全站儀與rtk技術(shù)在輸電線路測量中的應(yīng)用

1、<p><b>　　龍巖學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　題目：全站儀與RTK技術(shù)在輸電線路測量中的應(yīng)用</p><p><b>　　二0一六年六月三日</b></p><p>　　全站儀與RTK技術(shù)在輸電線路測量中的應(yīng)用

2、</p><p>　　【摘要】本文主要敘述全站儀和RTK的測設(shè)原理，并結(jié)合漳平和春220kv變電站工程，簡要分析全站儀及RTK技術(shù)在測量應(yīng)用中的特點，使其在線路測量中各自發(fā)揮作用,以提高工作效率加快工程進(jìn)度</p><p>　　【關(guān)鍵詞】全站儀；RTK技術(shù)；線路測量</p><p><b>　　1　引言</b></p><p

3、>　　1.1 研究背景及現(xiàn)狀</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類社會步入了電汽時代，電力資源的利用在人們的生活中已經(jīng)成為不可或缺的一個重要角色，而線路測量則是輸電線路的輸送容量和線路安全的保障。在五六十年代使用經(jīng)緯儀視距法測量，查視距表或拉計算尺測量高差，直至八十年代，自動記錄的全站儀和外接記錄器的應(yīng)用也得到發(fā)展，到九十年代，測量技術(shù)可謂日新月異，GPS解決了線路測量的大多數(shù)問題。</p

4、><p>　　隨著以3S技術(shù)為代表的現(xiàn)代測繪技術(shù)體系的建立，輸電線路測量的產(chǎn)品形式和技術(shù)手段及其應(yīng)用上均發(fā)生了巨大的變化[1]?，F(xiàn)在，利用先進(jìn)、精密的儀器及自動化成圖軟件，進(jìn)行線路測量，為高壓輸電線路的設(shè)計提供數(shù)據(jù)依據(jù)，已經(jīng)成為現(xiàn)代輸電線路測量的主流方式。</p><p>　　1.2 研究意義及內(nèi)容</p><p>　　用常規(guī)的數(shù)字測圖手段進(jìn)行線路測量，其效率已無法滿足

5、實際測量的要求。通過全站儀配合RTK在輸電線路測量中使用，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，這樣既能提高數(shù)據(jù)的采集速度，又可以提高工作效率，減少人力物力的浪費 [2]，尤其是在樹木茂密、地勢復(fù)雜的山區(qū)。</p><p>　　本文通過對全站儀和RTK在輸電線路測量應(yīng)用中的特點進(jìn)行分析，旨在將兩者結(jié)合，靈活運用到同一項目中，實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，能夠快速、精確完成測量任務(wù)。</p><p>　　2　全站儀

6、和RTK的測設(shè)原理</p><p>　　2.1　全站儀工作原理</p><p>　　全站儀電子測角的實質(zhì)是采用了光電度盤，將度盤的角值轉(zhuǎn)變成為能被光電器件接收和識別的特定信號，然后再轉(zhuǎn)換成常規(guī)的角值，從而達(dá)到讀數(shù)記錄的自動化以及數(shù)字化，減少工作人員的工作量[3]。 </p><p>　　電子測距的基本原理是利用儀器發(fā)出光波（光速C=30萬km/s），通過測定出光波在

7、測線兩端點間往返傳播的時間t來測量距離S：</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　式中乘以1/2是因為光波經(jīng)歷了兩倍的路程, C為光速。</p><p>　　設(shè)未知點C坐標(biāo)為（XC，YC，ZC），測站點A坐標(biāo)為（XA，YA，ZA），后視點B坐標(biāo)為（XB，YB，ZB），S為側(cè)站點與未知點距離，表示測站點到已知點的坐標(biāo)

8、方位角，β表示觀測得到的水平角，λ為觀測的豎直角，i為儀器高，v為目標(biāo)高，則未知點C坐標(biāo)為：</p><p>　　對于式中的“±”，當(dāng)αAB+β≤180°時，為“+”，當(dāng)αAB+β≥180時，為“-”。</p><p>　　2.2 RTK工作原理</p><p>　　RTK（Real - Time kinematic）實時動態(tài)差分法, 在參考站

9、架設(shè)一臺GPS-RTK接收機(jī)，連續(xù)觀測所有鎖定及可見的GPS衛(wèi)星，并將觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備實時發(fā)送給用戶流動站。在流動站上，GPS同時接收來自衛(wèi)星和參考站發(fā)送過來的數(shù)據(jù)[4]，然后通過GPS相對定位的原理解算出流動站的坐標(biāo)(x，y，h)。使用RTK在野外實時就能得到符合測量精度要求的數(shù)據(jù)，而且操作簡單，能夠全天作業(yè)，在實際測量中使用廣泛。</p><p>　　2.3　全站儀和RTK優(yōu)缺點對比</p&g

