障碍物,有利于卫星信号的接收和数据链发射的位置。(3)为防止数据链丢失以及多路径效应的影响,周围无GPS信号反射物(大面积水域,大型建筑物等),无高压电线、电视台、无线电发射站、微波站等干扰源。(4)参考站应选在土质坚实、不易破坏的位置。
14 工程项目内业设计和参数设置
(1)当地坐标系(例如北京54坐标系)的椭球参数:长半轴和扁率倒数。(2)中央子午线。(3)测区坐标系间的转换参数。
15 野外作业
将基准站GPS接收机安置在参考点上．打开接收机,输入精确的北京54坐标和天线高度,基准站GPS接收机通过转换参数将北京54坐标转换为WGS-84坐标,同时连续接收所有可视GPS卫星信号,并通过数据发射电台将其测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发送出去。流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据,进行处理后获得流动站的三维WGS-84坐标,最后再通过与基准站相同的坐标转换参数将WGS-84转为北京54坐标。接收机还可将实时位置与设计值相比较,指导放样到正确位置。
2 RTK在线路测量中的实施
21 定线测量
定线测量,就是精确测定线路中心线的起点、转角点和终点间各线段(即在两点之间写出一系列的直线桩)的工作。由于采用GPS定线不需要点与点之间通视,而且RTK能实时动态显示当前的位置,所以施测过程中非常容易控制线路的走向以及其他构筑物的几何关系(图1)。
如图2所示,J2、J3为线路的两转角桩,欲在J2、J3之间定出一系列直线桩Z1、Z2、……。
测设的方法是:在J2、J3之间架设基准站,用移动站分别测出转角点J2、J3点的坐标(如果转角点的坐标已知,则不必测量,可直接调用)。在获取转点的坐标信息后,将J2、J3坐标信息设置为直线的两点,然后以该直线作为参考线,根据现场情况,在电子手薄中输入测设直线桩的间隔后,即会生成包含各直线桩点坐标的折线文件。根据折线文件中直线桩的坐标,RTK实时导航指示,就可测设出直线桩Z1、Z2、……。
22 断面测量
测出沿线路中心线及两边线方向或线路垂直方向的地形起伏特征变化点的高度和距离,称为断面测量;沿线路中心线施测各点地形变化状态,称为纵断面测量;沿线路中心的垂直方向施测各点地形变化状态,称为横断面测量。输电线路的断面测量中,主要测定地物、地貌特征点的里程和高程,对高程精度要求不很高,而且主要测定各特征点与输电线路导线间的相对距离,因此,可以用RTK快速测定断面。
断面测量一般与定线测量同时进行,故不需要另外设置基准站。RTK进行断面测量时,有两种测量方式。
(1)有可直接利用数据采集功能,采集特征点的坐标,然后在内业数据处理中,输出断面图。(2)可以利用RTK数据处理软件中断面测量功能模块进行断面测量。不同品牌的RTK在性能及使用上有所不同,功能大同小异。在进行断面测量时,一般在文件设置中调入断面所依附的线路和纵断面设计文件和断面所依附的线路文件,在纵断面文件名中调入设计的断面文件,文件名设置完毕后进入断面测量界面。断面测量界面的状态显示与线路放样显示方式相同。移动仪器,若当前点的偏离距在设计的偏离阀值范围内时,可以根据线路的起伏进行纵断面数据采集工作。采集完毕后,用户可以根据自己的需求把数据格式进行转换,例如生成普遍使用的纬地断面数据格式。
23 杆塔定位测量
杆塔定位测量,是根据线路设计人员在线路平断面图上设计线路杆塔位置测设到已经选定的线路中心线上,并钉立杆塔位中心桩作为标志的工作。
用RTK测设杆塔位的方法与定线测量类似,一般在相邻两耐张杆塔之间架设基准站,用移动站分别测出直线段两端点的坐标(如果已经有坐标则可直接调用)。在获取转点的坐标信息后,将两端点的坐标信息设置为直线的两点,然后以该直线作为参考线,设计图,在电子手薄中输人测设的杆塔位置与端点之间的间隔后,即会生成包含各杆塔位桩点坐标的折线文件。根据折线文件中杆塔位桩的坐标,信RTK实时导航指示,可测设出各杆塔位桩,并标定之。一 参考站要求
参考站的点位选择必须严格。因为参考站接收机每次卫星信号失锁将会影响网络内所有流动站的正常工作。
1．周围应视野开阔，截止高度角应超过15度,周围无信号反射物（大面积水域、大型建筑物等），以减少多路径干扰。并要尽量避开交通要道、过往行人的干扰。
2．参考站应尽量设置于相对制高点上，以方便播发差分改正信号。
3．参考站要远离微波塔、通信塔等大型电磁发射源200米外，要远离高压输电线路、通讯线路50米外。
4．RTK作业期间，参考站不允许移动或关机又重新启动，若重启动后必须重新校正。
5．参考站连结必须正确，注意虚电池的正负极（红正黑负）．
6．参考站主机开机后，需等到差分信号正常发射方可离开参考站，S82表现为DL指示灯每5秒钟快闪2次．S86表现为RX指示灯每5秒钟快闪2次．
二．流动站要求
