GPS在临策工程线路测量中的应用初探
时间：2020-12-13 08:03:19 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
(中铁六局集团 电务工程有限公司，内蒙古 呼和浩特 010000)
摘 要：
文章介绍了GPS全球定位系统的先进性能，以及在临策线通信线路、电力线路工程测量中的 应用。
关键词：全球定位系统；
线路定位；
测量
中图分类号：U212.24 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)11—0112—02
全球定位系统（GPS），是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫 星导航与定位系统，该系统已在公路系统、铁路线路、各种桥梁、隧道等工程的设计测量中 得到广泛应用，而在具体的施工中，使用相对较少。2007年5月,中铁六局电务工程有限公 司呼和浩特分公司临策项目部在新建铁路临河至策克线的通信线路及电力线路工程测量定位 过程中率先使用了GPS全球定位系统，经现场定测、检查复核，发现其先进的性能、便捷的 操作、准确的测量结果完全能够达到电务工程（尤其是通信线路和电力线路）测量施工的要 求，收到良好的效果。 随着知识经济、电子贸易、电子商务新的时代来临，GPS不断突破传统应用，向集成化、系 统化、实用化、多样化发展,这给工程单位施工测量技术突破传统测量模式、最终融入电子 信息化大潮带来了机遇。
1 GPS简介
GPS全球卫星定位导航系统(Global Positioning System，简称GPS)是美国从20世纪70年代 开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位 实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS以全天候、高精度、自动化、 高效益等显著特点，成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管 制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带 来一场深刻的技术革命。
GPS主要有三大部分组成，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。
2 GPS定位原理
GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后 方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机， 可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以 确定以下四个方程式：
上述四个方程式中待测点坐标x、 y、 z 和Vto为未知参数，其中di=c△ti (i=1、2、3、4) 。di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。△ti (i= 1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。c为GPS 信号的传播速度（即光速）。
四个方程式中各个参数意义如下：
x、y、z 为待测点坐标的空间直角坐标。
xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐 标，可由卫星导航电文求得。
Vt i (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提 供。
Vto为接收机的钟差。
由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z 和接收机的钟差Vto 。
3 设备的选择
设备性能应考虑设备的测量精度、软件的质量与功能以及设备重量。针对我单位的工作性质 和电力专业的施工规范及验标要求，线路测量施工中要求架空电力线路不应超过设计档距的 3%，直线杆横线路方向位移不得超过50mm，因此所购买的设备水平测量误差尽量达到厘米级 。好的GPS不仅使用方便，而且能改善定位精度、提高作业效率和开拓使用领域。软件的质 量与功能是GPS测量水平高低的重要标志。另外，设备重量也是不可忽视的因素，重的设备 会给线路测量施工带来不便。
4 设备的检查
观测中所采用的设备，必须对其性能与可靠性进行检查，合格后方能进行作业。新购置的设 备应进行全面检查。全面检查的内容包括一般检查、通电检查和试测检验。
一般检查主要检查设备的各部件是否齐全、完好，紧固部件是否松动与脱落，设备的使用手 册是否齐全等。
通电检查主要是设备通电后有关信号灯、按键、显示系统和仪表的工作状况以及自测系统的 工作状况是否正常。
测试检验应在不同长度的标准基线上或专设的GPS测量检验场上进行，主要检验设备的测量 精度。测试检验一般每年测试一次。
5 测量的实施
5.1 施工测量开始前应具备的资料
线路测量施工开始前应有设计部门提供的《线路径路走向图》、《线路杆塔明细表》等资料 。
5.2 施工测量规范要求
