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GPS在电力线路勘测中的应用.doc

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GPS 电力 线路 勘测 中的 应用
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龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目: GPS 在电力线路勘测中的应用 资源工程学院GPS 在电力线路勘测中的应用[摘要]:阐述了利用 GPS 可提高电力线路勘测的工作效率,以及与传统测量的对比,突出 GPS 在电力线路勘测中的应用及优势。[关键词]:GPS,电力线路,RTK,勘测2目录1、引言 ...........................................................................................42、输电线路基础知识 ...............................................................................42.1 输电线路的概念 ..............................................................................42.2 输配电线路的工程特点 ........................................................................42.3 勘测中存在的问题 ............................................................................43、GPS 的基础知识 ..................................................................................43.1 GPS 空间定位的基本原理: .....................................................................43.2 GPS 系统的特点: ..............................................................................44、GPS 在电力线路测量中的应用 ......................................................................54.1 电力线路路径的选择 ..........................................................................54.2 选择路径的原则 ..............................................................................54.3 静态控制网的布设方案 ........................................................................64.3.1 GPS 测量的技术设计 ......................................................................634.3.2 图上设计 ................................................................................74.3.3 选点 ....................................................................................74.3.4 埋石 ....................................................................................74.3.5 调动方案 ................................................................................74.3.6 观测 ....................................................................................74.3.7 数据处理与成果整理 ......................................................................74.4 动态 GPS(RTK)在电力勘测的应用 ................................................................84.4.1 求解坐标转换参数 ........................................................................84.4.2 定位测量 ................................................................................84.4.3 定线测量 ................................................................................84.4.4 塔基断面测量 ............................................................................84.5 断面图测量和风偏点测量 ......................................................................94.5.1 采集野外数据信息 ........................................................................94.5.2 内业编辑生成断面图 ......................................................................95、工程实例 ......................................................................................105.1 工程概况及勘测范围 ........................................................................105.1.1 工程概述 ...............................................................................105.1.2 勘测范围 ...............................................................................105.1.3 困难类别 ...............................................................................105.2 工程依据的技术规程、法规及标准 ............................................................105.3 工程组织情况 ..............................................................................105.4 测绘项目及工作量 ..........................................................................105.4.1 控制测量 ..............................................................................115.4.2 高程控制测量 ...........................................................................125.4.3 地形测绘 ...............................................................................125.4.4 图根控制测量 ...........................................................................125.4.5 地形图测绘 .............................................................................125.4.6 内业资料整理 ...........................................................................126 致谢语 .........................................................................................14参考文献: .......................................................................................151、引言电力工业是国民经济发展和民生保障的基础,电力安全更是全社会和城市运行安全的重要组成部分。电力特性、资源禀赋和能源发展规律客观上决定了电力在能源战略中的极其重要地位。抓住电力,就抓住了中国能源可持续发展的一个“牛鼻子” 。统计数据显示,国民经济电气化程度逐年提高;全国居民直接的电力终端消费占能源消费总量的比例超过 20%,和发达国家差不多,但还有很大提高的余地,其所占比例越高,对电力勘测的要求也越大。测绘工作作为电力工程设计的前期工作 ,对工程造价、工程设计、建设质量起着重要作用, 电力勘测设计随着测量设备及测量手段的逐渐完善,其效率日渐提高。42、输电线路基础知识2.1 输电线路的概念输电是用变压器将发电机发出的电能升压后,再经断路器等控制设备接入输电线路来实现。按结构形式,输电线路分为架空输电线路和电缆线路输电线路。架空线路主要指架空明线,架设在地面之上,架设及维修比较方便,成本较低,但容易受到气象和环境(如大风、雷击、污秽、冰雪等)的影响而引起故障,同时整个输电走廊占用土地面积较多,易对周边环境造成电磁干扰。输电电缆则不受气象和环境的影响,主要通过电缆隧道或电缆沟架设,造价较高,发现故障及检修维护等不方便。电缆线路可分为架空电缆线路和地下电缆线路电缆线路不易受雷击、自然灾害及外力破坏,供电可靠性高,但电缆的制造、施工、事故检查和处理较困难,工程造价也较高,故远距离输电线路多采用架空输电线路。2.2 输配电线路的工程特点在GPS没有出现之前,电力线路测量只能依靠全站仪或经纬仪。由于大部分输电线路都位于高山,树木茂密,通视条件比较差的地方,有些即使位于平原地区,但也因为地物太多,通视条件依然不好。在高山位置,往往由于植被茂盛,人员行走不方便,也对人员安全产生威胁,对测量也极为不方便,影响工作效率。由于电力线路都成带状,且距离都很长,使用全站仪或经纬仪,对测量结果误差较大。2.3 勘测中存在的问题传统仪器视距较长,可达1 km或更长。为了保证精度,需要长距后视,因目标较小,不易于寻找。一条线路往往很难通过一次勘测就可以完全通过,需要经过反复修改线路走向,勘测人员体力付出较大。受勘测人员自身能力限制及地形因素的影响,往往需要的时间较长。在测量过程中,经纬仪或全站仪是通过点与点之间的直接观测而获取测量数据的。如出现不通视的情况,将造成测量困难,虽然通过砍伐通道障碍物或绕测等方式可以解决该问题,但测量结果误差较大。3、GPS 的基础知识3.1 GPS 空间定位的基本原理:分布在地球上空的多颗卫星不停地发射无线电信号,空间定位系统接收这些信号,导航仪根据星历表信息来求得每颗卫星发射信号时太空中的位置,计算卫星发射信号的精度时间,然后根据已知的空间定位卫星的瞬间坐标和信号到达改点时间,通过计算,求得卫星至空间定位系统接收机之间的几何距离,在此基础上计算出用户接收机天线所对应的点位,即观测站的位置。3.2 GPS 系统的特点:( 1) 观 测 站 之 间 无 需 通 视GPS 测 量 只 要 求 测 站 上 空 开 阔 , 不 要 求 测 站 之 间 互 相 通 视 , 因 而 不 再 需 要 建 造 觇 标 。( 2) 定 位 精 度 高大 量 实 验 表 明 , GPS 相 对 定 位 精 度 在 50km 以 内 可 达 1*10 到 2*10 , 100-500km 可 达 1066到 10 , 1000km 可 达 10 。678( 3) 观 测 时 间 短目 前 , 利 用 经 典 的 静 态 定 位 方 法 , 测 量 一 条 基 线 的 相 对 定 位 所 需 要 的 观 测 时 间 , 根 据 要 求 精度 的 不 同 , 一 般 约 为 1-3h.为 了 缩 短 观 测 时 间 , 提 高 作 业 速 度 , 利 用 短 基 线 ( 不 超 过 20km) 快速 相 对 定 位 法 , 其 观 测 时 间 仅 需 数 分 钟 。( 4) 提 供 三 维 坐 标GPS 测 量 中 , 在 精 确 测 定 观 测 站 平 面 位 置 的 同 时 , 亦 可 精 确 测 定 观 测 站 的 大 地 高 程 。5( 5) 操 作 简 便GPS 测 量 的 自 动 化 程 度 很 高 , 在 观 测 中 测 量 员 的 主 要 任 务 只 是 安 装 并 开 关 仪 器 、 量 取 仪 器 高 程 、监 视 仪 器 的 工 作 状 态 和 采 集 环 境 的 气 象 数 据 , 而 其 他 工 作 均 由 仪 器 自 动 完 成 。( 6) 全 球 全 天 候 定 位GPS 测 量 工 作 , 可 以 在 任 何 地 点 、 任 何 时 间 连 续 地 进 行 , 一 般 不 受 天 气 状 况 的 影 响 。4、GPS 在电力线路测量中的应用在接到线路设计任务的时候,在勘测之前必须先做一下任务:4.1 电力线路路径的选择选线就是在线路起迄之间选出技术、经济合理的线路路径。一般分为室内选线和现场选线两步。室内选线是在大比例尺寸的地形图(1:50000 或更大比例)上进行选线。在图上标出起迄点、必经点,综合考虑各种条件,作出几个方案,经过比较保留两个比较好的方案。