手持型RTK GPS接收机在宁东直流工程中的应用

王洪英，单 波，马凤臣

（山东送变电工程公司，山东 济南 250022）

0 引言

GPS的应用越来越广泛，有着常规测量技术无法比拟的优势，随着其应用范围的扩大，应用深度的加深，给传统的测量技术带来了意义深远的变革。在送电线路施工中，大地测量型GPS设备的RTK测量技术（实时动态差分测量）的应用已经较为成熟，相对而言，国内送电线路施工中GPS手持机的应用则比较少，仅限于引路、位置记录等简单功能的应用，并有待于完善并系统化。近年来，GPS测量技术不断发展，手持机测量技术也得到了长足发展，已经出现了高达10 cm的实时定位精度的手持GPS接收机，给线路施工提供了良好的应用平台，能够满足于线路工程中一般精度要求的施工测量，充分发挥手持机体积小、重量轻、灵活、携带方便、操作简便的优势。国家电网公司交流建设分公司与山东送变电工程公司于2009年3月开始共同开发研究，将手持型RTK GPS接收机测量技术引入到线路施工，并在此基础上针对送电线路施工特点，进行了专用测量软件的开发应用研究。

±660 kV宁东—山东直流输电示范工程是我国首条±660 kV电压等级线路工程，首次采用了1 000Mm2大截面导线，工程提出了技术自主创新和项目管理创新“两个示范”。为提高线路施工技术水平、信息化水平，提高施工精度和施工效率，降低劳动强度，将手持型RTK GPS接收机应用到工程施工测量中。

1 研究内容

1.1 通信方式

使用GPS手持机要达到10 cm的实时测量精度，应采用RTK测量方式，这就存在通信方式的问题，要保证GPS手持机灵活、携带方便的优势，要求GPS通信附件应小巧，针对不同差分源及通信链路进行的通信方式对比，表1所示。

从表1分析，可以较为清楚的看到使用VRS网络参考站无疑是最佳选择，这种方式在经济性、连接的快捷性及便携性等方面具有较大的优势。但由于VRS网络目前还未实现全覆盖，同时使用过程中还受到移动电话信号的制约，因此使用公网通信模块、数传电台这两种通信方式也同样是需要的。

1）在建有 VRS系统和移动电话信号较好的地区推荐使用VRS网络作为差分源；

2）在VRS系统未覆盖、但移动电话信号较好的地区使用自建基准站作为差分源，推荐使用公网通信模块作为通信连接手段；

3）在移动电话信号较差的地区使用自建基准站作为差分源，使用数传电台作为通信连接手段。

表1 不同差分源及通信链路通信方式对比

1.2 应用范围

线路施工测量贯穿于线路工程施工全过程，从线路复测到最后的竣工验收。与施工工序和测量对象相对应，线路施工过程中对测量精度的要求也是不同的，存在部分对于精度不是特别高的施工测量，对线路施工主要测量项目的分析如表2所示。

可以看到土石方开挖前的分坑放样、间隔棒安装位置的确定等，同时，在部分施工测量工作中采用传统的测量方式，存在操作步骤繁琐、精度不易控制、安全隐患多等情况，如高低腿基础的分坑、间隔棒安装位置的确定等。在这些情况下，应用GPS手持机则可以发挥其独有的优势，满足线路施工测量的需求。

1.3 应用模块开发

根据应用范围的分析，使用Visual Basic作为应用程序的开发工具，在Trimble Geo XH2008手持机上进行了送电线路施工专用测量软件的编制开发，具体包括交接桩导航及杆位信息的采集、基础分坑测量、组塔抱杆拉线坑测量、间隔棒安装位置测量、通道清理、小运路测量、面积测量7个功能模块。

交接桩导航及杆位信息的采集。在交接桩过程中除了要找寻桩位外，还要进行行政区划调查，农作物调查等信息调查工作，传统的工作方式往往使用记录本记录及现场作标记等方式记录相关信息，本模块根据提前输入的杆塔中心桩坐标参数，通过GPS手持机图形和声音提示方便的引

导我们到达想去的桩位、道路，不会迷失方向。同时可以将整条线路的桩位、沿线路径及桩位的各方面信息（包括桩位的行政所在地、地形、地质地貌、农作物等）等情况进行补充、完整并记录在手持机中加以系统化。

表2 线路施工测量项目分析

基础分坑测量。 应用GPS手持机10 cm的实时精度用于铁塔基础位置和坑口尺寸的现场测量、放样。以本杆位的前后方向为基准，根据设计给出的根开尺寸和施工需要现场开挖的坑口大小，通过程序计算确定每个坑口的中心位置和四个角点的位置，使用手持机通过图形和声音提示，灵活、方便的实现基坑的放样。尤其对于高低腿基础的分坑放样，能够解决传统方式进行全站仪搬站、斜距测量等复杂的操作步骤带来的麻烦。

组塔抱杆拉线坑测量。铁塔组立时，内悬浮外拉线抱杆拉线坑位置的计算和确定以线路方向为基准进行45°直线放样，在程序的设计上拉线坑特别考虑了拉线坑与中心桩间的位置高差，保证拉线对地夹角的准确性，同时实现了在拉线与地面投影的方向上能实时显示拉线与地面夹角度数和与中心桩的距离。使每个拉线坑的方向和与中心桩距离处于可控状态，保证组塔施工的安全。

