测绘工程毕业论文-GPS-RTK技术在高压输电线（蒙西线）路中的应用.doc

1、1本科毕业论文（20 届）GPS-RTK 技术在高压输电线（蒙西线）路中的应用所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期2GPS-RTK 技术在高压输电线（蒙西线）路中的应用【摘要】随着国家电网的飞速发展，对线路设计勘测阶段的技术要求也越来越严格。而 GPS 作为自动化高、观测速度快、定位精度高的测量仪器,在电力设计测量中扮演者重要角色。本文结合蒙西-天津南 1000KV 特高压输电线路工程，利用 GPS-RTK 定位技术在 1000KV 特高压线路控制网中的静态测量、动态测量等技术并对其成果进行精度分析，结合线路测量实施规范，从而得到满足特高压精度要求的勘测成果。最后运用对比法进行其

2、成果精度综合分析，从而总结出一套适合特高压线路 GPS-RTK 定位的测量模式。并有助于国家电网对高压线路设计勘测技术的发展。【关键词】特高压输电线路；蒙西线；静态测量；动态测量；精度分析3目录1.引言 .31.1 GPS-RTK 技术在高压（1000kv）输电线路中的应用背景 .31.2 GPS-RTK 技术在高压（1000kv）输电线路应用中的意义 .31.3 GPS-RTK 技术在高压输电线路应用中的国内外研究现状 .31.4 研究内容 .32.GPS-RTK 技术在蒙西线（1000KV）中的应用前期设计方案 .42.1 蒙西线设计要求 .42.1.1 测区简介 .42.1.2 布网等级

3、要求与资料收集 .52.1.3 技术标准 .52.2 蒙西线包（5）测区控制点静态设计方案 .62.3 蒙西线包（5）测区动态设计方案 .63.GPS-RTK 技术在蒙西线（1000KV）中的静态测量应用 .63.1 GPS 控制网布设及静态测量 .63.1.1GPS 控制网布设 .63.1.2 静态测量 .73.2 数据处理 .73.3 精度分析 .84.GPS-RTK 技术在蒙西线（1000KV）中的动态测量应用 .94.1 坐标参数的转换 .94.2 GPS 对蒙西线路具体技术流程 .94.2.1 杆塔 GPS 定位测量 .94.2.2 杆塔 GPS 定线测量 .104.2.3 杆塔塔基

4、地形测量 .104.2.4 线路断面测量 .114.3 GPS-RTK 技术在实施时所需注意的问题 .124.4 动态测量所测成果精度分析 .124.4.1 精度分析方案 .124.4.2 精度分析实施内容 .124.4.3 精度分析总结 .145.总结与未来展望 .145.1 总结 .145.2 未来展望 .15致谢语 .15参考文献 .1641.引言1.1 GPS-RTK 技术在高压（1000kv）输电线路中的应用背景在 20 世纪 90 年代的中后期，高压输电线慢慢发展起来，在 1000KV 的高压输电线以上等电能输送，慢慢地认识到了高压输电线路有较多优点，可将最远送电距离延长 3 倍，

5、同时消耗的能量远比 500KV线路的低，同时可节省 55%的土地资源等。这但是在设计测量过程中，普遍用的是水准仪、经纬仪和全站仪。在初测选线阶段，控制网布，设利用经纬仪和水准仪进行控制网测量，高差、水平角、垂直角。运用闭合误差进行分配，最后算出各控制点坐标和高程。在定位阶段利用全站仪测断面、定位、定线。这过程操作复杂、耗时久、工作量大、计算复杂，所得的精度较低。由于线路基本在山上，丛林较多，对全站仪的观测造成较大阻碍。总体来说比较难适应高压输电线路的发展。为了加快高压输电线路的发展，改善测量工作中的各种不足。GPS-RTK 技术能够一一解决这些缺点，操作方便、速度快、效率高、无需通视，能够实时

6、提供坐标、高程和点位精度，无需计算 1。 也不会产生误的积累，测量精度高。总体说明 GPS-RTK 技术是高压输电线路应用中的重要角色。1.2 GPS-RTK 技术在高压（1000kv）输电线路应用中的意义近年来，为适应我国经济的高速发展和人民生活水平的不断提高对电力的旺盛需求。我国电网建设规模和速度迅猛发展，对输电线路工程设计勘测过程中所采用的技术也越来越高。GPS-RTK 技术它可以明确的改善勘测工作的复杂程度和减少内页数据处理的工作量。在线路静态勘测过程中，减少工作量，提高数据的精确度。在线路动态勘测过程中，由于是爬山，常规仪器较重，而 RTK 仪器轻，极大减轻了工作人员的负担。在定位过

