全站儀與rtk技術在輸電線路測量中的應用

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

2、</p><p>　　【摘要】本文主要敘述全站儀和RTK的測設原理，并結合漳平和春220kv變電站工程，簡要分析全站儀及RTK技術在測量應用中的特點，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度</p><p>　　【關鍵詞】全站儀；RTK技術；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>　　隨著科學技術的飛速發(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用也得到發(fā)展，到九十年代，測量技術可謂日新月異，GPS解決了線路測量的大多數(shù)問題。</p

4、><p>　　隨著以3S技術為代表的現(xiàn)代測繪技術體系的建立，輸電線路測量的產(chǎn)品形式和技術手段及其應用上均發(fā)生了巨大的變化[1]?，F(xiàn)在，利用先進、精密的儀器及自動化成圖軟件，進行線路測量，為高壓輸電線路的設計提供數(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在輸電線路測量應用中的特點進行分析，旨在將兩者結合，靈活運用到同一項目中，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，能夠快速、精確完成測量任務。</p><p>　　2　全站儀

6、和RTK的測設原理</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，將度盤的角值轉變成為能被光電器件接收和識別的特定信號，然后再轉換成常規(guī)的角值，從而達到讀數(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>　　設未知點C坐標為（XC，YC，ZC），測站點A坐標為（XA，YA，ZA），后視點B坐標為（XB，YB，ZB），S為側站點與未知點距離，表示測站點到已知點的坐標

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為目標高，則未知點C坐標為：</p><p>　　對于式中的“±”，當αAB+β≤180°時，為“+”，當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、架設一臺GPS-RTK接收機，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(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E級控制點5個（埋設水泥預制標5個，編號[KC01]-[KC05

12、]），以靜態(tài)GPS測量方式進行測量與平差計算，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型雙頻接收機以RTK方式和全站儀進行數(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。點位應遠離高壓電線、電視轉播臺、電視臺、強的干擾臺等和建筑物、樹木等各種障礙物，以避免多路徑效應及衛(wèi)星信號遮擋。現(xiàn)場必須對收集的點位是否完整可靠進行調(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布設控制點，其技術要求滿足如下規(guī)定：</p><p>　　表3-1 GPS測量技術要求</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，對于導線邊長的測量，應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)的平差易軟件進行迭代平差。</p><p>　　平差結果須滿足：指標差互差小于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進行快速的地形測量。使用GPS-RTK進行碎部測量，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，加快工程進度。 </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，地形破碎復雜，因此采用全站儀配合棱鏡進行地形圖的測繪。全站儀除了配合棱鏡，還可進行無棱鏡測距(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)過目標地物反射，得到目標與測站之間的相對位置，再利用Cass軟件進行展點[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)缺點的補償性，在植被密集、地物復雜地帶，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)進行部分地物點位數(shù)據(jù)的測量，二者同時進行。</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計路線進行測設直線和圓曲線，將輸電線路中心線在實地敷設到具體位置上去[9]。</p><p>　　在出外業(yè)的前一天晚上,先用電腦在設計圖紙上把道路上的所有中樁點的坐標復制粘貼到Excel表格中，然后復制到記事本中，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接收機中的點放樣功能進行中線測量，若發(fā)現(xiàn)設計的中心樁位在現(xiàn)場并不適合立塔，應與甲方協(xié)商后重新確定塔位再進行測量。每放出一個中樁點并測量出這個點的三維坐標，再用木樁在點上做好標記，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的中樁點。</p><p>　　3.2.2 橫、縱斷面測量</p><p>　　當塔基位于樹木較高，樹林茂密或者地勢

24、復雜的地方時，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，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，沿著線路后退方向20米左右再測量一個方向樁坐標；</p><p>　　（2）將全站儀架設在塔位的中心樁位上，精

25、確對中整平、量取儀器高，設置后視方向； </p><p>　?。?）按照結構設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）時應加測點位； </p><p>　?。?）草圖繪制，記錄相應點位目標高度數(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>　　當設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，應在

27、不同位置進行檢測、復測，避免粗差與錯誤，且應注明所測導線的屬性。當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的方法進行測量，具體方法如下：</p><p>　?。?）用GPS在線路中心上測出Z的坐標，及測量被跨越線路直線段上的兩個桿塔A和B坐標，然后再使用坐標反算的方式求出Z點到A和B點之間的距離為D1、D2及AB點的距離D3；</p><p>　　（2）將全站儀架設在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高。 </p><p><b>　　相關公式如下：</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　則交叉跨越點的標高為：

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，且導線的懸掛高度相同時，導線最低點與兩個導線懸掛點之間連線的垂直距離[11]。導線的弧垂是輸電線路平穩(wěn)運作的關鍵性指標，而架空線的檔距、應力及其所處氣象環(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]，因此需要對弧垂進行實時監(jiān)測或者校驗。</p><p>　　全站儀聯(lián)合RTK進行測量的步驟：根據(jù)已知點進行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給出圖根點位坐標及位置 [13]，然后，在該點位上架設全站儀，精確整平對中，且對中誤差保證小于1mm，再由RTK給出后

31、視點位進行檢核，偏差必須在限差允許范圍內(nèi)才可進行點位數(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>　　導線懸掛點A、B處的傾角分別為：</p><p><b>　?。?-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>　　上述關系式說明導線懸掛點的傾斜角度能夠直接反映輸電線路導線的實時弧垂值。</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，必須重新進行初始化

35、工作，當?shù)鹊街匦骆i定衛(wèi)星后，方可再進行碎部點觀測，在此之前，為了確保準確性，最好回到已知點（最好為控制點）上進行點校核，確定誤差符合規(guī)定，方可進行下步工作。 </p><p>　　一個（或多個）RTK GPS 流動站應確保同步觀測大于4顆衛(wèi)星，手簿顯示坐標和高程允許偏差應小于±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精度應控制在±5cm內(nèi)，點位誤差應控制在±10cm內(nèi)，其它應滿足規(guī)范GB 50741-2012和Q/GDW 298-2009中的要求。</p><p>　　如果技術設計未明確說明，一般35KV以上電力線應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；地物符號標高要置零。</p><p><b>　　4 結論</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雜地方，我們用GPS測量塔基樁位坐標，然后用全站儀測量塔基斷面。</p><p>　?。?）當設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>　?。?）當我們設計的路線跨越電力線、通信線等

39、人員無法到達的位置時，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度而且還提高工程的質(zhì)量和進度。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：</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>　　大學生活紛繁耀眼，而時光無情，未及容許我們細細品味，已悄然從身旁劃過，不留一絲痕跡。值此離別之際，謹向關心、幫助、鼓勵我的老師和同學們致以真誠的謝意！</p><p>　　首先，最應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，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計院的各位同事，是你們讓我了解了一個公司運作的方