间隔棒安装位置测量。间隔棒安装位置的确定传统方式一般采用拉皮尺进行测量，高空操作存在安全隐患，由于间隔棒间距离较长导致测量结果的准确性不易保证。本模块根据杆塔中心桩坐标、间隔棒次档距等参数，将各间隔棒的位置计算出来并进行现场放样，指导施工人员通过图形和声音提示快速、准确找到间隔棒安装位置。

通道清理。地方民事问题一直是困扰送电线路施工的一个主要难题。在多数工程施工中，由于采用传统测量方式不易在工程前期确定线路的安全通道范围，往往需要临近工程结束时才进行线路通道的清理，给施工过程带来困难。本模块根据杆塔中心桩坐标、安全距离等参数，判断通道位置是否处于清理或非清理范围，为线路通道的清理与通道内障碍物的清查提供了时间与精确的位置，可方便的指引操作人员进行相关操作。同时由于测量手段科学、技术先进，保证了测量结果的准确性，从而避免争议，有利于施工人员顺利解决地方民事问题。

小运路测量。“小运路测量"模块开发了测量小运路里程和高差的功能，主要用于统计运输工作量。传统小运路测量一般使用步量或拉皮尺的原始方式，容易出现测量误差，本模块通过对小运路点位坐标的连续采集，能够方便、准确的将运输距离记录下来并进行统计。

面积测量。面积测量主要用于在施工过程中进行青苗赔偿等面积的测量和统计。由于施工占地往往是不规则的形状，给面积的丈量和统计带来难题，易发生纠纷。在本模块对面积测量进行了研究，通过对面积边缘点的连续采集形成闭合曲线，计算出测量面积，使青赔面积测量工作变得简单。

2 工程应用

±660 kV宁东直流示范工程鲁2标段于2009年8月28日进行了首基基础浇制。2009年11月至12月和2010年5月，山东送变电工程公司在滨州、邹平、宁东±660 kV线路工程鲁Ⅱ标段工地对研究进行应用。进行了基础分坑、间隔棒安装、通道清理、小运路、面积等模块的实际应用和交接桩导航及杆位信息的采集、组塔抱杆拉线坑测量模块的模拟应用。

2.1 数据导入

将杆塔中心桩坐标以Excel文件进行整理，整理后的字段顺序按照A列：杆塔名称；B列：东向坐标；C列：北向坐标；D列：高程；E列：半横担宽度。然后将GPS设备与计算机同步，把该文本文件复制到GPS设备上完成数据导入。

2.2 测量实施

参数设置。确定项目名称、施工单位、施工地点、时间等工程属性。进行GPS设置、投影设置、天线设置。

设置和连接GPS及差分源。同大地测量型GPS设备一样，手持RTK GPS接收机也需要基准站，在实际应用中，对三种通信都进行了应用。图1所示。

图 1 基础分坑测量示意图

现场测量。以基础分坑测量为例说明。输入该目标塔的正根开（根开A）、侧根开（根开B）和坑口尺寸即可（高低腿需输入半根开），如图1所示。按“放样”键后进入图形界面，该界面显示出当前位置到目标坑（目标点）之间的导航信息。图中显示当前位置 （红色十字）到C坑西南角点（红色圆点）的距离为13.05M，C坑西南角点的确切位置是在当前位置的西侧2.67M，北侧12.77M。然后通过手动点击16个角点和4个坑心点共20个点中的任意一个，按照系统提示的导航信息逐渐接近目标点至距离1M以内时，系统自动发出“嘟嘟”的警告声，提示即将到达目标。如果继续接近至0.1M距离时，系统发出急促的“嘀嘀”声，这表示已经达到目标，可以位置确定。整个测量过程用时约40Min左右（包括打桩时间），测量精度满足施工要求。

3 效果分析

3.1 技术特点

技术先进，本项目研究内容建立在GPS测量技术之上，应用VRS网络系统及无线通讯技术。

操作简便，易学易懂。操作界面设计人性化，采用了图形与声音提示的形式，使每一步测量工作直观、生动，容易掌握。

10 cm的实时测量精度满足了施工现场一般性测量的要求，测量数据准确，储存方便。适用范围广。研究贯穿于交接桩、基础、组塔、架线及有关辅助性工作等各个施工阶段，同时三种差分源方式适用于不同条件下的工程测量。

设备轻便，便于携带，针对线路测量特点设计了包括特制对中杆、通信模块背包等专用附件。测量效率高。测量步骤简单，各测量功能一般为单人即可完成，降低了劳动强度。

统计功能全面，数据输入输出方便，输出结果便于归类、查阅，为下一步施工提供方便。

消除了许多现场的安全隐患，同时减少了民事纠纷。

测量、采集的数据、信息自动存储在手持机中并可方便地输出，克服了传统现场手工记录方法带来的种种不便，提高了现场施工的信息化水平。

3.2 效果说明

研究成果在±660 kV宁东直流工程鲁2标段项目工地施工的初步应用，该测量方式方便、灵活，操作易掌握，测量精度符合施工要求，给施工带来较大帮助。

由于目前国内的VRS网络还未普及，通信信号还有待加强，特别是偏远地区（而这些地区往往多为送电线路途径地区），手持机精度有时还不太稳定，影响了使用效率。 但手持RTK GPS接收机测量系统在线路施工中的应用无疑提高了线路施工的技术水平和信息化水平，是线路施工技术的发展趋势，它的推广应用前景会越来越广阔。