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全站仪配合RTK在输电线路工程测量中的应用.doc

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全站仪 配合 RTK 输电 线路 工程 测量 中的 应用
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龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目: 全站仪配合 RTK 在输电线路工程测量中的应用 资源工程学院1全站仪配合 RTK 在输电线路工程测量中的应用【摘要】:随着经济的快速发展,人们生活水平也不断提高,输电线路测量是电路设计的一部分,输电线路测量主要是放样出塔位坐标、测量塔基断面、交叉跨越、平断面、房屋等。塔基一般都是设计在山区,树林一般比较密的地方,传统的测量方法是使用全站仪或者是 RTK。本文主要研究全站仪配合 RTK在山区树木茂密的地方测量塔基的方法、全站仪配合 RTK 在人员无法到达断面点或风偏点的测量方法、全站仪配合 RTK 测量交叉跨越方法。通过全站仪配合 RTK 的这些使用方法,可以取长补短,可以提高数据的采集速度,从而提高工作效率,也减少资源浪费,减少成本。用上海庙-山东±800V 特高压直流输电线路工程的实际案例分析,来说明全站仪配合 RTK 在输电线路工程的应用。【关键词】:全站仪 RTK 输电线路工程 目录1 引言 ................................................................................................................................................31.1 研究的背景 ............................................................31.2 研究的现状 ............................................................321.3 研究的意义 ............................................................31.4 研究的内容 ............................................................32 全站仪配合 RTK 在输电线路测量中的技术方案 ........................................................................32.1 全站仪及 RTK GPS 的工作原理 ............................................32.2 全站仪配合 RTK 在输电线路测量的主要内容 ................................42.2.1 塔基断面测量 ....................................................42.2.2 断面测量及风偏测量 ..............................................42.2.3 交叉跨越 ........................................................42.3 全站仪配合 RTK 在输电线路工程中的应用方法 ..............................42.3.1 全站仪配合 RTK 在山区进行塔基断面测量方法 ........................42.3.2 全站仪配合 RTK 在山区测量人员无法到达的地方测量风偏或断面方法 ....52.3.3 全站仪配合 RTK 在交叉跨越中的测量方法 ............................63 实例研究 ........................................................................................................................................73.1 工程概况 ..............................................................73.2 技术依据 ..............................................................73.3 坐标系统及已有的成果利用 ..............................................73.4 全站仪配合 RTK 的作业实施 ..............................................83.5 