7、程无需担心树木的遮挡，给测量人员带来极大的便捷。在高压线路运用 GPS-RTK 技术，为我国高压输电线的快速发展添加了润滑剂。1.3 GPS-RTK 技术在高压输电线路应用中的国内外研究现状在国外，很早就有很多设计单位研究人员对 GPS 进行高压输电工程应用的研究。1997 年，国际领先的电力公司 ABB 与德国至荷兰的高压输电线路单位合作，由于线路经过大海，对施工勘测阶段造成很大阻碍，研究人员提出运用 GPS 技术进行勘测，发现不仅有效解决海上困难，还得出测量精度远远高于常规仪器的结果 2。1998 年，前苏联列宁格勒交流研究所与全苏电气研究所、全苏线路设计院等单位对济宁 1000KV 特高

8、压输电线的定位研究，采用 GPS 技术进行全程定位，精度高、效率快是唯一的首选 3。目前在我国 GPS-RTK 技术在高压输电线路设计工程应用中的研究使用才慢慢兴起。1999 年，福建电力勘测院、中南电力勘测院等，引进徕卡 RTK 仪器，在高压输电线路设计过程中与全站仪同时进行勘测，结果表明 RTK 定位精度高，且无需计算等优点 4。2000 年，国家电网研究人员对 GPS-RTK 技术应用于线路的特点，进行了探讨与总结，得出 RTK 技术效率高、操作简单、工作量少、精度高等优点。1.4 研究内容本文是蒙西-天津南 1000KV 特高压交流输电线路包（5）工程，在勘测设计阶段，使用 GPS-R

9、TK 技术进行线路初测，根据沿线地形较高山地约占 20%、普通山地约占 28%、丘陵地区约占 52%，灌木丛较多，线路总体呈西北至东南走向，海拔高程在 100m580m，选取好对应的控制点并布设 GPS E 级控制网，对控制网静态测量并对数据处理得出控制点坐标。在勘测定位阶段进行动态测量，选择出适合特高压工程勘测工作的测量方法，然后对测量成果利用对比法进行精度分析。可以有效地解决线路穿越树林茂密的崇山峻岭，建筑物居民区等障碍物。而且一般的全站仪勘测方法肯定无法胜任这些工作，在勘测工作中 RTK 定位技术和动态的 GPS 技术相互结合，使输电线路实时测出成果和大规模的实路径测量成为了现实，并且在

10、施工定位过程中，勘测工作简便，节省了大量的人力物力 6。从而得出准确桩位位置，为特高压建设提供良好的设计方案。 52.GPS-RTK 技术在蒙西线（1000KV）中的应用前期设计方案2.1 蒙西线设计要求2.1.1 测区简介蒙西-天津南 1000KV 线路工程包（5）段位于河北省保定市境内，北纬 3810-4000，东经11340-11620之间。包（5）段线路起自保定市唐县与顺平县交界处曲庄村(包 4 与包 5 接头点)，终止于保定市定兴县东沟头北(包 5 与包 6 接头点)，如图 2-1 为线路走向影像图所示，初设路径方案长度约 80km，航空距离约 76.4km，其中双回路为 19km，

11、单回路为 280.5km。沿线起点位于高程560m 的高山上，植被茂密，终点位于小麦地上，高程 25m 左右，地形较为平坦，如图 2-3 所示。总的线路地形分布为较高山地 15.5%、一般山地 32.5%、丘陵 52%。曲折系数 1.04，设计风速为 29m/s 和30m/s，设计覆冰取值为 10mm 和 15mm。 线路总体呈西北至东南走向，海拔高程在 100m580m。沿线G5 京昆高速公路、省道 S332 等及多条乡村公路可以利用，并穿越过南水北调工程，如图 2-2 所示，总体通条件较好。 图 2-1 初始线路走向卫星图 图 2-2 G5 京昆高速交汇南水北调工程卫星图图 2-3 线路地

12、形实景图2.1.2 布网等级要求与资料收集初测阶段准备工作，对于静态测量按设计要求布设 E 级控制网，其等级要求如表 2-1 所示。测量6负责人对该线路收集的资料有：控制点坐标信息（KE01，KH 01、KH 02 为已知点）、坐标系采用 1954年北京坐标系、中央子午线为 114、1985 年国家高程基准、投影面高程 0m。11 张 1:1000 的航空影像图，同时还对军用地下光缆、军用地基室等重要交叉跨越物进行相关资料收集。还收集到了控制点WGS84 坐标系统下的坐标，以利于静态测量时七参数的转换。表 2-1 E 级 GPS 控制网设计要求级别 E 级卫星截止高度角（度） 15卫星同时观测