10、t;<p>　　表2-1 全站儀與RTK優(yōu)缺點對比</p><p><b>　　3 輸電線路測量</b></p><p><b>　　3.1 初勘測量</b></p><p>　　3.1.1 研究區(qū)概況</p><p>　　研究區(qū)位于漳平市和平鎮(zhèn)和春村隔頭坪自然村西北部約200m處的山

11、前坡地上，呈四周高中間低地勢，海拔高程約200～270米。研究區(qū)內(nèi)坡地有密集松樹和雜樹，中間是梯田，種有大面積桃樹、小面積水稻，附帶有部分魚塘和旱地。區(qū)域內(nèi)有少量棚房作養(yǎng)殖，東北角有大塊養(yǎng)豬場。</p><p>　　已收集到研究區(qū)附近4個國家C級控制點A048、426P、427P、441P可用于控制聯(lián)測?，F(xiàn)場調(diào)查和檢測核實已有控制點，并在研究區(qū)內(nèi)埋設(shè)E級控制點5個（埋設(shè)水泥預(yù)制標(biāo)5個，編號[KC01]-[KC05

12、]），以靜態(tài)GPS測量方式進(jìn)行測量與平差計算，高程采用三角高程方法測量并平差計算[5]。同時在測區(qū)埋設(shè)若干用于測圖與放樣的埋石圖根點，以GPS-RTK方式或圖根光電導(dǎo)線方式測量。研究區(qū)地形圖測繪外業(yè)采用徠卡GS14型雙頻接收機(jī)以RTK方式和全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并繪制草圖。內(nèi)業(yè)采用南方Cass7.1繪制成圖，等高距1m。</p><p>　　3.1.2 控制觀測</p><p>　　根據(jù)提供

13、的C級GPS控制點：426P、427P、441P、A048，預(yù)計新埋站址控制點4～5個，并利用GPS儀器作靜態(tài)觀測及平差處理。新增站址控制點位應(yīng)盡量選在交通方便、視野開闊、穩(wěn)定、牢固的地方，也要便于保存以供下一階段使用。點位應(yīng)遠(yuǎn)離高壓電線、電視轉(zhuǎn)播臺、電視臺、強(qiáng)的干擾臺等和建筑物、樹木等各種障礙物，以避免多路徑效應(yīng)及衛(wèi)星信號遮擋?，F(xiàn)場必須對收集的點位是否完整可靠進(jìn)行調(diào)查，確保位置可靠，與所收集數(shù)據(jù)一致，才可用于控制點聯(lián)測和加密。<

14、/p><p>　　本次研究的首級控制網(wǎng)級別為E級。采用GPS布設(shè)控制點，其技術(shù)要求滿足如下規(guī)定：</p><p>　　表3-1 GPS測量技術(shù)要求</p><p>　　3.1.3三角高程測量</p><p>　　本次測量采用徠卡TS06全站儀，水平角觀測三個測回，對于導(dǎo)線邊長的測量，應(yīng)該每條邊觀測三個測回，每個測回四次讀數(shù)，取中數(shù)使用，測回讀數(shù)

15、較差及往返較差均嚴(yán)格按《規(guī)范》要求執(zhí)行。每個測站氣溫讀至0.5℃，氣壓讀至0.5hpa，其精度按一級導(dǎo)線測量要求執(zhí)行。最后采用南方測繪儀器公司開發(fā)的平差易軟件進(jìn)行迭代平差。</p><p>　　平差結(jié)果須滿足：指標(biāo)差互差小于15″，垂直角測回較差小于15″，對向觀測高差較差小于0.2S，環(huán)形閉合差小于±0.07。其它觀測要求符合大綱規(guī)定。</p><p>　　精度統(tǒng)計情況：每公里

16、高差中誤差 = 14.34 (mm)，最弱點高程中誤差[KC04]= 12.07 (mm)，高差閉合差=-11.00(mm)。滿足精度要求。</p><p>　　最后，進(jìn)行高程控制網(wǎng)（點）平差計算：以KC02為起算點，求得其它控制點的高程值，作為最后高程成果。其中路線長度1.289km，高差閉合差為-11.00mm。平均邊長：322.199(m)。</p><p><b>　　閉

17、合差統(tǒng)計報告:</b></p><p>　　路徑：[KC03-KC04-KC01-KC02]</p><p>　　高差閉合差=-11.00(mm),限差=±70=±140.00(mm)</p><p>　　路線長度=1.289(km)</p><p>　　3.1.4 控制點成果</p><p

