SDCORS系统在架空送电线路测量中的应用

朱亚光，李 斌，胡守超，高兴国

(山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013)

SDCORS系统在架空送电线路测量中的应用

朱亚光，李 斌，胡守超，高兴国

(山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013)

为提高架空送电线路工程测量的精度、效率和效益，将SDCORS系统应用于架空送电线路的工程测量中。以实际工程为例，通过SDCORS系统与RTK比较、SDCORS系统与GPS静态比较，分析SDCORS测量、GPS RTK测量和GPS静态测量三种作业模式的精度。结果表明：SDCORS测量的平面精度和高程精度优于GPS RTK测量和约束后的GPS静态测量，工作效率和经济效益也明显提高，减轻了测量外业的工作量。

SDCORS；RTK；GPS静态；精度；效率；效益。

1 CORS工作原理

在CORS出现之前，用户使用的是GPS的RTK( Real Time Kinematic)技术，这是GPS实时动态定位的简称，是一种将GPS数据处理技术和数据传输技术相结合，实时解算进行数据处理，在1～2s的时间里得到高精度位置信息的技术。使GPS从只能做控制测量的局面中摆脱出来，广泛运用于工程测量。

用户使用RTK的方法都是1个基准站+N个流动站的作业模式，这种作业模式叫做单基准站模式，基准站需要自己找点架设，一般都是临时性的，而作业范围大多十几公里，如果有个较大的测区，则需要多次架设临时基准站。而CORS的特点是架设几十个乃至上百个永久的基准站，覆盖一个比较大的区域，外业测量就不用再架设基准站了。

如果只是简单的的架设固定基准站，拿着流动站走到哪里，只会接收距离最近的基准站发送的改正电文，则还是单站模式，而且作用距离会受到很大的限制，一台基准站的作业距离比如说是S公里，则两台基准站的距离就不能超过2S公里，而且，在中间会出现接收不到信息的盲区，这样的话，想控制一个区域，架站必然很密，费用必然很高，如果一台基准站的观测条件不好，则在部分区域就无法测量。

图1 传统RTK和CORS的精度覆盖比较

RTK是一种单基站的载波相位实时差分定位技术，而SDCORS是通过建立覆盖某一区域的参考站网，计算和播发GPS差分改正信息。即用多个参考站组成的GPS网络来估计一个地区的GPS误差模型，并为网络覆盖地区的用户提供校正数据。而用户收到的也不是某个实际参考站的观测数据，而是一个虚拟参考站的数据，和距离自己位置较近的某个参考网格的校正数据。

SDCORS 采用虚拟参考站(Virtual Reference Station，VRS)技术，各固定参考站不直接向移动用户发送改正信息，而是将所有的原始数据发给控制中心。移动站在工作前，先通过无线通讯功能向控制中心发送一个概略坐标，控制中心根据用户位置，由计算机自动选择最佳的一组固定基准站，整体的改正 GPS的轨道误差，电离层，对流层和大气折射引起的误差，将高精度的差分信号发给流动站。这个差分信号的效果相当于在流动站旁边，生成一个虚拟的参考基站，从而解决了 RTK作业距离上的限制问题，并保证了用户的精度。

2 结合工程实例进行精度分析

2.1 山东电网舞动治理工程

架空送电线路舞动治理的主要措施是加装防舞装置。2011年5月，测量专业接到任务书，在东营、滨州、聊城、潍坊、烟台等地，有近600km的500kV线路需要舞动治理。时间紧、任务重，加上测量人员和设备比较紧张，就选择刚刚投入使用的SDCORS系统。我们以500kV滨州～东营送电线路为例，CORS系统测量J8(#78)到J17(#148)共10个转角，和施工图设计时GPS RTK测量的坐标，比较见表1。

表1 精度比较分析 单位：m

由表1可知，最大距离之差SΔmax=0.078m。由于架空线路转角施工要求，顺线路，横线路允许偏差都是30mm，两个转角之间的容许误差W=±0.084m，以上测量成果分析表明，中心桩点位的水平精度可以满足电力勘测设计的要求。由表1可知，即使最差的情况下，桩间距离的相对中误差:0.078/2325.938=1/29800，SDCORS仍能满足塔位桩距离较差相对中误差不超过1/1000的要求。山东电网舞动治理工程是SDCORS系统在我院的首次使用，取得了较好的经济效益和社会效益，大大提高了外业测绘的工作效率，减轻了外业劳动强度，为以后工程的应用打下了良好的基础。

2.2 220kV正棋变配套工程

2011年7月，220kV正棋变配套工程，是施工图阶段测量，对点位和高程的精度要求较高，所以工程先用常规的RTK进行测量，对所有的转角用SDCORS系统再次进行测量，RTK测得的WGS84坐标和SDCORS系统测得的CGCS2000坐标，与外控控制点的格网坐标进行坐标转换，得到以下的数据。