全站仪配合 RTK 在输电线路测量的优势 ...................................113.6 全站仪及 RTK 在输电线路测量的注意事项 .................................113.7 成果资料 .............................................................114 结论 ..............................................................................................................................................13致谢 .........................................................................14参考文献 .....................................................................1431 引言1.1 研究的背景随着我国经济社会的变化发展,人们的物质生活水平提高,对电力资源需求也越来越大,因此输电线路选择也越来越有难度,输电线路测量也变得更加困难,输电线路测量工程是电力工程的一个重要环节 [1]。输电线路测量技术是随着测绘仪器和手段的方法的进步而发展起来,在五六十年代使用经纬仪视距法测量,查视距表或拉计算尺测量高差,直至八十年代,自动记录的全站仪和外接记录器的应用也得到发展,发展到九十年代,测量技术可谓日新月异,GPS 解决了线路测量的大多数问题。输电线路的测量经历了经纬仪、全站仪、动态 GPS、GPS 与全站仪相结合的演变过程。1.2 研究的现状输电线路测量对象有很多,主要是些塔基断面、交叉跨越、平面、断面等。按测量照仪器的分类,常用的方法主要是用全站仪或者 RTK 进行测量,但是这两种仪器测量时都存在自身观测条件的限制,如全站仪测量时一定要通视、测程的距离也比较短;RTK 测量时,卫星状况要良好、作业的上空要求通视、还会受到电离层的干扰、不能测量一些交叉跨越及断面等 [2]。因此,只有全站仪配合 RTK 才能更好的的完成任务。1.3 研究的意义通过全站仪配合 RTK 在输电线路中使用,充分发挥各自的优势,可以取长补短,提高数据采集速度,提高工作效率,减少人力物力浪费,减少成本。特别是在树木茂密、地势复杂的山区进行测量时,通过全站仪配合 RTK 能够快速、精确完成测量任务。1.4 研究的内容本文叙述了 GPS 技术原理及全站仪配合 RTK 在输电线路测量的类容,主要研究如何将全站仪配合 RTK 应用于山区输电线路测量中及用实例说明。通过两者相配合使用,可以大大提高工作效率,减少成本,具体研究类容如下:(1)全站仪配合 RTK 在山区进行塔基断面测量方法(2)全站仪配合 RTK 在山区测量人员无法到达的地方测量断面或风偏方法(3)全站仪配合 RTK 在交叉跨越中的测量方法(4)全站仪配合 RTK 的优势及注意事项2 全站仪配合 RTK 在输电线路测量中的技术方案2.1 全站仪及 RTK GPS 的工作原理全站仪是一种集光、机、电为一体的新型测角仪器,与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘,将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数,使测角操作简单化,且可避免读数误差的产生。 [3]RTK 的工作原理是:在参考站设置一台 GPS-RTK 接收机,连续观测所有可见 GPS 卫星,并将观测数据通过无线电传输设备实时的发送给用户流动站,在流动站上,GPS 接收卫星信号的同时无线电接收设备接收参考站发射过来的数据,然后通过 GPS 相对定位的原理解算出流动站的坐标(x,y,h)及其精度。 [4]42.2 全站仪配合 RTK 在输电线路测量的主要内容2.2.1 塔基断面测量塔基断面测点要能真实反映地形的变化,必要时测绘塔基地形图。直线塔 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,每条腿须测三个方向的数据,塔腿的编号方法如图 2-1。当塔基在林区的时候,用全站仪配合 RTK 进行测量。2-1 塔腿编号图2.2.2 断面测量及风偏测量测量断面点时,断面点应该如实反映地貌特征及地形变化,一定要注意导线距离地面很近地段,在这个地段多测些点 [5];当导线的中线地面低于边线地面 0.5 米时,应测量边线断面点 [6]。在线路通过山崖或陡坡附近且高出设计中线或边线时,应测量风偏断面点或风偏点 [6]。当断面点或风偏点在测量人员无法到达的地方,我们采用全站仪配合 RTK 的方法进行测量。2.2.3 交叉跨越当设计线路跨越其他物时,我们要测量被跨越物的高程,被跨越物有电力线、通讯线、建筑物、公路铁路、河流等 [6]。对有影响侧边线的地物也应测出其平面位置及高程,作为独立风偏点。