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一丝冷风

GPS 在送电线路测量中的应用


摘要:
全球定位系统（GPS），是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星导航与定位系统，该系统已在送电线路设计测量过程中得到应用，而在施工中也有使用经历。2004年12月9日，山西送变电工程公司在500kV方牡敦包送电线路工程复测定位过程中使用GPS全球定位系统，经现场检查复核，其先进的性能、便捷的操作、准确的测量结果完全能够达到送电线路施工的要求，收到良好的效果。

关键词: 全球定位系统  送电线路  定位  使用  
                                                        
                     

                                    500kV西线送电工程测量现场

    随着知识经济、电子贸易、电子商务新的时代来临，GPS不断突破传统应用，向集成化、系统化、实用化、多样化发展,这给送电线路施工测量技术突破传统测量模式、最终融入电子信息化大潮带来了机遇。
1、GPS简介
    GPS是 “Navigation System Timing and Ranging/Global Positioning System”的英文缩写，译成汉语为“授时与测距导航系统/全球定位系统”，简称“全球定位系统”。
    GPS主要有三大部分组成，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。      
    空间星座部分由24颗卫星组成，工作卫星分布在6个轨道面内，每个轨道面内有4颗卫星。这种卫星在空间的配置方法保证了地球上任何地点、任何时刻均至少可以同时观测到4颗卫星。GPS卫星通过自身配置的微处理机和高精度原子钟不断接收、储存和处理地面监控站发来的导航信息，并向用户发送导航与定位信息。
    地面监控部分主要由分布在全球的多个地面站组成，其中包括卫星检测站、主控站和信息注入站。主要作用是对卫星提供时间基准、进行参数修正、传送控制指令、调整运行轨道。
    用户设备主要有GPS接收机硬件和数据处理软件以及微处理机及其终端设备组成，主要任务是接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息及观测量，并经数据处理而完成导航和定位工作。
GPS接收机也叫GPS全站仪，即我们平常称谓的GPS。
    GPS的特点：全球地面连续覆盖，应用范围广；功能多、精度高；实时定位速度快、抗干扰性能好；观测站之间无需通视；提供三维坐标；操作简便；全天候作业。
2、设备的选择
    目前国际上生产GPS接收机的厂家已有数十家，型号超过数百种，且新产品更新很快、日新月异，因此购买过程中一定要根据设备性能和经济技术指标慎重选择。
设备性能应考虑设备的测量精度、软件的质量与功能以及设备重量。
送电线路测量施工中要求横线路偏移不得超过50mm，因此所购买的设备水平测量误差尽量达到厘米级。目前市场上水平测量精度为10mm+1ppm*D、垂直测量精度为20mm+1ppm*D的设备即可满足测量要求。（D为观测站之间距离、ppm为百万分比）
好的软件不仅使用方便，而且能改善定位精度、提高作业效率和开拓使用领域。软件的质量与功能是GPS测量水平高低的重要标志。
另外，设备重量也是不可忽视的因素，重的设备会给线路测量施工带来不便。
3、设备的检查
观测中所采用的设备，必须对其性能与可靠性进行检查，合格后方能进行作业。新购置的设备应进行全面检查。全面检查的内容包括一般检查、通电检查和试测检验。
一般检查主要检查设备的各部件是否齐全、完好，紧固部件是否松动与脱落，设备的使用手册是否齐全等。
通电检查主要是设备通电后有关信号灯、按键、显示系统和仪表的工作状况以及自测系统的工作状况是否正常。
测试检验应在不同长度的标准基线上或专设的GPS测量检验场上进行，主要检验设备的测量精度。测试检验一般每年测试一次。
    GPS接收机属贵重的精密电子仪器，必须制定严格的使用、运输与保管办法。
4、测量的实施
4.1 施工测量开始前应具备的资料：
线路测量施工开始前应有设计部门提供的《线路走径图》、《线路杆塔明细表》、《线路断面图》等资料。
    4.2 施工测量规范要求
    《110～500kV架空电力线路施工及验收规范》在第三章施工测量中规定了施工测量允许误差，即以两个相邻直线桩为基准，横线路方向偏差不大于50mm；顺线路方向两相邻杆塔位中心桩间的距离与设计值的偏差不大于1%；两相邻塔位的相对标高复核值与设计值相比偏差不应超过0.5m。
从规程要求可以看出，线路施工测量对
横线路方向的偏移量要求比较高，因此施工
测量时应格外注意横线路偏移情况，尽量减
少横线路偏移误差。
4.3 测量方式
现场定位测量采用实时连续动态载波差
分测量的方式，现场配备基准站和流动站。
基准站的作用是获得所有其它未知点的位置。
基准站由接收机、电池、电台、标准电台天
线构成；流动站的作用是相对于固定的基准站接收机进行差分改正。流动站由接收机、流动站电台、GPS天线、电台天线、测量控制器及托架、流动杆、电池、电缆及必要的携带工具构成。
用GPS进行的线路测量工作有内业和外业两种，内业主要包括GPS测量的方法策划、测后数据处理以及技术总结等，外业包括选点、建立观测标志、野外观测作业等。内业一般在计算机上进行，外业主要在施工现场进行。计算机与GPS接收机通过数据的相互传输把内业和外业紧密联系在一起。