表2 转换成格网坐标后WGS84与CGCS2000坐标差值

由表2可知，SDCORS系统和RTK平面坐标差异dx误差集中在0.02m左右，dxmax=-0.036m，dy误差集中在0.015m左右，dymax=0.02m。高程误差集中在0.03m左右，dhmax=0.048m。对于送电线路，其点位平面精度限差为±0.05m，由两次对同一桩位的放点之差应小于±0.07m ，高差较差限差为±0.20Sm(S为桩间距离，以千米计)，由表2可知，表中数据满足架空送电线路勘测技术规程。由于RTK作业半径小、精度随线路长度的增大而降低，SDCORS系统无缝覆盖、精度均匀，随着架空送电线路长度的增加， RTK中的1ppm的概念已不存在了，在VRS网络覆盖的范围内，精度始终为2cm～3cm左右，所以SDCORS系统的测量精度大大高于RTK测量的精度。此工程的应用为以后架空送电线路的施工图测量打下了良好的基础。

2.3 220kV景阳～谷山～光岳送电线路工程

2011年08月，我们此工程中，比较了SDCORS测量和GPS快速静态测量在平面和高程方面的精度。SDCORS测量可以得到高精确的CGCS2000坐标，GPS 静态测量由于联测经过全省统一平差C级网，也得到的高精度的WGS84坐标。同一点在CGCS 2000 和WGS-84下，经度相同，纬度的最大差值为(3.6×10)-6″(相当于0.11mm) 。这里主要是指椭球参数的不同而引起的同一点经纬度的差异，给定点位在空间直角坐标，投影到CGCS 2000椭球和WGS 84椭球上所得的纬度的最大差异相当于0.11mm。对于工程测量需要的精度来说，SDCORS测得的CGCS2000坐标也可以看做WGS84坐标。由于CGCS2000坐标和WGS84坐标均为大地坐标，两者经点校正和约束平差后，CGCS2000坐标和WGS84坐标转化为当地格网坐标，二者投影到高斯平面上的格网坐标才具有可比性。

表3 SDCORS和GPS快速静态坐标差值 单位：m

续表3

从表3可知，SDCORS测量和GPS静态测量平面坐标差异dx误差集中在0.01m左右，dxmax= -0.038m；dy误差集中在0.03m左右，dymax=0.055m；高程误差集中在0.04m左右，dhmax=0.065m。SDCORS测量平面精度≤±0.0 3 m，高程精度≤±0.05m；对GPS快速静态而言，基线长度(C级控制点，10km)标准差≤±0.05m，大地高差中误差(四等GPS)≤±0.05m 。满足校核基线长度限差≤±0.14m，高差较差限差≤±0.14m，所以在最差情况下，SDCORS仍能满足精度要求。

由于LS2、LC、ZLZ、CL为已知国家C级GPS控制点，比较SDCORS测量点校正后坐标和约束平差后的坐标与已知国家C级控制点的差值(即外符合精度的比较)，见表4。

表4 外符合精度比较 单位：m

由表4可知：SDCORS实时定位的外符合精度(和已知点比较)可以达到平面≤±0.030m，高程≤±0.010m的精度。满足工程测量规范GPS C级控制点约束平差后最弱边边长相对中误差≤1/70000的规定，满足高程较差≤±0.030m的规定。

由表4可知，已知点坐标经过点校正后SDCORS测量的点位精度高于约束平差后的GPS快速静态测量。对SDCORS而言，参考站数据由山东101个参考站综合平差解算得到的，具有全局性。故VRS给用户流动站发布的改正信息也具有全局性，而常规快速静态测量只是局部平差解算，精度有限，所以平面精度不及SDCORS。高程方面精度相近，如果SDCORS对已经建成的CORS地区进行大地水准面精化，同时发布高程异常改正值，那么在高程方面SDCORS测量精度也会大幅提高。

3 工作效率和经济效益的分析

3.1 工作效率

(1)提高仪器利用率，原来的1+1两台GPS接收机才能作业，现在1台接收机就能正常作业，仪器利用率提高1倍。

(2)省去架设和设置基准站的时间，开机就可以作业，同时也节省了完工后收基准站的麻烦。

(3)节约人力资源，不用架设基站，省去看基站人员，真正实现单人作业。

(4)山东省全网覆盖，精度均匀，避免了常规RTK随着距离增大误差增大的麻烦，减少了返工的可能性。

(5)使用固定可靠的数据链通信系统，减少了噪声干扰，缩短了整周模糊度的解算时间，提高了工作效率。

(6)常规RTK随着距离的增大，初始化速度会越来越慢，直至收不到基准站的电台信号，这样，还需要建立新的基准站，来回搬设基准站，精度降低了，时间也大量消耗了。而SDCORS系统下没有了RTK距离的限制，从而可以明显提高初始化速度，提高工作效率。

(7)传统的GPS静态测量需要至少3台以上的GPS接收机才可以进行，而且受时间限制比较大，SDCORS的应用，将使控制测量将变得非常简单和方便，即使只有一台GPS也可以进行控制测量，而且SDCORS系统可以提供各种采样率的、任意时间段的GPS原始观测数据，大大提高了控制测量的效率。

