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全站仪与RTK技术在输电线路测量中的应用.docx

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全站仪 RTK 技术 输电 线路 测量 中的 应用
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龙岩学院毕业论文题目:全站仪与 RTK 技术在输电线路测量中的应用二 0 一六年六月三日全站仪与 RTK 技术在输电线路测量中的应用【摘要】本文主要叙述全站仪和 RTK 的测设原理,并结合漳平和春 220kv 变电站工程,简要分析全站仪及 RTK 技术在测量应用中的特点,使其在线路测量中各自发挥作用,以提高工作效率加快工程进度【关键词】全站仪;RTK 技术;线路测量2目录1 引言 ............................................................................................................................................41.1 研究背景及现状 ...............................................................................................................41.2 研究意义及内容 ...............................................................................................................42 全站仪和 RTK 的测设原理 ......................................................................................................42.1 全站仪工作原理 .............................................................................................................42.2 RTK 工作原理 ................................................................................................................42.3 全站仪和 RTK 优缺点对比 ............................................................................................53 输电线路测量 ..............................................................................................................................53.1 初勘测量 ...........................................................................................................................53.1.1 研究区概况 ............................................................................................................53.1.2 控制观测 ................................................................................................................53.1.3 光电测距三角高程测量 .........................................................................................63.1.4 控制点成果 ............................................................................................................63.1.4 带状地形图测绘 ....................................................................................................73.2 终勘测量 ...........................................................................................................................83.2.1 中线测量 ................................................................................................................83.2.2 横、纵断面测量 ....................................................................................................93.2.3 交叉跨越测量 .......................................................................................................103.2.4 全站仪配合 RTK 进行弧垂测量 ..........................................................................113.3 注意事项 .........................................................................................................................124 结论 ............................................................................................................................................13参考文献: ....................................................................................................................................14致谢 ................................................................................................................................................1531 引言1.1 研究背景及现状随着科学技术的飞速发展,人类社会步入了电汽时代,电力资源的利用在人们的生活中已经成为不可或缺的一个重要角色,而线路测量则是输电线路的输送容量和线路安全的保障。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,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。随着以 3S 技术为代表的现代测绘技术体系的建立,输电线路测量的产品形式和技术手段及其应用上均发生了巨大的变化 [1]。现在,利用先进、精密的仪器及自动化成图软件,进行线路测量,为高压输电线路的设计提供数据依据,已经成为现代输电线路测量的主流方式。1.2 研究意义及内容用常规的数字测图手段进行线路测量,其效率已无法满足实际测量的要求。通过全站仪配合 RTK 在输电线路测量中使用,充分发挥各自的优势,取长补短,这样既能提高数据的采集速度,又可以提高工作效率,减少人力物力的浪费 [2],尤其是在树木茂密、地势复杂的山区。本文通过对全站仪和 RTK 在输电线路测量应用中的特点进行分析,旨在将两者结合,灵活运用到同一项目中,实现优势互补,能够快速、精确完成测量任务。2 全站仪和 RTK 的测设原理2.1 全站仪工作原理全站仪电子测角的实质是采用了光电度盘,将度盘的角值转变成为能被光电器件接收和识别的特定信号,然后再转换成常规的角值,从而达到读数记录的自动化以及数字化,减少工作人员的工作量 [3]。 电子测距的基本原理是利用仪器发出光波(光速 C=30 万 km/s) ,通过测定出光波在测线两端点间往返传播的时间 t 来测量距离 S:(2-1 )𝑆=𝐶𝑡/2式中乘以 1/2 是因为光波经历了两倍的路程 , C 为光速。设未知点 C 坐标为(X C,Y C,Z C) ,测站点 A 坐标为(X A,Y A,Z A) ,后视点 B 坐标为(X B,Y B, ZB) ,S 为侧站点与未知点距离, 表示测站点到已知点的坐标方位角,βα𝐴𝐵表示观测得到的水平角,λ 为观测的竖直角,i 为仪器高,v 为目标高,则未知点 C 坐标为:viSZsYXACABAtan·)180(ico·对于式中的“±” ,当 αAB+β≤180°时,为“+” ,当 αAB+β≥180 时,为“-” 。( 2-2)42.2 RTK 工作原理RTK(Real - Time kinematic)实时动态差分法 , 在参考站架设一台 GPS-RTK 接收机,连续观测所有锁定及可见的 GPS 卫星,并将观测数据通过无线电传输设备实时发送给用户流动站。在流动站上,GPS 同时接收来自卫星和参考站发送过来的数据 [4],然后通过 GPS相对定位的原理解算出流动站的坐标(x,y,h) 。使用 RTK 在野外实时就能得到符合测量精度要求的数据,而且操作简单,能够全天作业,在实际测量中使用广泛。2.3 全站仪和 RTK 优缺点对比表 2-1 全站仪与 RTK 优缺点对比3 输电线路测量3.1 初勘测量3.1.1 研究区概况研究区位于漳平市和平镇和春村隔头坪自然村西北部约 200m 处的山前坡地上,呈四周高中间低地势,海拔高程约 200~270 米。研究区内坡地有密集松树和杂树,中间是梯田,种有大面积桃树、小面积水稻,附带有部分鱼塘和旱地。区域内有少量棚房作养殖,东北角有大块养猪场。已收集到研究区附近 4 个国家 C 级控制点 A048、426P、427P、441P 可用于控制联测。现场调查和检测核实已有控制点,并在研究区内埋设 E 级控制点 5 个(埋设水泥预制标 5个,编号[KC01]-[KC05]) ,以静态 GPS 测量方式进行测量与平差计算,高程采用三角高程方法测量并平差计算 [5]。同时在测区埋设若干用于测图与放样的埋石图根点,以 GPS-RTK方式或图根光电导线方式测量。研究区地形图测绘外业采用徕卡 GS14 型双频接收机以RTK 方式和全站仪进行数据采集,并绘制草图。内业采用南方 Cass7.1 绘制成图,等高距1m。3.1.2 控制观测根据提供的 C 级 GPS 控制点:426P、427P 、441P、A048,预计新埋站址控制点 4~5个,并利用 GPS 仪器作静态观测及平差处理。新增站址控制点位应尽量选在交通方便、视野开阔、稳定、牢固的地方,也要便于保存以供下一阶段使用。点位应远离高压电线、电视转播台、电视台、强的干扰台等和建筑物、树木等各种障碍物,以避免多路径效应及卫星信号遮挡。现场必须对收集的点位是否完整可靠进行调查,确保位置可靠,与所收集数据一致,才可用于控制点联测和加密。全站仪 RTK优点1. 快速安置,适应性强2. 定方位角的快捷性3. 测距的自动与快速性4. 点数据处理的快速与准确性a.全天作业,不必通视b. 操作简便、数据处理能力强c.自动化作业,效率高d.定位精度高,没有误差积累缺点1.短间隔测量(最长测距 1.5km 左右 )2.必须有可见光、光学通视3.搬站导致误差累计a.测量间隔 10km 左右b.卫星信号强度影响观测精度及效率c.电量不足问题5本次研究的首级控制网级别为 E 级。