4.4施工测量流程图
































4.4 施工测量具体操作
    现场定位测量数据采集分两种情况：
    4.4.1设计部门提供相关测量数据，主要包括方向桩、杆位桩的大地坐标和高程。
        在这种情况下，首先按流程图要求，利用GPS软件在计算机（或测量控制器）上新建一个项目，按顺序将所给点位坐标依次输入计算机数据库，然后确定所给坐标与WGS-84（世界大地坐标系.1984）的关系，如坐标系不同则作“点校正”统一坐标系统。“点校正”功能能实现地方控制点与WGS-84的特殊转换，并将这些定义保存在坐标系统的数据库里。
    然后选取设立基准站的位置。基准站宜设在位于测量段中心位置的方向桩上，测量段不要超出15公里的作业范围。
在野外实测定位时，应以方向桩作为基准点来参考、修正杆塔中心桩位。在已选的方向桩上设置好基准站，然后启动流动站，进入实时连续动态载波差分测量的模式。当模式固定好以后即可进行测量和放样操作，且实时得到流动站的网络坐标。为减少误差，应在放样前做一个“点校正”，或先到几个已知方向桩上检验一下精度。因为已知桩位也可能存在误差，根据点校正的结果找出误差较大的桩位。
定位操作步骤为：
①测量初始化→
②键入数据定义一个杆塔中心桩点位→
③导航到点→
④定位并标记此点→
⑤测量作为定位点坐标→
⑥重复3～5项直至所有点放样完毕→
⑦结束测量。
    测量初始化功能能使基线处理器逆算两点获得初始化向量。从而为动态测量获得最佳效果。定位过程中应注意随时将定位参数与断面图校对，避免出现问题。
    测量完毕，将测量结果导出到计算机，按GPS软件要求检查编辑测量数据，进行GPS基线、网平差处理以及用时间线查看原始GPS数据，如有超差现象，立即进行复测，直到符合测量误差要求为止。
    4.4.2 设计部门不提供测量数据。
在此情况下，应按GPS测量范围的要求将所测线路进行分段，然后在第一段的第1个耐张段内寻找4个方向桩或杆位桩依次作为参考点（最好选两侧转角塔位及中间两点），然后将基准站放到靠近中间的方向桩上，用单点定位的办法测出这个点的坐标，然后用流动站连测另外三个点，在测量控制器上确定直线，然后按断面图上跟基准站的距离关系逐个将方向桩、杆位桩的坐标输入测量控制器中，即可开始本段的放样定位工作。
相临耐张段如相交的转角桩没丢失，可按与第1段直线的转
角度数关系确定第2条直线，由于转角度数存在误差因此新建直
线只是与第二条直线近似，但利用此直线可方便地找到第2段的
方向桩及杆位桩，找到4个桩位以后再按第1耐张段的方法定位。  
如转角桩丢失，可在第一段定位时将桩位先补上，在假定正确
的情况下测量第二段，最后复核此转角桩，超出误差时要将两直线
进行交角。如碰到孤立档，可在选定的直线上按档距定转角塔位即
可，最后应复核转角度数是否在允许误差范围以内。                    控制测量器
按分段完成测量以后，也要进行数据检查，有误差及时复测。
   