然后,向有关部门(邻近或交叉设施的主管部门)征求意见,签订协议。再到现场踏勘,验证图上方案是否符合实际,对建筑物密集地段进行初测。最后通过技术经济比较确定一个合理方案。现场选线是把室内选定的路径方案在现场落实、移到现场,确定线路的最终走向。这一过程中还要注意到特殊杆位能否立杆。4.2 选择路径的原则(1) 选择线路路径时应遵守我国有关法律和法令。(2) 选择线路路径, 应认真作做好调查研究, 少占农田,综合考虑运行、施工、交通运输条件和路径长度等因素,与有关单位或部门协商,本着统筹兼顾,全面安排的原则进行方案比较,做到技术经济合理,安全适用。(3)在可能的条件下,应使路径长度最短、转角少、转角角度小、特殊跨越少、水文地质条件好、投资少、省材料、施工及运行方便、安全可靠。(4)线路应尽可能避开森林、绿化区、果园、建筑物等,必须穿越时也应选择最优方案,尽量减少树木砍伐。(5) 路径选择应尽量避免拆迁,减少拆迁房屋和其它建筑物。同时,线路应尽量避开重冰区、不良地质地段,以减少基础施工量。(6) 耐张段的长度,一般采用 3~5Km。对于超高压输电线路和运行、施工条件许可时,可适当延长。高差或档距相差非常悬殊的山区和重冰区,应适当缩短。(7) 有大跨越的输电线路,其路径方案应结合大跨越的情况,通过综合技术经济比较确定。跨越点应尽量避开河道不稳定、地质不良、土地易流失等影响安全运行的地带,否则应采取可靠措施。4.3 静态控制网的布设方案在设计人员选线之后,测量人员必须在实地进行定位和定线测量,但在定位和定线测量之前,必须在测区附近布设静态控制网,以求出日后定线所需要的控制点。收集测区的控制点资料6任何测量工程进入测区,首先一定要收集测区的控制点资料,包括控制点的坐标、等级、中央于午线、坐标系及控制点是属常规控制网还是 GPS 控制网,其地形和位置环境是否适合作为动态 GPS 的参考站。4.3.1 GPS 测量的技术设计GPS 测量的技术设计是进行 GPS 定位测量的最基本性工作,它是依据国家有关规范(规程)及 GPS网的用途、用户的要求等对测量工作的网形、精度及基准等的具体设计。技术设计时必须考虑下列因素:1、网的定义:大小形状、点的数量、通视的要求;2、现有的(已知)点的间隔;3、对水平和垂直测量精度要求和标准。一个完整的技术设计,主要应包含如下内容:1.项目来源介绍项目的来源、性质。即项目由何单位、部门下达、发包,属于何种性质的项目等。2.测区概况介绍测区的地理位置、气候、人文、经济发展状况、交通条件、通讯条件等。这可为今后工程施测工作的开展提供必要的信息。如在施测时作业时间、交通工具的安排,电力设备使用,通讯设备的使用等。3.工程概况介绍工程的目的、作用、要求、GPS 网等级(精度)、完成时间、有无特殊要求等在进行技术设计、实际作业和数据处理中所必须要了解的信息。4.技术依据介绍工程所依据的测量规范、工程规范、行业标准及相关的技术要求等。5.现有测绘成果介绍测区内及与测区相关地区的现有测绘成果的情况。如已知点、测区地形图等。6.施测方案介绍测量采用的仪器设备的种类、采取的布网方法、工作的推进等。7.作业要求规定选点埋石要求、外业观测时的具体操作规程、技术要求等,包括仪器参数的设置(如采样率、截止高度角等)、对中精度、整平精度、天线高的量测方法及精度要求等。8.观测质量控制介绍外业观测的质量要求,包括质量控制方法及各项限差要求等。如数据删除率、RMS 值、RATIO值、同步环闭合差、异步环闭合差、相邻点相对中误差、点位中误差等。9.数据处理方案详细的数据处理方案,包括基线解算和网平差处理所采用的软件和处理方法等内容。对于基线解算的数据处理方案,应包含如下内容:基线解算软件、参与解算的观测值、解算时所使用的卫星星历类型等。对于网平差的数据处理方案,应包含如下内容:网平差处理软件、网平差类型、网平差时的坐标系、基准及投影、起算数据的选取等。10.提交成果要求规定提交成果的类型及形式;若国家技术质量监督总局或行业发布新的技术设计规定,应据之编写。4.3.2 图上设计其目标是在应用满足要求、点位易于保存和交通便利等前提下确定点位的数量和分布,确定联测的高等级控制点。74.3.3 选点选点工作通常应遵守的原则是:(1)点位应选易于安置接收设备、视野开阔的位置。视场周围 15°以上不应有障碍物,以避免GPS 信号被吸收或遮挡。(2)点位应远离大功率无线电发射源(如电视台、微波站等) ,其距离不小于 200 米,远离高压输电线,其距离不得小于 50 米,以避免电磁场对 GPS 信号的干扰。(3)点位附近不应有大面积水域或强烈干扰卫星信号接收的物体,以减弱多路径效应的影响。(4)点位应选交通方便,有利于其他观测手段扩展与联测的地方。(5)点位应选在地面基础稳定,易于点保存的地点。(6)网形应有利于同步观测及边、点联结。(7)当所选点位需要进行水准联测时,选点人员应实地踏勘水准路线,提出有关建议。(8)点位选定后(包括方位点),均应按规定绘制点位注记,其主要内容应包括点位及点位略图,点位的交通情况以及选点情况等。