18、>　　表3-2 控制點成果</p><p>　　3.1.4 帶狀地形圖測繪</p><p>　　在地形較為開闊，四周沒有較高的建筑物和樹木的情況下，可使用RTK進(jìn)行快速的地形測量。使用GPS-RTK進(jìn)行碎部測量，不必畫草圖，在記錄碎部點時,將點號按一定的格式保存(如“圍墻”使用其拼音首字母WQ或Q表示)，以方便內(nèi)業(yè)處理時識別。綜上所述，使用GPS-RTK進(jìn)行野外作業(yè)時，可一名測繪人員

19、使用一臺流動站的模式，這樣可以節(jié)省部分人力、物力去處理其他事務(wù)，加快工程進(jìn)度。 </p><p>　　由于研究區(qū)內(nèi)坡地植被密集且分布廣，通視條件較差，交通條件一般，地形破碎復(fù)雜，因此采用全站儀配合棱鏡進(jìn)行地形圖的測繪。全站儀除了配合棱鏡，還可進(jìn)行無棱鏡測距(或無接觸測距)，即全站儀發(fā)射肉眼可見的紅色激光束，經(jīng)過目標(biāo)地物反射，得到目標(biāo)與測站之間的相對位置，再利用Cass軟件進(jìn)行展點[7]。兩種方式都是運用相位法來測

20、距,所得數(shù)據(jù)的精度幾乎相等[8]。</p><p>　　圖3-1 全站儀聯(lián)合RTK測圖基本流程圖</p><p>　　在野外測量過程中，全站儀采用由RTK提供的圖根點作為控制點，進(jìn)行外業(yè)點位數(shù)據(jù)的測量，過程中減少了全站儀從其它地方引入控制點的流程，也就降低了測量人員的勞動量，提高測量速度；有效的減少了測量時的換站次數(shù)引起的誤差累積，提高測量數(shù)據(jù)的精度。</p><p&g

21、t;　　針對RTK與全站儀優(yōu)缺點的補(bǔ)償性，在植被密集、地物復(fù)雜地帶，采取RTK配合全站儀的方法：由GPS-RTK測量圖根點，實際證明RTK的測量精度完全可以滿足圖根控制的要求，接著運用全站儀采集碎部點數(shù)據(jù)。與此同時，RTK也可以在空曠地區(qū)進(jìn)行部分地物點位數(shù)據(jù)的測量，二者同時進(jìn)行。</p><p>　　圖3-2 成果展示圖</p><p><b>　　3.2 終勘測量</b&

22、gt;</p><p>　　3.2.1 中線測量</p><p>　　中線測量是指按照設(shè)計路線進(jìn)行測設(shè)直線和圓曲線，將輸電線路中心線在實地敷設(shè)到具體位置上去[9]。</p><p>　　在出外業(yè)的前一天晚上,先用電腦在設(shè)計圖紙上把道路上的所有中樁點的坐標(biāo)復(fù)制粘貼到Excel表格中，然后復(fù)制到記事本中，把記事本的格式改成“.dat”文件格式，再通過SD存儲卡導(dǎo)入到RT

23、K的手簿中。在測區(qū)現(xiàn)場用徠卡GS14型GPS接收機(jī)中的點放樣功能進(jìn)行中線測量，若發(fā)現(xiàn)設(shè)計的中心樁位在現(xiàn)場并不適合立塔，應(yīng)與甲方協(xié)商后重新確定塔位再進(jìn)行測量。每放出一個中樁點并測量出這個點的三維坐標(biāo)，再用木樁在點上做好標(biāo)記，以便我們在后面的中樁高程測量和橫斷面測量時可以找到對應(yīng)的中樁點。</p><p>　　3.2.2 橫、縱斷面測量</p><p>　　當(dāng)塔基位于樹木較高，樹林茂密或者地勢

24、復(fù)雜的地方時，如果只用GPS測量，要求GPS上空開闊才有固定信號，要砍伐很多樹木，費時費力。此時就采用全站儀來配合測量，通常用GPS測量塔基樁位坐標(biāo)，然后用全站儀測量塔基斷面，這樣可以提高野外測量效率。具體測量方法如下：</p><p>　?。?）用RTK放樣及測量出塔位中心坐標(biāo)，沿著線路后退方向20米左右再測量一個方向樁坐標(biāo)；</p><p>　?。?）將全站儀架設(shè)在塔位的中心樁位上，精