3.2 经济效益

(1)使用SDCORS后，原来RTK中的基准站就解放出来了，看基准站的人员也解放出来。山东院现共有12台套GPS，这样共省出12个看基准站人员，每个看基准站人员工资按照80元/天，每年(按照9个月，每月工作20天计)山东院院每年从基准站人员身上节约总费用为： 节约费用总额=80元/人天×12人×20天/月×9个月=172800元。

(2)以前RTK每次作业前需要架设和设置基准站，而且每次需要找已知点进行坐标转换，按照这个时间为0.4h，常规RTK随着作业距离增加需要进行搬站作业，搬站后需要重新设站和坐标转换，每次搬站也按照0.6h计，加入SDCORS后无需基准站，这样12套RTK每年(按照9个月，每月工作20天计)共计节约时间为：

节约总时间=(0.4h+0.6h)×12人×20天/月×9个月=2160h=90天。

以1:500比例尺测图为例，按照每平方公里需要25天测完，每平方公里产值为10万元，这样整个院每年在基站方面节约的时间所创造的总产值为：

节约时间总增值=90天÷25天×10万=36万元。

(3)12套RTK设备中的基准站可以直接或改造后变成流动站，除去不在山东省的工程外，假设有4台可以接入SDCORS，这样相当于增加4台流动站，按照每台流动站每天创造的产值为5000元计。

新增流动站每年总产值=4台×5000元×20天×9个月=360万。

(4)使用SDCORS系统后，RTK用于基准站发射的大电台(价格4万)和用于流动站接收的小电台(价格2万)就淘汰了，12台套GPS电台的价格为：(4万+2万)×12=72 万。如果1台套使用SDCORS，就节省6万元的电台费用。

4 结论及建议

通过对SDCORS测量和RTK测量的精度进行比较可知：SDCORS完全满足架空送电线路勘测设计的要求，且架空线路越长，优势越显著；SDCORS能大大提高工作效率、增加经济效益及减轻外业劳动强度。但在实际使用过程中，应注意以下事项。

(1)SDCORS系统采用的坐标系统为国家CGCS2000坐标系统，SDCORS中心对外不提供转换参数，以前使用过的转换参数要看求解参数时所使用的起算数据，只要是使用约束的WGS84坐标求解的参数是可以正常使用的。一般C级网以上的WGS84都是约束的，D级网的可能没有约束。

(2)SDCORS系统作业主要是通过通信网络和SDCORS中心进行数据交换，通信网络的状态直接影响到SDCORS作业的效率、系统的可用性及成果的可靠性。所以在没有手机信号的地方是不能作业的。

(3)SDCORS受到点位观测环境(遮挡、干扰、多路径等)，卫星状况(PDOP值过大、公共卫星少等)，仪器设备固件版本低、差分数据格式选择错误、操作不正确等因素影响，造成长时间处于浮动解或单点解时，最好的办法是将所有终端设备重启。

(4)由于通信网络(包括延迟、不稳定等)，导致SDCORS长时间无法固定时，可以采用的方法是：在测点处记录1秒采样率不少于5分钟的原始观测数据，进行静态或动态后处理的方法进行补救。

(5)当测区周围有较大的电磁场干扰源，通信信号弱或卫星分布情况很差时，SDCORS可能会偶尔出现“伪固定”现象，即出现三维特别是高程上的较大偏差，此种情况下，务必要多测几次来进行成果的检核。

(6)SDCORS只能在山东省使用(和江苏省由7个点相连)，受地域的限制影响很大，随着我院在全国乃至全球业务的发展，SDCORS的地域限制越发明显，全国CORS的联网建设势在必行，不久的将来，只需一个流动站测遍全国会成为现实。

(7)SDCORS通过提供流动站和参考站距离相关的误差改正模型，流动站获得区域内精度均匀的厘米级的实时动态结果。对于事后相对精密定位的毫米级的结果，也就是数据处理中心提供静态原始观测数据，尚未进行工程应用，这将是我们下一步需要继续应用及研究的内容。

(8)不论是RTK还是CORS，今后可能都会被精密单点定位—PPP(precise point positioning)取代，PPP是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术，也是GPS定位方面的前沿研究方向。

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Application of SDCORS to Impracticable Electric Power Transmission Line Survey

ZHU Ya-guang, LI Bin, HU Shou-chao, GAO Xing-guo
(Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute CORP, Ltd.，Jinan 250013，China)

To improve the accuracy, ef fi ciency and effectiveness of Electric Power Engineering project, SDCORS was used in the engineering survey. With the comparion of SDCORS、 RTK、 GPS static measurement，The results show that: the accuracy of SDCORS is much better than GPS RTK and static GPS measurements, ef fi ciency and economic bene fi ts are also signi fi cantly improved with SDCORS

SDCORS; RTK; static GPS; accuracy; ef fi ciency; effectiveness.

P2

B

1671-9913(2012)02-0024-04

2012-02-21

朱亚光(1968- )，男，山东平邑人，教授级高级工程师，从事电力工程勘测方面的工作及研究。