1．在RTK作业前，应首先检查仪器内存容量能否满足工作需要，并备足电源。
2．在打开工程之星之后，首先要确保手簿与主机蓝牙连通。
3．为了保证RTK的高精度,最好有三个以上平面坐标已知点进行校正，而且点精度要均等，并要均匀分布于测区周围,要利用坐标转换中误差对转换参数的精度进行评定如果利用两点校正,一定要注意尺度比是否接近于1
4．由于流动站一般采用缺省2m流动杆作业，当高度不同时，应修正此值。
5． 在信号受影响的点位，为提高效率，可将仪器移到开阔处或升高天线，待数据链锁定达到固定后，再小心无倾斜地移回待定点或放低天线，一般可以初始化成功。
RTK技术的优点
1、作业效率高
在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完5km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数，仅需一人 *** 作，每个放样点只需要停留1～2秒，就可以完成作业。在公路路线测量中，每小组(3～4人)每天可完成中线测量6～8km，在中线放样的同时完成中桩抄平工作。若用其进行地形测量，每小组每天可以完成08～15km2的地形图测绘，其精度和效率是常规测量所无法比拟的。
2、定位精度高，没有误差积累
只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内(一般为5km)，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级，且不存在误差积累。
3、全天候作业
RTK技术不要求两点间满足光学通视，只需要满足“电磁波通视和对空通视的要求”，因此和传统测量相比，RTK技术作业受限因素少，几乎可以全天候作业。
4、RTK作业自动化、集成化程度高
RTK可胜任各种测绘外业。流动站配备高效手持 *** 作手簿，内置专业软件可自动实现多种测绘功能，，减少人为误差，保证了作业精度。
RTK技术的缺点
虽然GPS技术有着常规仪器所不能比拟的优点，但经过多年的工程实践证明，GPS RTK技术存在以下几方面不足。
1、受卫星状况限制
GPS系统的总体设计方案是在1973年完成的，受当时的技术限制，总体设计方案自身存在很多不足。随着时间的推移和用户要求的日益提高，GPS卫星的空间组成和卫星信号强度都不能满足当前的需要，当卫星系统位置对美国是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖。例如在中、低纬度地区每天总有两次盲区，每次20～30分钟，盲区时卫星几何图形结构强度低，RTK测量很难得到固定解。同时由于信号强度较弱，对空遮挡比较严重的地方，GPS无法正常应用。
2、受电离层影响
白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行测量。根据我们的实际经验，每天中午12点～13点，RTK测量很难得到固定解。
3、受数据链电台传输距离影响
数据链电台信号在传输过程中易受外界环境影响，如高大山体、建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径。另外，当RTK作业半径超过一定距离时，测量结果误差超限，所以RTK的实际作业有效半径比其标称半径要小，工程实践和专门研究都证明了这一点。
4、受对空通视环境影响
在山区、林区、城镇密楼区等地作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多，信号强度低，卫星空间结构差，容易造成失锁，重新初始化困难甚至无法完成初始化，影响正常作业。
5、受高程异常问题影响
RTK作业模式要求高程的转换必须精确，但我国现有的高程异常分布图在有些地区，尤其是山区，存在较大误差，在有些地区还是空白，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得比较困难，精度也不均匀，影响RTK的高程测量精度。
6、不能达到100%的可靠度
RTK确定整周模糊度的可靠性为95~99%，在稳定性方面不及全站仪，这是由于RTK较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响的缘故。
提高RTK作业效率的方法
虽然RTK有如上所述的缺点，但经大量的工程实践证明，其优点远远大于缺点，况且有些优点是常规测量方法所不能比拟的，因而RTK测量技术才风靡全国，在测量界引发了一场技术革命。针对RTK技术的缺点，通过这几年的工程实践，我们摸索出下面几条优化施测方法，以在目前的GPS技术水平下弥补RTK技术的不足，提高作业效率。
1、摸清仪器特性
通过在各种条件下反复试验，摸清仪器各种特性，如能否达到标称精度，在各种条件下的测量误差和作业半径，摸清仪器的稳定性和各种条件下的初始化能力及所耗时间等等，以便应用时得心应手。