25、確對中整平、量取儀器高，設(shè)置后視方向； </p><p>　　（3）按照結(jié)構(gòu)設(shè)計人員提供的塔腿方向、間距和范圍，測圖比例尺要求，規(guī)范規(guī)定的點間距離采集斷面數(shù)據(jù)，如遇高低起伏較大處（超過0.5m）時應(yīng)加測點位； </p><p>　?。?）草圖繪制，記錄相應(yīng)點位目標(biāo)高度數(shù)據(jù)；</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)整理，繪制斷面圖；</p><p>　

26、　圖3-3 塔基斷面勘測示意圖</p><p>　　圖3-4 塔基斷面圖截圖</p><p>　　圖3-5 平斷面圖截圖</p><p>　　3.2.3交叉跨越測量</p><p>　　當(dāng)設(shè)計線路跨越其他物時，我們要測量被跨越物的高程，被跨越物有電力線、通訊線、建筑物、公路鐵路、河流等[10]。對影響桿塔高度的已有10kV及以上電力線路，應(yīng)在

27、不同位置進(jìn)行檢測、復(fù)測，避免粗差與錯誤，且應(yīng)注明所測導(dǎo)線的屬性。當(dāng)測量交叉跨越電力線、通訊線的時候，我們采用全站儀配合RTK的方法進(jìn)行測量，具體方法如下：</p><p>　　（1）用GPS在線路中心上測出Z的坐標(biāo)，及測量被跨越線路直線段上的兩個桿塔A和B坐標(biāo)，然后再使用坐標(biāo)反算的方式求出Z點到A和B點之間的距離為D1、D2及AB點的距離D3；</p><p>　?。?）將全站儀架設(shè)在Z點

28、上，測量出Z點到A和B之間的水平角b、a，還有Z點到O點即交叉跨越點的高度角β，即可計算出測站Z至交叉跨越點O之間的平距D，即可求出交叉跨越點的標(biāo)高。 </p><p><b>　　相關(guān)公式如下：</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　則交叉跨越點的標(biāo)高為：

29、 （3-2） </p><p>　　圖3-6 測量交叉跨越示意圖</p><p>　　3.2.4全站儀配合RTK進(jìn)行弧垂測量</p><p>　　弧垂是指相鄰的兩基塔桿處于平坦的地面上，且導(dǎo)線的懸掛高度相同時，導(dǎo)線最低點與兩個導(dǎo)線懸掛點之間連線的垂直距離[11]。導(dǎo)線的弧垂是輸電線路平穩(wěn)運作的關(guān)鍵性指標(biāo)，而架空線的檔距、應(yīng)力及其所處氣象環(huán)境條件都會

30、影響弧垂的大小，而不符合規(guī)范要求的弧垂不單會導(dǎo)致安全隱患，還影響了線路的輸送容量[12]，因此需要對弧垂進(jìn)行實時監(jiān)測或者校驗。</p><p>　　全站儀聯(lián)合RTK進(jìn)行測量的步驟：根據(jù)已知點進(jìn)行RTK點位測量精度的校正,并選取通視情況優(yōu)越且易于儀器搬運、操作并且地面穩(wěn)固不易松動、的圖根點。由RTK給出圖根點位坐標(biāo)及位置 [13]，然后，在該點位上架設(shè)全站儀，精確整平對中，且對中誤差保證小于1mm，再由RTK給出后

31、視點位進(jìn)行檢核，偏差必須在限差允許范圍內(nèi)才可進(jìn)行點位數(shù)據(jù)的采集。</p><p>　　下面簡要介紹利用張力及傾角的方式進(jìn)行實時觀測弧垂的原理：</p><p>　　如下圖，檔距為l，高差為h(B高于A)，則掛點A、B之間最大弧垂為：</p><p><b>　　（3-3）</b></p><p>　　式中，H是輸電線路最

32、低點的水平張力（導(dǎo)線最低點處只承受水平張力，垂直張力為零），w為輸電線路單位長度的自重。</p><p>　　圖3-7 縣掛點不等高的架空線</p><p>　　導(dǎo)線懸掛點A、B處的傾角分別為：</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p><b>　?。?-5）</b></

33、p><p>　　將式（5-2）、（5-3）中的w/H分別帶入式（5-1），得</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　上述關(guān)系式說明導(dǎo)線懸掛點的傾斜角度能夠直接反映輸電線路導(dǎo)線的實時弧垂值。</p><p&g

34、t;<b>　　3.3 注意事項</b></p><p>　　全站儀安置在山上、田里比較軟的土地時，一定要踩緊腳架。</p><p>　　在測量過程中，一定要查看全站儀的氣泡偏移情況，如果偏移過大，則重測。</p><p>　　切忌用手觸摸全站儀的反光鏡和玻璃表面。</p><p>　　GPS信號失鎖，必須重新進(jìn)行初始化