4.3.4 埋石GPS 网点一般应埋设具有中心标志的标石,以精确标志点位。点的标石和标志必须稳定、坚固以利长久保存和利用。在基岩露头地区,也可直接在基岩上嵌入金属标志。国标中对标石的类型和适用级别作了具体规定。各类标石均设有中心标志,以精确定位。每个点位标石埋设结束后,应该做好相应的点位记录。在埋石工作完成后要提供 GPS 网选点网图、点之记、土地占用批准文件和点位标准托管书和选点与埋石技术总结。4.3.5 调动方案为保证 GPS 外业观测作业的顺利进行,保障精度,提高效率,在进行 GPS 外业观测之前,就编制好调度计划。4.3.6 观测目前接收机的自动化程度较高,操作人员只需作好以下工作即可:(1)各测站的观测员应按计划规定的时间作业,确保同步观测。(2)确保接收机存储器有足够存储空间。(3)开始观测后,正确输入高度角,天线高及天线高量取方式。(4)观测过程中应注意查看测站信息、接收到的卫星数量、卫星信号、各通道信噪比、相位测量残差、实时定位的结果及其变化和存储介质记录等情况。一般来讲,主要注意 GDOP 值的变化,如GDOP 值偏高(GDOP 一般不应高于 6) ,应及时与其他测站观测员取得联系,适当延长观测时间。(5)同一观测时段中,接收机不得关闭或重启,不得改变采样率、截止高度角等参数;将每测段信息如实记录在 GPS 测量手簿上。(6)进行长距离高等级 GPS 测量时,要将气象元素,空气湿度等如 实记录,每隔一小时或两小时记录一次。4.3.7 数据处理与成果整理采用徕卡 LEICA Geo office 软件包、南方公司的 GPS 数据处理软件包 GPSPro 或天宝公司的数据处理软件包 TGO 进行基线处理与平差与坐标转换计算。对不同类型接收机采集的数据采用其配套软件进行编辑,生成通用 RENIX 数据,输入最终所采用的数据处理软件包,进行基线处理、自由网平差,得到各测站点的 WGS-84 大地坐标及有关精度信息。然后利用所选取的 GPS 数据处理软件,将测区控制点 WGS-84 坐标转换成的北京 54 坐标。控制点高程根据联测的已知高程点进行 GPS 高程拟合后,得到控制点的拟合高程,高程基准为 1985 年国家高程系。4.4 动态 GPS(RTK)在电力勘测的应用在航拍绘制中小比例尺地形图后,设计人员便可在地形图上确定高压输电线路的走向,选定带状线路并初步确定转角塔的位置,然后勘测人员依据设计人员提供的塔位坐标,通过以下步骤进行定位8和定线测量。4.4.1 求解坐标转换参数为了使控制点成果适用于统一的独立坐标系统,对于一定区域内的高压输电线路测量,通常利用以往的控制点成果求取区域性的转换参数。每次测量前总要先对测区进行点校正 WGS 84 地心坐标与独立坐标间的转换,即测前应在测区边沿选择三个分布均匀的控制点进行点校正,求解坐标转换参数。基准站的 WGS 84 坐标的获得方法有两种:第一,直接求取法 即利用已有的静态据 将控制点的 WGS 84 坐标和地方坐标直接输入手簿进行求取;第二,点位采集法 即将仪器架设在基准站上 直接从手簿中读取基准站的 WGS 84 坐标 然后将流动站安置于控制点上采集 WGS 84 坐标测量时应将校正参数记录在笔记本上 以其它已知控制点作为检核 当检核精度满足拟测量等级时 方可开始正常作业4.4.2 定位测量首先,必须在所要定位的塔基附近寻找已知 WPS 84 坐标,摆设基站;然后勘测人员必须根据航拍图,找出转角塔的大概位置,勘测人员根据设计人员提供的塔基转角的坐标,使用 RTK 放样中的定位功能,输入塔基转角坐标,接着根据 RTK 中的提示,找出塔位的大概位置,在手簿上显示的精度达到要求的时候,找出塔位的精确位置,架好 RTK,使其不晃动,最后进行观察,在观测几十秒甚至几分钟后点保存,保存所测转角塔的坐标。重复观测一次,解算出的坐标即为转角塔的坐标。4.4.3 定线测量勘测人员根据设计人员提供的塔位坐标,或由起初定位的塔位坐标,使用 RTK 放样的定线功能,将相邻两个塔位坐标输入 RTK 手簿中,建立一条基线。根据这条基线,由设计人员提供的直线塔到其中一个转角塔的距离,然后将那个转角塔做为放样点,然后根据手簿上他提示找到,左右偏距为 0,前后偏距为由设计人员提供的那个距离,那么这个点即为两个转角塔之间的直线塔的位置,并测定其平面坐标和高程。按编码存储到相应的单元中重复上述方法便可确定出两个转角塔之间在直线上的其它点位。如图 4-1 所示。图 4-1 输电线路方向4.4.4 塔基断面测量杆塔定位测量,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在线,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檔。 根据折线文件中杆塔位桩的坐标,按照 RTK 实时导航指示,可测设出各杆塔位桩,并标定之。塔基断面测量,RTK 逐点测量塔腿方向的距离及高差,严禁估测、目测。塔基断面测点要能真实反映地形的变化,必要时测绘塔基断面图,见图 4-10。