2、注重基准位置的选择
基准站尽量设置在点位较高的控制点上，以利于接收卫星信号和数据链信号，控制点间距离应小于RTK有效作业半径的2/3倍。为方便对RTK测量成果进行控制检核和避免出现作业盲点，应在测区内环境不良地区增设一些控制点，控制点的选点还要避免无线电干扰和多路径效应。
3、合理选择作业时间
通过下载星历文件了解测区的卫星分布情况，编制可行的作业计划，尽量避开卫星信号盲区和中午电离层干扰大的时段，提高作业效率。
4、选择合理的作业流程
在植被茂密等对空通视受限的测区，通过采用常规方法和GPS技术相结合生产流程可以极大地提高生产效率。如辅助相应的软件，RTK可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪各自的优势。
RTK技术介绍：
RTK（Real - time kinematic，实时动态）载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。这是一种新的常用的卫星定位测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的`重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新的测量原理和方法，极大地提高了作业效率。
原理：
RTK(real time kinematic)是以载波相位观测值进行实时动态相对定位的技术。其原理是将位于基准站上的GPS接收机观测的卫星数据，通过数据通信链（无线电台）实时发送出去，而位于附近的移动站GPS接收机在对卫星观测的同时，也接收来自基准站的电台信号，通过对所收到的信号进行实时处理，给出移动站的三维坐标，并估“其精度。
利用RTK测量时，至少配备两台GPS接收机，一台固定安放在基准站上，另外一台作为移动站进行点位测量。在两台接收机之间还需要数据通信链，实时将基准站上的观测数据发送给流动站。对流动站接收到的数据（卫星信号和基准站的信号）进行实时处理还需要RTK软件，其主要完成双差模糊度的求解、基线向量的解算、坐标的转换。
RTK技术可以在很短的时间内获得厘米级的定位精度，广泛应用于图根控制测量、施工放样、工程测量及地形测量等领域。但RTK也有一些缺点，主要表现在需要架设本地参考站，误差随移动站到基准站距离的增加而变大。
应用领域：
各种控制测量
RTK 在工程测量的应用传统的大地测量、工程控制测量采用三角网、导线网方法来施测，不仅费工费时，要求点间通视，而且精度分布不均匀，且在外业不知精度如何，采用常规的GPS静态测量、快速静态、伪动态方法，在外业测设过程中不能实时知道定位精度，如果测设完成后，回到内业处理后发现精度不合要求，还必须返测，而采用RTK来进行控制测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了，用户就可以停止观测了，而且知道观测质量如何，这样可以大大提高作业效率。如果把RTK用于公路控制测量、电力线路测量、水利工程控制测量、大地测量、则不仅可以大大减少人力强度、节省费用，而且大大提高工作效率，测一个控制点在几分钟甚至于几秒钟内就可完成。
地形测图
过去测地形图时一般首先要在测区建立图根控制点，然后在图根控制点上架上全站仪或经纬仪配合小平板测图，现在发展到外业用全站仪和电子手簿配合地物编码，利用大比例尺测图软件来进行测图，甚至于发展到最近的外业电子平板测图等等，都要求在测站上测四周的地貌等碎部点，这些碎部点都与测站通视，而且一般要求至少2-3人 *** 作，需要在拼图时一旦精度不合要求还得到外业去返测，采用RTK时，仅需一人背着仪器在要测的地貌碎部点呆上一二秒种，并同时输入特征编码，通过手簿可以实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室内，由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图，这样用RTK仅需一人 *** 作，不要求点间通视，大大提高了工作效率，采用RTK配合电子手簿可以测设各种地形图，如普通测图、铁路线路带状地形图的测设，公路管线地形图的测设，配合测深仪可以用于测水库地形图，航 海海洋测图等等。
放样
施工放样是测量一个应用分支，它要求通过一定方法采用一定仪器把人为设计好的点位在实地给标定出来，过去采用常规的放样方法很多，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样等等，一般要放样出一个设计点位时，往往需要来回移动目标，而且要2-3人 *** 作，同时在放样过程中还要求点间通视情况良好，在生产应用上效率不是很高，有时放样中遇到困难的情况会借助于很多方法才能放样，如果采用RTK技术放样时，仅需把设计好的点位坐标输入到电子手簿中，背着GPS接收机，它会提醒你走到要放样点的位置，既迅速又方便，由于GPS是通过坐标来直接放样的，而且精度很高也很均匀，因而在外业放样中效率会大大提高，且只需一个人 *** 作。
