超长输电线路GPS控制网的建立*

隆华平,侯林锋

(1.广州建通测绘技术开发有限公司,广东广州510663;2.广东工贸职业技术学院,广东广州510510)

0 引 言

南方电网超高压输电公司所属的天广直流和天广I、II交流线路位于广东、广西、云南和贵州三省,途径广州市、清远市、贺州市、柳州市、桂林市、河池市、独山市和惠水市。地理坐标范围为:北纬21°39′～27°02′,东经104°20′～114°16′。沿线主要是山区,东西高差很大,东部位于珠三角地区,最低高程为2 m,西部位于山岭地区,最大高程为1200 m.测区交通非常不方便,很多地方都属于人烟比较稀少的地方,且气候变化比较大。为了获取输电线路与环境信息建立GIS模型,采用激光雷达扫描技术,对南方电网贵广超高压输电线路共13400 km进行扫描。在扫描之前首先要建立地面参考站。参考站控制点分布要相对均匀,要求控制点密度能满足LIDAR数据采集时地面参考站最大距离要求,也就是要保证数据采集时,飞机距离最近的参考站不能超过30 km。参考站控制点测量范围大、任务重,仅靠常规测量手段,操作困难。因此,利用GPS定位技术进行输电线路控制测量是最好选择。利用GPS定位技术进行输电线路参考站数据采集,首先应建立GPS控制网。本文以南方电网天广超长输电线路二期工程、109个GPS C级点为例,探讨超长输电线路GPS控制网的布设和数据处理方法。

1 GPS控制网的布设与观测

为满足本项目规定的成果精度,根据全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314-2001)规定,结合本项目实际情况,基本控制网拟采用C级网[1]。

1)控制网的布设

在项目启动前,首先布设了GPS B级控制网。B级控制网布设11个控制点,联测3个IGS GPS卫星观测站,采用精密星历进行数据处理。B级控制网网点分布合理,保存较为完好,在B级控制网的基础上布设C级网。为了保证LIDAR航飞数据采集的精度,沿着线路走向每45 km左右布设一个C级GPS控制点,再隔150 km左右的范围加密布设一对点距1 km左右控制点,用于参考面数据测量。相邻边的平均距离小于45 km.共布设C级GPS控制点109个,进行16处参考面测量,联测十余个已知点。布网时以三角形作为布网的基础,充分考虑了点所构成三角形的形状,以构成检核条件。

2)外业观测

外业观测时以相互关联的线路为一个独立控制网,在线路的起点、中间和终点至少联测3个B级控制点,采用8台天宝双频静态GPS进行同步观测,观测2个时段,由于C级网最短边为293 m,最长边为199,677 m,平均边长在40 km左右,超过规范要求的15 km,因此每个时段观测时间延长至不少于180 min,数据采样间隔为15 s.观测时采用边联和网联式,按照线路前进方向推进(控制网布设如图1所示)。

图1 控制网布设线路图

2 基线解算

基线解算使用随机商用 TGO软件。考虑到输电线路C级控制网之间的空间分布情况及星历精度对基线解算的影响情况,控制网内所有基线处理时都采用广播星历。外业观测相关数据如下表1所示。

表1 基线观测数量

基线质量的检验是通过方差比率(Ratio)、单位权中误差(RMS)参考变量等项目。检查结果显示比率最小为3.1,单位权中误差最大为20 mm,参考变量最大为4.931,均满足Ratio≥3.0,RMS＜20 mm,参考变量小于10的要求。处理结果表明,基线解算质量较高[2]。

3基线构成的同步环中只有2条同步基线可以视为独立的基线。理论上,第3条基线与其余2条基线构成封闭图形时,各方向上的闭合差应为零。由于观测误差、模型误差的存在,以及处理软件的内在缺陷,第3条基线处理的结果与前条基线的闭合差常不为零。本次软件共处理闭合环1832个,全部通过。环闭合差数据如下表2所示。

表2 闭合环精度

3 控制网平差

项目采用WGS-84坐标系统。网格坐标投影方式为高斯-克吕格投影,按3度分带分为35度带(中央子午线106度)、36度带(中央子午线108度)、37度带(中央子午线111度)和38度带(中央子午线114度)。高程采用椭球高。大地坐标和网格坐标的7参数转换关系统一设置为“0”。

1)三维无约束平差

在每条基线质量都满足《规范》要求的情况下,进行三维无约束平差[3]。平差计算的基准为WGS-84大地坐标系,平差方法采用加权平差法。

平差后点位中误差最大为±10 mm,最弱边边长相对中误差为1/247635.可见GPS网内符合精度较高,无粗差存在。

2)二维约束平差

以11个B级控制点WGS-84坐标为起算点坐标进行约束平差,平差基准为80西安坐标系,平差方法采用加权平差法。平差后成果的最弱点点位中误差为±1.1 cm,最弱边边长相对中误差为1/135920。符合最弱点点位中误差小于±10 cm,最弱边边长相对中误差小于1/80000的《规范》要求。GPS网点相关精度数据如下表3所示。

表3 基线边长相对精度统计

4 结 论

介绍了如何利用GPS技术建立输电线路C级GPS控制网,并对基线解算、GPS网平差、起算点精度进行了分析。通过该工程实践,得出了如下结论:

1)南电贵广输电线路GPS控制网,所采用的由公共边毗连的多个闭合环所构成的图形,不仅适合于线路的直伸形状,而且能对GPS观测值提供有效、全面的检核。

2)坐标系直接采用WGS-84坐标系下的网格坐标和大地坐标,不需要进行坐标转换,约束平差精度较高。

3)数据处理过程中,用于参考面测量的1 km左右控制点的内外符合精度同样达到了C级控制网的要求,说明本次GPS控制测量精度较高。

[1] 刘经南,施 闯,陈俊勇.'92、'96国家高精度GPS A级网整体平差结果分析与我国块体运动模型研究[J].武汉测绘科技大学学报,1998,23(4):314-319.

[2] 张进民,伶 洞.不同类GPS基线向量构成控制网平差探讨[J].测绘通报,2001(1):21-22.

[3] 明祖涛,周年昌,江春华.北京数字电力GPS控制网的建立[J].测绘通报,2006(7):30-32.