对影响杆塔高度的已有 10kV 及以上电力线路,应在不同位置进行检测、复测,避免粗差与错误,且应注明所测的是哪条地线或导线。当测量交叉跨越电力线、通讯线的时候,我们采用全站仪配合 RTK 的方法进行测量。2.3 全站仪配合 RTK 在输电线路工程中的应用方法 2.3.1 全站仪配合 RTK 在山区进行塔基断面测量方法当塔基位于树木较高,树林茂密或者地势复杂的地方时,如图 2-2 所示,只用 GPS 测量,是要砍伐很多树木,因为 GPS 测量有个条件要求上空开阔才有固定信号,此时就用全站仪来配合测量,通常是用 GPS 测量塔基桩位坐标,然后用全站仪测量塔基断面,这样可以提高野外测量效率,减少树木的砍伐。具体测量方法如下:(1)用 RTK 放样及测量出塔位中心坐标,沿着线路后退方向 20 米左右再测量一个方向桩坐标;(2)在塔位中心桩上架设全站仪,对中整平、量取仪器高; (3)设定后视方向;(4)按照结构设计人员提供的塔腿方向、间距和范围,测图比例尺要求,规范规定的点间距离采集断面数据,如遇高低起伏较大处(超过 0.5m)时应加测该点位; 大号测小号侧5(5)草图绘制,记录相应点位目标高度数据;(6)数据整理,绘制断面图;图 2-2 塔基断面示意图2.3.2 全站仪配合 RTK 在山区测量人员无法到达的地方测量风偏或断面方法当我们设计路线遇到陡崖、很大的独立石、建筑物等断面或风偏时,如图 2-3 所示,这些地方测是量人员无法到达的,单独使用全站仪或 RTK 是不能测量出他们的标高,通过全站仪配合 RTK 才能够完成任务,具体测量方法如下:(1)用 RTK 测出两个测站 ZA、ZB 的坐标分别为(XA,YA,HA)、(XB,YB,HB);(2)用全站仪在测站 ZA 测量断面点或风偏点的水平角为 aA,倾角为 βA,在测站 ZB 测量同一个断面点或风偏点的水平角为 aB 倾角为 βB,两台测站仪器高分别为 iA 和 iB ,通过这些已知的条件就可求出 P 的标高;相关公式如下(2-1):22)()(BABAYXDsin/1ad)(2BAAPdiHta11BBn22(2-1)/)(1pP6图 2-3 风偏或断面示意图2.3.3 全站仪配合 RTK 在交叉跨越中的测量方法当我们设计的路线跨越电力线、通信线等时,如图 2-4 所示,我们采用 RTK 与全站仪结合进行实施,具体方法如下:(1)用 GPS 在线路中心上测出 Z 的坐标,及测量被跨越线路直线段上的两个杆塔 A 和 B坐标,然后再通过坐标反算求出 Z 点到 A 和 B 点的距离为 D1、D2 和 AB 点的距离、D3(2)全站仪安置在 Z 点,测量出 Z 点到 A 点和 B 水平角 b、a,以及 Z 点到 O 点即交叉跨越点的高度角 β,即可计算出测站至交叉跨越点的平距 D,即可求出交叉跨越点的标高。相关公式如下(2-2): 221 )()(AZAZYXD2 BB223 )()(AA/cos31231DD)80sin(/cb则交叉跨越点的标高为: (2-2) zOHita7图 2-4 测量交叉跨越示意图3 实例研究3.1 工程概况上海庙-山东±800kV 特高压直流输电线路工程(包 7 段)线路起自山西省长治市武乡县与平遥县交界处南庄(包 6 与包 7 接头点),终止于长治市襄垣县韩家庄北(包 7 与包 8 接头点),初设路径方案长度约 73km,航空距离约 67.2km,曲折系数 1.08,线路途经山西省长治市武乡县、沁县,总体呈西北至东南走向,海拔高程在 1000m~1730m。沿线有 G55 二广高速公路、S66 和汾高速公路、国道 G208、山西省道 S220、S322、S102 及多条乡村公路可以利用,总体交通条件较好,如图 3-1 所示为本包段地理位置及方案路径图。沿线地形:一般山地 35.5%、丘陵 64.5%图 3-1 地理位置及方案路径图3.2 技术依据⑴ 《1000kV 架空输电线路勘测规范 》(GB 50741-2012);⑵ 《1000kV 交流架空输电线路勘测技术规程 》(Q/GDW 298-2009);⑶ 《架空送电线路航空摄影测量技术规程》(DL/T5138-2001);⑷ 《全球定位系统测量规范》(GB/T 18314-2009);⑸ 《电力工程勘测安全技术规程》(DL5334-2006);⑹ 《测绘作业人员安全规范(CH1016-2008) ;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 福建省电力勘测设计院企业标准(安全作业文件)目录所列的相关标准,特别是《生产作业安全管理办法》(Q/FEDI –201.330);⑼ 福建省电力勘测设计院应急预案目录所列的相关标准(Q/FEDI –201.321.001~ Q/FEDI–201.321.031);83.3 坐标系统及已有的成果利用本工程采用 1954 年北京坐标系,中央子午线 114°;1985 年国家高程基准,投影面高程 0m[7]。本次航空摄影测量已由北京洛斯达统一完成,外控及调绘已由北京洛斯达统一完成。