13、有效数 4卫星观测有效总数 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 1030采样间隔(S) 快速静态 515静态 15双频+P(Y)码 1双频全波 3任何一卫星在时段中有效观测时间(min)快速静态单频或双频半波5注：1、在每时段观测过程中的时间符合表中第七项规定的卫星，为有效观测卫星；2、 在计算有效观测卫星总数时必须扣除各时段的重复卫星数；3、 观测时段长度为开始到结束记录数据的时间段；4、 观测时段长度1.6，指每观测一时段，至少 60测站再观测一时段 5。2.1.3 技术标准（1）1000kV 特高压输电线路

14、勘测规范（GB 50723-2012）；（2）全球定位系统实时动态测量技术规范（CH 2009-2010）；（3）电力工程勘测安全技术规程(DL5334-2006)；（4）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/FEDI201.330）；（5）国家控制测量规范要求（GB 12897-91）；（6）国家电网公司建设文件 （京建2014 327 号）；2.2 蒙西线包（5）测区控制点静态设计方案初设路径方案长度约 80km，航空距离约 76.4km，其中双回路为 19km，单回路为 230.5km。初测阶段，测量人员根据沿线地形较高山地 15

15、.5%、一般山地 32.5%、丘陵 42%、平地 10%、灌木丛较多且7无大量森林、地形总体平缓等特点。线路总体呈西北至东南走向，海拔高程在 100m580m。采用 1954年北京坐标系，高斯正形投影，中央子午线 114，布设 E 级 GPS 控制网。以 KE01、KH01、KH02 为起算点，KH03 为校核。利用 KE01、KH01、KH02、KH03 坐标采用七参数建立坐标转换参数。平面控制网的布设，遵循从整体到局部，分级布网，逐级控制的原则。高程为 1985 年国家高程基准，采用全球定位系统（GPS）进行高程测量，与平面控制测量同时进行，布设一级 GPS 高程网。然后进行静态 GPS

16、平面，高程测量。2.3 蒙西线包（5）测区动态设计方案本工程总定位路程 81.2km，其中双回路为 19km，单回路为 230.5km。在动态测量前，需在 RTK仪器中按设计要求建好工程文件并将该区域的控制点七参数输入其中。总共桩位约 283 个，其中有109 个在高程为 400-500m 的高山上，悬崖较高、地形陡峭、植被稀疏，刚好可以立塔。对定位、定线、地形测量，采用 RTK 技术先对转角定位，定线。后对塔基地形，断面点进行补测。大约有 140 个桩位在一般山地及丘陵上，地形较为平缓带有些杂草。利用 RTK 技术同时定位，定线，地形测量等工作。最后有 34 个桩位在平地上，为小麦地，平坦，

17、地形基本没有变化，利用 RTK 技术只进行定位和定线，再补测些高程点。3.GPS-RTK 技术在蒙西线（1000KV）中的静态测量应用3.1 GPS 控制网布设及静态测量3.1.1GPS 控制网布设各 GPS 控制点选了在交通方便，视野开阔、稳定、牢固的地方，便于发展利用。点位周围的视野开阔，无树木和其它建筑物及各种障碍物，点位应远离高压电线、电视转播台、电视台、强的干扰台、主建筑物等，以避免多路径效应及卫星信号遮挡 7。本工程根据设计要求，利用 1954 北京坐标系，高斯正形投影，中央子午线 114。布设了 KE02、KE03、KE04、KE05、KE06、KE07、KE08、KE09，以K

18、E01、KH01、KH02 为已知点起算，KH03 为校核。利用 KE01、KH01、KH02、KH03 坐标采用七参数建立坐标转换参数。布设三角网形状，进行逐步加密控制点。采用边连式，即通过一条边连接，具有较多的重复基线和独立环，图形条件较强，作业效率较高。图 3-1 控制网图表 3-1 已知控制点坐标点号 北坐标（X）/m 东坐标(Y)/m 高程（H）/mKE01 4322811.895 576088.739 285.2218KH01 4335492.391 636671.920 280.153KH02 4332543.273 642710.038 270.904KH03 4331228.

19、803 647538.387 267.9713.1.2 静态测量我们是利用 Leica 1230 GPS 1 台套，Leica GS10 3 台套进行控制测量，先对已知点 KE01 和未知点 KE02、KE09，KE03 进行观测 45 分钟以上。后对其他未知点与一个已知点进行观测，有必要可以进行重复观测，以便提高成果精度。在实测时用手薄蓝牙链接主机或数据线，把每个主机站都设置为基准站。对应 RTK 每个主机的主机号、测量形式主机改为基准站。安置在 GPS 控制点上，最后要查看显示灯是否正常亮闪。在快速静态 GPS 平面测量的同时，认真测量仪器高，将已知 GPS 控制点的拟合高程通过 4 个控