《铁路电力施工规范》第四章中规定：直线杆顺线路方向位移，10KV及以下架空电力线路不 应超过设计档距的3%。直线杆横线路方向位移不应超过50mm。转角杆、分支杆的横线路、顺 线路方向的位移均不应超过50mm。电杆立好后，直线杆的横向位移不应大于50mm，电力线路 杆稍的位移不应大于杆稍直径的1/2。转角杆的横向位移不应大于50mm，转角杆应向外角预 偏，紧线后不应向内角倾斜，向外角的倾斜，其杆稍位移不应大于杆稍直径。终端杆应向拉 线侧预偏，其预偏值不应大于杆稍直径。紧线后不应向拉线反方向倾斜。双杆立好后应正直 ，直线杆结构中心与中心桩之间的横向位移，不应大于50mm；
转角杆结构中心与中心桩之间 的横、顺向位移，不应大于50mm；
迈步不应大于30mm；
根开不应超过±30mm。
从施工规范 要求可以看出，线路施工测量对横线路方向的偏移量要求比较高，因此施工测量时应格外注 意横线路偏移情况，尽量减少横线路偏移误差。
5.3 测量方式
现场定位测量采用实时连续动态载波差分测量的方式，现场配备基准站和流动站。基准站的 作用是获得所有其它未知点的位置。基准站由接收机、电池、电台、标准电台天线构成；
流 动站的作用是相对于固定的基准站接收机进行差分改正。流动站由接收机、流动站电台、GP S天线、电台天线、测量控制器及托架、流动杆、电池、电缆及必要的携带工具构成。
用GPS进行的线路测量工作有内业和外业两种，内业主要包括GPS测量的方法策划、测后数据 处理以及技术总结等，外业包括选点、建立观测标志、野外观测作业等。内业一般在计算机 上进行，外业主要在施工现场进行。计算机与GPS接收机通过数据的相互传输把内业和外业 紧密联系在一起。
5.4 施工测量具体操作
现场定位测量数据采集分两种情况：
5.4.1 设计部门提供相关测量数据
主要包括方向桩、杆位桩的大地坐标和高程。
在这种情况下，首先按流程图要求，利用GPS软件在计算机（或测量控制器）上新建一个项 目，按顺序将所给点位坐标依次输入计算机数据库，然后确定所给坐标与WGS-84（世界大地 坐标系.1984）的关系，如坐标系不同则作“点校正”统一坐标系统。“点校正”功能能实 现地方控制点与WGS-84的特殊转换，并将这些定义保存在坐标系统的数据库里。
然后选取设立基准站的位置。基准站宜设在位于测量段中心位置的方向桩上，测量段不要超 出15公里的作业范围。
在野外实测定位时，应以方向桩作为基准点来参考、修正杆塔中心桩位。在已选的方向桩上 设置好基准站，然后启动流动站，进入实时连续动态载波差分测量的模式。当模式固定好以 后即可进行测量和放样操作，且实时得到流动站的网络坐标。为减少误差，应在放样前做一 个“点校正”，或先到几个已知方向桩上检验一下精度。因为已知桩位也可能存在误差，根 据点校正的结果找出误差较大的桩位。定位操作步骤为：
①测量初始化→②键入数据定义一个杆塔中心桩点位→③导航到点→④定位并标记此点→⑤ 测量作为定位点坐标→⑥重复3～5项直至所有点放样完毕→⑦结束测量。
测量初始化功能能使基线处理器逆算两点获得初始化向量。从而为动态测量获得最佳效果。
定位过程中应注意随时将定位参数与断面图校对，避免出现问题。如有超差现象，应立即进 行复测，直到符合测量误差要求为止。
5.4.2 设计部门不提供测量数据
在此情况下，应按GPS测量范围的要求将所测线路进行分段，然后在第一段的第1个耐张段内 寻找4个方向桩或杆位桩依次作为参考点（最好选两侧转角塔位及中间两点），然后将基准 站放到靠近中间的方向桩上，用单点定位的办法测出这个点的坐标，然后用流动站连测另外 三个点，在测量控制器上确定直线，然后按断面图上跟基准站的距离关系逐个将方向桩、杆 位桩的坐标输入测量控制器中，即可开始本段的放样定位工作。相邻耐张段如相交的转角桩 没丢失，可按与第1段直线的转角度数关系确定第2条直线，由于转角度数存在误差因此新建 直线只是与第二条直线近似，但利用此直线可方便地找到第2段的方向桩及杆位桩，找到4个 桩位以后再按第1耐张段的方法定位。如转角桩丢失，可在第一段定位时将桩位先补上，在 假定正确的情况下测量第二段，最后复核此转角桩，超出误差时要将两直线进行交角。如碰 到孤立档，可在选定的直线上按档距定转角塔位即可，最后应复核转角度数是否在允许误差 范围以内。控制测量器按分段完成测量以后，也要进行数据检查，有误差应及时复测。
以上可以看出，要想快速、准确地完成定位任务，应尽量要求设计部门提供测量数据。
6 使用GPS的优点
①用GPS定位省时省力，现场定位过程中有的杆位2分钟即可定完。在转角桩丢失甚至在靠 近变电所的终端塔杆位桩丢失的情况下，补桩同定直线塔位一样简单，不用再交角。②GPS的导航功能使测量员通过测量控制器上的指针很方便地找到杆塔位，不再像过去那 样盲目寻找。图形放样功能有坐标增量显示，非常简洁直观的就把需要放样的点位确定下来 。③GPS无论雨天还是雾天、甚至晚上都能进行定位测量，使测量工作不再受外界条件的局 限。④GPS有很强的内业处理功能。可以很方便地对野外测量数据进行分析整理，能检测测量 的质量，能够及时发现存在的问题，这对传统测量方法来说是绝对办不到的。⑤GPS还可以帮助我们快速地进行土石方测量，给施工带来了方便。⑥GPS可以带来较好的经济效益。由于在测量中流动站不要求与基准站通视，一些高杆植 物再也不需要削割，大大减少了砍伐通道的费用。另外大型建筑物再也不会成为施工测量的 障碍，可以及时地复测分坑，保证了施工的顺利进行，因而可以提高经济效益。
7 结论
在当今极具竞争性的市场领域，提高生产率是制胜的关键。通过应用GPS,我们在现场测量中 避免了常规测量的诸多不便，极大地提高了测量效率。通过GPS的初步应用，我们深刻感受 到科学技术是第一生产力的涵义。我们相信：经过不断的更新换代，GPS全球定位系统必将 会给我们现场测量工作带来极大便利，成为我们施工测量中不可或缺的得力助手，同时也有 助于我们不断提高施工测量水平和综合效益。