    以上可以看出，要想快速、准确地完成定位任务，应尽量要求设计部门提供测量数据。  

5、使用GPS的优点
5.1 用GPS定位省时省力，现场定位过程中有的杆位2分钟即可定完。在转角桩丢失甚至在靠近变电所的终端塔杆位桩丢失的情况下，补桩同定直线塔位一样简单，不用再交角。
5.2  GPS的导航功能使测量员通过测量控制器上的指针很方便地找到杆塔位，不再像过去那样盲目寻找。图形放样功能有坐标增量显示，非常简洁直观的就把需要放样的点位确定下来。
   5.3  GPS无论雨天还是雾天、甚至晚上都能进行定位测量，使测量工作不再受外界条件的局限。
   5.4  GPS有很强的内业处理功能。可以很方便地对野外测量数据进行分析整理，能检测测量的质量，能够及时发现存在的问题，这对传统测量方法来说是绝对办不到的。   
   5.5 GPS还可以帮助我们快速地进行土石方测量，给施工带来了方便。
   5.6 GPS可以带来较好的经济效益。由于在测量中流动站不要求与基准站通视，一些高杆植物再也不需要削割，大大减少了砍伐通道的费用。另外大型建筑物再也不会成为施工测量的障碍，可以及时地复测分坑，保证了施工的顺利进行，因而可以提高经济效益。

6、使用GPS注意事项  
   6.1 基准站应远离大功率无线电发射台和高压输电线，以避免其周围磁场对GPS卫星信号的干扰，附近也不能有大面积水域，避免增强多路径效应。
   6.2 观测站应设在易于安置接收设备的地方，且视场开阔。在视场内周围障碍物的高度角，根据情况一般应大于10°～15°，以减弱对流层折射的影响。另外应选在交通方便的地方，并且便于用其它测量手段联测和扩展。
   6.3 雷雨季节GPS接收机天线要接地。
   6.4 由于观测卫星的几何分布对GPS的精度有重要影响，所以测量时应编制GPS卫星可见性图，选择最佳的观测时间。
   6.5 天线安置后，应在各观测时段的前后各量测天线高一次，两次量测结果之差不应超过3mm，并取平均值使用。
   6.6 当确认外接电源、电缆及天线等各项连接完全无误后，方可接通电源，启动接收机。
   6.7 开机后接收机的有关仪表数据显示正常时，方能进行自测试和输入有关信息。
   6.8 在观测过程中，接收机不得关闭并重新启动；不准改变天线高。
   6.9 观测站的全部预定项目，经检查均已按规定完成，记录与资料均完整无误后方可迁站。
  7、结果
     在当今极具竞争性的市场领域，提高生产率是制胜的关键。通过应用GPS,测量人员可避免常规测量工作中的诸多不便，极大提高生产率。通过GPS的初步应用，我们深刻感受到科学技术是第一生产力的涵义。我们相信：经过了不断更新换代、综合处理卫星信号能力不断增强、处理器芯片的速度不断提高的GPS全球定位系统，必将会给我们的送电线路测量工作带来极大便利，成为我们施工测量中不可或缺的得力助手，同时也有助于我们不断提高施工测量水平和综合效益。