20、制点建立的转换参数传递到测区内各控制点，在获取各点的平面坐标成果的同时也逐一获得测区控制点的高程，此为拟合高程，满足工程需要。3.2 数据处理本工程是通过 Leica Geo Office 处理软件对数据处理和平差计算，处理方法：将静态测量所测的结果输入 LGO 软件中并备份原始数据。检查数据点名，观测时段及天线高是否输入正确，如果不正确，可直接修改天线高和点名。然后进行自动处理模式、基线解算如图 3-2 所示（一般采用差分观测值进行，有部分边长长短不一、观测时间短、信号不好的数据要除去，采集共同时段波段信号较好的数据，在基线解算时，整个测区以一个点的单点定位解为起算，解算所有基线，剔除一部分

21、不合理的基线后，进行无约束平差确定的有效观测量） 8。再进行网平差处理如图 3-3，最后得出精确成果。图 3-2 基线解算过程9图 3-3 网平差处理过程3.3 精度分析最后所得的准确控制点坐标如表 3-2 所示，经纬度坐标如表 3-3 所示。对其控制点进行简单精度分析，其中 KE01 为已知点，X=4322811.897，Y=576088.735，H=285.218.校核点 KH03 X=4331228.803，Y=647538.387，H=264.089。表 3-2 部分 GPS 控制点成果坐标点号 北坐标（X）/m 东坐标(Y)/m 高程（H）/m 备注KE01 4322811.895

22、576088.739 285.221 已知点KE02 4320682.018 581430.406 317.687KE03 4321426.306 586682.251 234.616KE04 4321255.781 590994.188 198.109KE05 4325290.654 595632.565 311.281KE06 4327044.233 600889.142 184.783KE07 4327991.894 606765.127 179.738KE08 4327465.333 611658.956 76.457KE09 4327756.729 617927.460 88.549

23、表 3-3 部分 WGS84 坐标系下的成果坐标点号 纬度（B） 经度（L） 椭球高（H）备注KE01 39 02 06.40“ N 11452 45.72“E 272.478 已知点KE02 39 00 55.61“ N 11456 26.87“E 304.961KE03 39 01 17.92“ N 11500 05.48“E 222.034KE04 39 01 10.82“ N 11503 04.62“E 185.608KE05 39 03 19.85“ N 11506 19.43“E 299.042KE06 39 04 14.58“ N 11509 58.94“E 172.708KE0

24、7 39 04 42.79“ N 11514 03.86“E 167.793KE08 39 04 23.51“ N 11517 27.09“E 64.555KE09 39 04 29.99“ N 11521 47.98“E 76.72710在相应静态设计方案的实施下，利用 GPS-RTK 技术所测的结果能够达到设计的精度。其 KE01 测出的成果与收集到的对比，其精度 X=2mm,Y=4mm,H=3mm,都达到了 mm 级别，远满足线路要求。表3-2 坐标平面点位精度在 50mm 以内，高程点位精度在 50mm 以内。对 KH02 号点进行检核，其检核精度都满足勘测要求。对重复观测的精度评定，

25、确保控制点的准确性，利于动态测量的精确性。在本次观测点位时段均值与各时段历元数据平均值的差值，所得的最大值小于 3cm，也符合设计的相关要求。说明 GPS-RTK 技术在静态观测过程中完全符合高压输电线路设计的要求。4.GPS-RTK 技术在蒙西线（1000KV）中的动态测量应用4.1 坐标参数的转换在线路定位前期，为了满足设计精度和当地坐标系统的需求，需要利用 LGO 处理软件进行参数转换。根据 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，利用七参数转换（表 4-1 的坐标值）。坐标转换需要满足下条件：测区的控制点中必须满足有三个以上存在WGS84

26、 地心坐标 （三个点组成的区域最好能覆盖整个测区） 9。同时所得的参数必须确保控制的线路在 30km 左右，且一套参数能控制以转角为参考分段点，控制一段有效线路。最后所处理的转换数据结果如图 4-1 所示，其平面与高程残差都在毫米以内，满足测量要求。表 4-1 部分坐标七参转换差值点号 北坐标（X）/m东坐标（Y）/m高程（H）/m纬度（“）经度（“）椭球高（H）/mKE01 4322811.895 576088.739 285.221 39.020640 114.524572 272.478KE04 4321255.781 590994.188 198.109 39.011082 115.0

27、30462 185.608KE08 4327465.333 611658.956 76.457 39.042351 115.172709 64.555图 4-1 坐标七参转换后的残差结果4.2 GPS 对蒙西线路具体技术流程4.2.1 杆塔 GPS 定位测量对桩位进行定位测量，根据线路设计人员要求以及地形变化、桩位之间的档距等特点，进行准确测出桩位的坐标。在工作之前，将基站架设在两相邻转角点附近的控制点上，并进行检校。先测出直东坐标 北坐标 高程 平面 平面+高程0.0009 0.0007 0.0002 0.0043 0.0043-0.0019 -0.0006 0.0000 0.0040 0.0040-0.0021 0.0010 0.0000 0.0026 0.0026