在本段工程沿线按照 E 级 GPS 控制点的要求布设主控网点 13 个,表 3-1 为 1954 北京坐标控制点、表 3-2 为本工程 WGS-84 坐标控制点。表 3-1 为本工程 1954 北京控制点坐标点名 X Y ZKFA6 4114096.146 350303.809 994.216KFA7 4110279.069 356434.674 1250.449KG01 4108401.358 366146.532 1187.224KG02 4100978.026 369086.456 1353.507KG03 4100748.737 373916.740 1429.787KG04 4095815.762 379870.688 1024.037KG05 4092159.7 386280.862 1001.565KG06 4085879.894 387370.753 977.104GKJ3 4077555.792 387369.018 965.844KG07 4072213.777 395139.172 1099.655KG08 4072215.819 401779.615 1029.164KH01 4067483.04 409202.945 1000.61KH02 4065684.375 417234.436 883.965表 3-2 为本工程 WGS-84 控制点坐标点名 B L HKFA6 37~ 08' 45.89532“ N 112~ 18' 56.38109“ E 974.004KFA7 37~ 06' 45.58343“ N 112~ 23' 07.34730“ E 1230.627KG01 37~ 05' 49.87100“ N 112~ 29' 41.78288“ E 1167.932KG02 37~ 01' 50.64092“ N 112~ 31' 45.45065“ E 1334.571KG03 37~ 01' 45.58359“ N 112~ 35' 00.96457“ E 1411.092KG04 36~ 59' 08.41421“ N 112~ 39' 04.62128“ E 1005.747KG05 36~ 57' 12.71053“ N 112~ 43' 25.74382“ E 983.641KG06 36~ 53' 49.51661“ N 112~ 44' 13.14879“ E 959.358GKJ3 36~ 49' 19.54792“ N 112~ 44' 17.52308“ E 948.242KG07 36~ 46' 29.50087“ N 112~ 49' 33.63078“ E 1082.415KG08 36~ 46' 32.12688“ N 112~ 54' 01.36000“ E 1012.136KH01 36~ 44' 01.28050“ N 112~ 59' 02.69162“ E 983.839KH02 36~ 43' 05.57996“ N 113~ 04' 27.05129“ E 867.4403.4 全站仪配合 RTK 的作业实施上述提到了全站仪配合 RTK 在输电线路具体实施的方案,下面是结合具体工程实例来说明上述的方案的可行性:9(1)首先在 RTK 测量手簿中建立项目,输入外控点网格坐标、正常高及 WGS84 大地坐标和椭球高,求解 RTK 转换参数。该步骤一般在工程开始时操作,后续工作均在该项目下进行。然后架设 RTK 基准站,设置基准站数据(点号、仪器高),最后设置 RTK 流动站,测试数据链连接。 (2) 当我们线路的塔基在植被茂密树林时,我们就用上述提到全站仪配合 RTK 测量塔基断面的方法进行作业,例如我们在 Z95 这个塔基,如图 3-2 所示,塔基周围都是槐树且高度是 8-10m,此时我们就用 RTK 测量塔位中心桩位,用全站仪测量塔基断面。图 3-2 塔基断面示意图(3)在我们线路的 J94-Z95 桩位之间,有一个独立石,测量人员无法直接测量,此处我们通过上面提到全站仪配合 RTK 测量断面方法进行测量,如图 3-3 所示,先用 RTK 在地面上测两个控制点 TP1(X=4074799.671 米 Y=392888.666 米 H=972.976 米)、TP2( X=4074781.051 米 Y=392929.057 米 H=964.135 米),然后全站仪设在 TP1 测量 P 点到TP2 的水平角为 40.48974°,测量 P 点垂直角为 15.75437°;全站仪设在 TP2 测量 P 点TP1 的水平角为 105.46222°,测量 P 点垂直角为 30.52230°,TP1、TP2 仪器高分别为1.360 米、1.56 米;通过上述公式方法求出 P 点的标高为:996.18 米相关公式如下(3-1):=44.76 米2121)()(TPTPT YXD=77.05 米sin/BABad=51.90 米)(2=996.07 米AAPdiHta11=996.29 米BBn22=996.18 米 (3-1)/)(1pP
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