35、工作，當(dāng)?shù)鹊街匦骆i定衛(wèi)星后，方可再進(jìn)行碎部點觀測，在此之前，為了確保準(zhǔn)確性，最好回到已知點（最好為控制點）上進(jìn)行點校核，確定誤差符合規(guī)定，方可進(jìn)行下步工作。 </p><p>　　一個（或多個）RTK GPS 流動站應(yīng)確保同步觀測大于4顆衛(wèi)星，手簿顯示坐標(biāo)和高程允許偏差應(yīng)小于±30mm，偏距顯示小于±15mm。</p><p>　　RTKGPS用于線路斷面以及平面測量時

36、，其CQ精度應(yīng)控制在±5cm內(nèi)，點位誤差應(yīng)控制在±10cm內(nèi)，其它應(yīng)滿足規(guī)范GB 50741-2012和Q/GDW 298-2009中的要求。</p><p>　　如果技術(shù)設(shè)計未明確說明，一般35KV以上電力線應(yīng)連線表示并注記電壓伏數(shù)。</p><p>　　外業(yè)測圖及內(nèi)業(yè)成圖都要按新圖式要求，各作業(yè)組在表示方法上要統(tǒng)一。</p><p>　　高程

37、注記要反映地表起伏，一般路邊線、水塘邊線、水溝邊線等的高程注記不要保留；地物符號標(biāo)高要置零。</p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　GPS-RTK測量與傳統(tǒng)的測量方法對比，選點靈活、作業(yè)效率高、操作簡便且定位精度高，大大降低了作業(yè)條件要求,可全天候作業(yè)。但是，在較為偏遠(yuǎn)的山區(qū)，樹木密集，信號較差，使得GPS-RTK測量精度低，一些特征地物無

38、法測得，需配合傳統(tǒng)全站儀進(jìn)行測量。</p><p>　?。?）如果塔基是在植被茂密的樹林中或地形比較復(fù)雜地方，我們用GPS測量塔基樁位坐標(biāo)，然后用全站儀測量塔基斷面。</p><p>　?。?）當(dāng)設(shè)計的線路無法通過人員直接測量的斷面點、獨立物時，我們可以采用全站儀配合RTK來測量出斷面點或獨立物的高程。</p><p>　?。?）當(dāng)我們設(shè)計的路線跨越電力線、通信線等

39、人員無法到達(dá)的位置時，我們可以用全站儀配合RTK測量出被跨越的線高。</p><p>　　因此，RTK 結(jié)合全站儀在線路測量方面是非常高效便捷的。將兩者合理搭配使用，發(fā)揮各自優(yōu)勢，不但節(jié)約時間，降低測量人員的工作強(qiáng)度而且還提高工程的質(zhì)量和進(jìn)度。這對測量人員和項目承包方來說都是非常有利的，能創(chuàng)造出更大的利益和價值。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b><

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45、 Station and RTK technology in Route survey</p><p>　　Resource Engineering Institute Geomatics Engineering</p><p>　　No. 2012092540 Name: JinyuXu Supervisor: Miss Jia</p><p>　　Ab

46、stract：This paper describes the survey principles of Electronic Total Station and RTK, and combined Hechun Zhangping 220kv Substation Project to do a brief analysis of the characteristics of Electronic Total Station and

47、RTK technology in measurement applications, thus to make each of them to play a role in route survey in order to improve working efficiency and expedite working schedule.</p><p>　　key words：Electronic Total

48、Station; CORS technology;Route survey</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　大學(xué)生活紛繁耀眼，而時光無情，未及容許我們細(xì)細(xì)品味，已悄然從身旁劃過，不留一絲痕跡。值此離別之際，謹(jǐn)向關(guān)心、幫助、鼓勵我的老師和同學(xué)們致以真誠的謝意！</p><p>　　首先，最應(yīng)該感謝的是我們尊敬的賈老師

49、！在完成畢業(yè)論文期間，無論是選題方向的確定、數(shù)據(jù)資料的收集，還是寫作大綱的擬定以及論文初稿的審核，賈老師都不厭其煩地給我提供了無私的幫助。如果沒有老師的耐心指導(dǎo)，就不會有我這篇論文的最終完成。在此，向您致以我十二分誠摯的敬意和衷心的感謝！</p><p>　　同時，還要感謝同學(xué)們的鼓勵和支持，讓我有勇氣能直面社會的現(xiàn)實，昂首挺胸，一往無前。另外，感謝福建省電力勘測設(shè)計院的各位同事，是你們讓我了解了一個公司運作的方