直线塔按 45°+N×90°拨角(N分别为0、1、2、3),测其四条腿的平距和高差;转角塔的角度应按转角度数的二分之一,加上直线塔角度,以“左减右加“的原则拨角,测其四条腿的平面位置及高差。四条塔腿分别用 A、B、C、D 表示,如果塔位地形比较陡,测量人员应与结构设计人员加强沟通,根据结构设计人员需要,每条腿须测三个方9向的资料,具体如下: ABCD双回路转角塔一般测至 20 米,双回路直线塔一般测至 18 米。对塔腿上的实际地物应在塔基断面图上予以标明。如图 4-2 所示图 4-2 塔基断面图4.5 断面图测量和风偏点测量4.5.1 采集野外数据信息启动 RTK 放样定线功能,将相邻的两个转角塔的坐标输入手簿,建立一条基线。由设计人员在航拍图所得到的横纵断面图的显示,根据地形地貌和跨越地物的实际情况,根据所建立的基线,将塔基附近有危险的断面点或风偏点,每隔 20-50 米测一个点,将采集到的信息按编码存储到 RTK 手簿相应的存储单元中。根据电力线电压的高低,如果在安全范围内遇到铁路、 公路、电信线路、坟墓、其他电力线路和房屋等交差跨越时,要准备的测出交差点的平面坐标和高程,根据其地物特征进行编码保存。4.5.2 内业编辑生成断面图启动 SLCAD 架空送电线路平断面处理系统,通过数据传输软件将野外采集的数据传入计算机中,并将含有地形点和断面点的数据同时展会在地形图上,绘制地形图,并转成平断面图,由设计人员处理看断面是否对架空线路有影响。如造成影响则必须进行改线测量。使用这种方法编辑断面可批量处理数据,自动化程度高。官 路 站 址东岗站址 DIANDIADIANZHAN105、工程实例5.1 工程概况及勘测范围5.1.1 工程概述本工程变电站建设总规模为:主变压器 4*1000MVA;500kV 线路 8 回;220kV 线路 12 回。现阶段对东岗站址和官路站址进行可行性研究。东岗站址位于厦门市翔安区内厝镇东岗村的东北侧,站址南距内厝镇约 2.7 公里,西南距东岗村约 360 米,东南距花枞村约 300 米,西距店村头村约 650 米。站址大部分种植龙眼树、荔枝树及桉树。站址地形为山前坡脚缓斜坡地貌,地势西北高东南低,地形起伏较大,有自北向南的冲沟数条,站址东北侧约 100 米处为废弃采石场。官路站址位于厦门市翔安区内厝镇官路村的北侧,站址南距内厝镇约 2.8 公里,南距官路村约220 米,东距店头村约 650 米,西距田厝村约 650 米。站址内北侧为果园,种植龙眼树等,南侧为旱地种植花生等作物。站址地形为山前坡脚缓斜坡地貌,地势西北高东南低,地形起伏较大,有自北向南的冲沟数条,站址西北侧为人工取土留下的大坑。5.1.2 勘测范围东岗站址:北至起伏较大的山坡坡脚处,西至琼坑村边缘,西南至东岗村边缘。测量面积约 0.9平方公里。官路站址:北至起伏较大的山坡坡脚处,西北至取土区,南至官路村边缘。测量面积约 0.8 平方公里。5.1.3 困难类别两个站址均通视条件极差,地形破碎复杂。综合考虑测区地形地貌特点,测区困难类别宜定为:IV 类。5.2 工程依据的技术规程、法规及标准⑴ 中华人民共和国国家发展和改革委员会 2004 年 10 月 20 日发布的《火力发电厂工程测量技术规程》 (DL/T 5001-2004) 。⑵ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会 2007 年 12 月发布的《国家基本比例尺地图图式 第一部分:1:500 1:1000 1:2000 地形图图式》 (GB/T20257.1-2007) 。⑶ 中华人民共和国建设部和中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 2007 年 10 月 25 日联合发布的《工程测量规范》 (GB 50026-2007) 。⑷ 国家技术监督局 2001 年发布的《全球定位系统(GPS)测量规范》 (GB/T 18314-2001) 。⑸ 中华人民共和国国家发展和改革委员会 2006 年 05 月发布的《电力工程勘测安全技术规程》(DL5334-2006) 。⑹ 福建省建设委员会 1998 年 4 月发布的《建设工程勘察安全规程》 (DBJ 13-19-98) 。⑺ 福建省电力勘测设计院发布的质量\环境\职业健康安全三标管理体系文件,特别是《勘测过程控制程序》 。⑻ 本工程《测绘工程勘测大纲》 。凡是《测绘工程勘测大纲》与上述各有关规定有矛盾时,一律按《测绘工程勘测大纲》执行。5.3 工程组织情况仪器设备:Leica GPS1200 双频接收机三台套, Leica SR530 双频接收机两台套, Leica TC802 全站仪一台。LEICA LGO 测量软件、CASS 成图软件。电脑若干台,面包车一部。5.4 测绘项目及工作量⑴ 联测 D 级 GPS 控制点二个:GD03、GD05,E 级 GPS 点二个:ET1515、ET1524,两个站址一共布
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