在S82应用中，转换参数大概分为校正参数、四参数、七参数和拟合参数，这些参数全部体现在S82的采集手簿即工程之星上。校正参数是一个核心的内容，它是通过一个已知点来校正，求出WGS84坐标系统的坐标值与实际应用坐标值的三维差值，即△X、△Y、△H。校正参数从原理上说参考站每次开机都需要重新校正，如果参考站架设在同一地点，且每次开机发射的WGS84坐标都已经通过设置来固定，那么校正参数就不需要再重新求。工程之星软件可以设置为参考站发射坐标固定，这种方法因局限于参考站每次只能架设在同一个点上，因此很少采用。所以每次开机校正一次是最常用的方法，这种方法参考站可以在已知点上，也可以在未知点上，但每次都需要一个已知点。如果参考站在已知点，那么流动站可以在任何地方输入参考站坐标来校正；参考站在未知点，流动站必需到已知点上输入流动站坐标进行校正。对于参考站在测量中位置不动而偶尔关机的情况（如电瓶电量耗尽），工程之星最近加入了一项自动改正，再次开机时软件会自动提示参考站坐标已变，选择重新计算即可继续使用，不需要再重新校正。可以看到，校正参数只是一个点的三维改正值，它默认了使用点所在的坐标系与WGS84坐标系北方向是一致的，但实际情况并非如此，随着距离的增大RTK测量结果会和已知坐标系产生越来越大的偏移量，误差也会越大，所以采用标准坐标系时这种方法仅限于1km左右的测量范围。当然如果是假定近似直角坐标就没有这种距离限制，因为通常假定的坐标北方向与WGS84方向是一致的。
四参数和七参数并不是一个概念，四参数是同一椭球不同坐标系之间的转换参数，表示为△X、△Y、A（旋转角）、K（尺度比），七参数是两个不同椭球之间的转换参数，表示为△X、△Y、△Z、△α、△β、△γ、△K，三个平移、三个旋转和一个尺度参数，是不严密的。四参数和七参数是不能同时使用的，两者只能选其一，那么在具体测量时怎么确定这两种参数是一个关键问题。
RTK直接测量的坐标是属于WGS84坐标系，我们通常用的是国家标准坐标系统，比如1954年北京坐标系，两者并不是一个椭球，那么原则上讲需要七参数才可以实现两个椭球的转换，我们才有可能采集到54坐标。但在不能精确求取七参数的情况下，工程之星是把WGS84的原始经纬度作为北京54的经纬度处理，这样一来就可以通过采集两个或两个以上的北京54已知点来求取四参数。工程之星上提供了两种求取四参数的方法：一是利用控制点坐标库，即在未校正的情况下先采集所有已知点的WGS84坐标，再打开控制点坐标库把相同点在两套坐标系统内的坐标依次输入，软件就会自动计算出四参数并给出点位精度；另一种方法就是利用校正向导的多点校正，多点校正不同于单点校正，单点校正只能在第一个向导点出现时校正，计算出的是上面提到的校正参数，而多点校正则是每个向导点都需进行校正，两个点以上即可求出四参数，并自动启用。
七参数的求解方法一般是靠做控制测量即静态测量。S82静态测量的数据导入平差软件进行处理后，软件会自动求出七参数，在做RTK测量时可以直接输入使用。七参数相对于四参数来说可以认为是更准确、精度更高,而且七参数所覆盖的测区范围比四参数大
拟合参数是指高程拟合参数，在需要高精度的正常高高程值时，用RTK测量必须合理地求解高程拟合面，这样才能满足一般作业要求。GPS静态测量高程最高可以达到三等水准的精度，做RTK时为四等或四等以外，它的前提是必须有高精度的高程拟合面。求拟合参数实际上就是求一个区域高程异常的过程，S82的工程之星提供了计算高程拟合参数的方法，在利用控制点坐标库求四参数时，如果带有高程的已知点个数达到3个以上，那么软件会另外计算高程拟合参数并自动启用。
以上是求参数的方法，在实际工作中，转换参数是一个很重要的问题，所以一定要正确求取，最好留一些点进行检查，以实时把握参数的精度。具体求参数时主要是对已知点的要求比较多，有以下几个方面：
1、控制点的数量应足够。一般来讲，平面控制应至少三个，高程控制应根据地形地貌条件，数量要求会更多（比如6个或以上）以确保拟合精度要求。
2、控制点的控制范围和分布的合理性。控制范围应以能够覆盖整个工区为原则，一般情况下，相邻控制点之间的距离在3km-5km，所谓分布的合理性主要是指控制点分布的均匀性，当然控制点是越多越好。
3、已知点少时，点位决定精度。如果只有两个点情况下，两已知点距离不应太近，一般情况下作用范围不应超过两点距离的15倍；另外两已知点也不应在象限方向上，即不应在东西或南北方向，应存在一定的偏角。
4、控制点精度应统一。用于求参数的控制点应是经过统一平差的点。
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