采用 GPS 布设控制点,其技术要求满足如下规定:表 3-1 GPS 测量技术要求级别 E 级卫星截止高度角(度) 15同时观测有效卫星数 ≥4有效观测卫星总数 ≥4观测时段数 ≥1.6静态 ≥45双频+P(Y) 码 ≥5双频全波 ≥10时段长度(min)快 速静 态单频或双频半波 ≥20静态 10~30采样间隔(S) 快速静态 5~15静态 ≥15双频+P(Y)码 ≥1双频全波 ≥3有效观测时间 (min)快速静 态单频或双频半波 ≥53.1.3 三角高程测量本次测量采用徕卡 TS06 全站仪,水平角观测三个测回,对于导线边长的测量,应该每条边观测三个测回,每个测回四次读数,取中数使用,测回读数较差及往返较差均严格按《规范》要求执行。每个测站气温读至 0.5℃,气压读至 0.5hpa,其精度按一级导线测量要求执行。最后采用南方测绘仪器公司开发的平差易软件进行迭代平差。平差结果须满足:指标差互差小于 15″,垂直角测回较差小于 15″,对向观测高差较差小于 0.2S,环形闭合差小于±0.07 。其它观测要求符合大纲规定。𝑛精度统计情况:每公里高差中误差 = 14.34 (mm),最弱点高程中误差[KC04]= 12.07 (mm),高差闭合差=-11.00(mm)。满足精度要求。最后,进行高程控制网(点)平差计算:以 KC02 为起算点,求得其它控制点的高程值,作为最后高程成果。其中路线长度 1.289km,高差闭合差为-11.00mm。平均边长:322.199(m)。6闭合差统计报告:路径:[KC03-KC04-KC01-KC02]高差闭合差=-11.00(mm),限差=±70 =±140.00(mm)4.000路线长度=1.289(km)3.1.4 控制点成果表 3-2 控制点成果点号 X Y H 控制点标志埋设情况说明KC01 2818316.877 543264.159 356.923实地埋设10cm×10cm水泥预制桩,水泥桩中间带有十字的铆钉,桩面写有KC01字样。KC02 2818635.075 543196.688 348.600实地埋设10cm×10cm水泥预制桩,水泥桩中间带有十字的铆钉,桩面写有KC02字样。KC03 2818566.642 542823.852 385.738实地埋设10cm×10cm水泥预制桩,水泥桩中间带有十字的铆钉,桩面写有KC03字样。KC04 2818382.250 542877.086 358.575实地埋设10cm×10cm水泥预制桩,水泥桩中间带有十字的铆钉,桩面写有KC04字样。KC05 2818100.223 542964.502 317.655实地埋设10cm×10cm水泥预制桩,水泥桩中间带有十字的铆钉,桩面写有KC05字样。3.1.4 带状地形图测绘在地形较为开阔,四周没有较高的建筑物和树木的情况下,可使用 RTK 进行快速的地形测量。使用 GPS-RTK 进行碎部测量,不必画草图,在记录碎部点时,将点号按一定的格式保存( 如“围墙” 使用其拼音首字母 WQ 或 Q 表示),以方便内业处理时识别。综上所述,使用 GPS-RTK 进行野外作业时,可一名测绘人员使用一台流动站的模式,这样可以节省部分人力、物力去处理其他事务,加快工程进度。 由于研究区内坡地植被密集且分布广,通视条件较差,交通条件一般,地形破碎复杂,因此采用全站仪配合棱镜进行地形图的测绘。全站仪除了配合棱镜,还可进行无棱镜测距(或无接触测距),即全站仪发射肉眼可见的红色激光束,经过目标地物反射,得到目标与测站之间的相对位置,再利用 Cass 软件进行展点 [7]。两种方式都是运用相位法来测距,所得数据的精度几乎相等 [8]。7图 3-1 全站仪联合 RTK 测图基本流程图在野外测量过程中,全站仪采用由 RTK 提供的图根点作为控制点,进行外业点位数据的测量,过程中减少了全站仪从其它地方引入控制点的流程,也就降低了测量人员的劳动量,提高测量速度;有效的减少了测量时的换站次数引起的误差累积,提高测量数据的精度。针对 RTK 与全站仪优缺点的补偿性,在植被密集、地物复杂地带,采取 RTK 配合全站仪的方法:由 GPS-RTK 测量图根点,实际证明 RTK 的测量精度完全可以满足图根控制的要求,接着运用全站仪采集碎部点数据。与此同时,RTK 也可以在空旷地区进行部分地物点位数据的测量,二者同时进行。8图 3-2 成果展示图3.2 终勘测量3.2.1 中线测量中线测量是指按照设计路线进行测设直线和圆曲线,将输电线路中心线在实地敷设到具体位置上去 [9]。在出外业的前一天晚上,先用电脑在设计图纸上把道路上的所有中桩点的坐标复制粘贴到 Excel 表格中,然后复制到记事本中,把记事本的格式改成“.dat”文件格式,再通过SD 存储卡导入到 RTK 的手簿中。在测区现场用徕卡 GS14 型 GPS 接收机中的点放样功能进行中线测量,若发现设计的中心桩位在现场并不适合立塔,应与甲方协商后重新确定塔位再进行测量。每放出一个中桩点并测量出这个点的三维坐标,再用木桩在点上做好标记,以便我们在后面的中桩高程测量和横断面测量时可以找到对应的中桩点。3.2.2 横、纵断面测量当塔基位于树木较高,树林茂密或者地势复杂的地方时,如果只用 GPS 测量,要求GPS 上空开阔才有固定信号,要砍伐很多树木,费时费力。此时就采用全站仪来配合测量,通常用 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。9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)将全站仪架设在塔位的中心桩位上,精确对中整平、量取仪器高,设置后视方向;(3)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)时应加测点位; (4)草图绘制,记录相应点位目标高度数据;(5)数据整理,绘制断面图;图 3-3 塔基断面勘测示意图10图 3-4 塔基断面图截图图 3-5 平断面图截图3.2.3 交叉跨越测量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 [10]。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,且应注明所测导线的属性。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,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,然后再使用坐标反算的方式求出 Z 点到 A 和 B 点之间的距离为 D1、D2 及 AB
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