架空送电线路工程中GPS控制网精度分析
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[摘要]：本文通过大量文献资料调研以及实际工程的测量，探索了在架空送电线工程中GPS控制网的精度进行了相关分析，首先对影响GPS测量精度的因素进行了深度剖析并通过相关实验研究了GPS RTK技术数据采集的基本过程及环境因素对测量结果的影响，得出以下结论：在架空送电线工程中GPS控制网的精度测量中，影响因素主要包括同步卫星图形的连接方式、GPS信号接收机的种类、测量时间的长短、测量区域的地理环境以及测量时间的选择。通过具体的工程试验分析了GPS-RTK技术在测量过程中的数据采集过程，分析了测量误差的主要来源，并提出了几点改进措施，目的是为了进一步提高GPS-RTK技术的测量精度。
[关键词]：GPS RTK 测量 因素 精度
测量工作是架空送线电路工程中的一项重要的前期工作。目前，GPS技术是现代测绘科学技术中的一项重要的技术。大约在上个世纪九十年代，GPS技术开始在电力工程中开始应用，从最开始的单频GPS技术、静态、快速静态，直到最近的GPS RTK技术的出现，所以可以这样说GPS技术的广泛应用使得成千上百公里的架空电线工程得以顺利的实施。架空送电线路的路线设计及优化需要高精度的路径同一坐标系统和控制网络，在所设计的路线中许多山沟的复杂地形的纵坐标定位都需要GPS来控制，所以从某种程度上来说，GPS就是架空电线工程中的大脑，能够准确，高效的解决问题，实现架空电线路径的优化选择[1]。
笔者通过查阅大量的参考文献，发现GPS在测量各种送电线路的工程网时，当同步卫星图形在采用不同的连接方式时，得到的GPS测量的精度也是不一样的。如果已知测量点的数目发生改变时，其测量精度也会发生改变，产生这种现象的主要原因是适当数目的测量点能够更好的约束其测量平差的计算。如果在测量过程中使用的GPS测量接收机的信号不同，所测量的精度结果也是不一样的。当两个电线工程基站的距离较大时（通常一般大于20Km左右），双频接收机测量的精度要远高于单频接收机测量的精度。另外目前测量精度最高的就是RTK GPS测量系统，使用该系统测量的误差相互独立，而且具有误差不累积的特点，也就会说不会随着测量次数的增多，误差不会被放大。在通常情况下，RTK GPS系统的测量精度可以达到（10+2ppm）mm的定位精度，这就是该系统的优势。有研究指出GPS RTK技术能够实时的提供测站点在固定的坐标系中，可以实现三维定位，并且可以达到厘米级的测量精度，GPS RTK技术利用测量设备的内置，可以实现实时动态的测量效果。由于该技术能够快速的提供相关测量参数，直接进行直线放样功能，从而测出两转角之间的直线桩位，提升了测量效率，缩短了测量时间，节省了成本。
2.实际工程案例分析
2.1 GPS数据测量及分析
为了进行探索架空送电线路工程中的GPS控制网精度，笔者决定野外测量两个GPS控制网，分别为GPS控制网M和GPS控制网N。具体的作业时，通常在比例尺为1：50000的地图上标出GPS控制网点M和N，控制网M与N区域内的直线段分别为10个与15个，重复线段分别为3条与5条，本次共部署二位测线5条，其中重复线4条。另外本次野外测量采取GPS-RTK技术，目的是实现动态测量的功能。具体操作方法是将控制网M与N内转交坐标啊呼入，然后利用两个转角定义它们之间的直线，然后再实地测量时放样该直线，从而直接测出各个直线桩之间的里程。然后利用该技术的强大的数据处理软件，把测量数据绘制成平面图，该软件可以自动剔除误差较大的数据测量点，通常一个直线段的测量应该在同一个参考基站内完成。
方位角可有效的检测出直线的线性度。通过相关计算，在测量的五条二位直线中，经过计算后发先如果计算的直线角度超过1′，则可以判定某一条直线桩的测量存在误差。通过相关参考文献的调研，误差的来源主要有以下几个方面：在参考基站内部有很多树木和房屋等障碍物，或者是在测量的过程中受到其它无线电的干扰；流动站距离参考站距离太远，还有可能就是卫星图的状况太差，导致初始化需要很长的一段时间。有研究指出，如果GPS RTK的初始化时间超过六分钟，在测量精度的可信率在95%以下。
2.2 如何减少GPS测量误差
笔者通过总结多年的从事GPS测量的工程经验，认为从以下几个方面可以提高GPS RTK的测量精度与测量效果。
（1）关于RTK GPS放样测量时是有一定的要求的，在操作该技术流动站的工程技术人员应该以下状态下才能够进行放样的直线测量，从而保证直线测量的精准度以及线性度。通常情况下，GPS RTK放样应该在精准状态下进行，角度的运算解为实数解，而不是浮动解；在满足上述条件下，放样中误差的绝对值小于30mm，不过这仅仅是在杆位桩的测量范围内而使用的标准。
（2）当RTK GPS初始化的时间超过6min后，应关闭其接收机重新开始初始化程序。如果第二次结果与第一次所测的结果一致，那么说明所测量的结果是完全正确的，如果不是一致的，则应该进行第三次关机，再次测量[3]。
（3）为了降低测量的误差，测量时间的选择也是很重要的一个影响因素。许多工程时间的研究表明这样一个规律，一般在下午测量时，由于卫星运行的状况是太阳风的影响分，导致在直接有树木或者房屋的地方，GPS RTK所收到的信号会大大减弱，如果测量的地理位置很空旷的话，那么这种现象就可以避免，不过测量复杂的地理环境形貌的特征，那么通常选择在上午进行测量。另外表2的实验数据也说明了这一点。
3.小结
本文通过大量文献资料调研以及实际工程的测量，探索了在架空送电线工程中GPS控制网的精度进行了相关分析，首先对影响GPS测量精度的因素进行了深度剖析并通过相关实验研究了GPS RTK技术数据采集的基本过程及环境因素对测量结果的影响，得出以下结论：
（1）在架空送电线工程中GPS控制网的精度测量中，影响因素主要包括同步卫星图形的连接方式、GPS信号接收机的种类、测量时间的长短、测量区域的地理环境以及测量时间的选择。
（2）通过具体的工程试验分析了GPS-RTK技术在测量过程中的数据采集过程，分析了测量误差的主要来源，并提出了几点改进措施，目的是为了进一步提高GPS-RTK技术的测量精度。
参考文献：
[1] 雷伟刚. 基于编码的GPS RTK架空送电线路平断面测量系统设计[J]. 测绘通报.2010，1：45-48.
[2] 陈磊，杜宝玉，王圻伊，王绍明，蒋力. 工程GPS控制网精度分析[J]. 黑龙江交通科技.2010，3：17-18.
[3] 常增亮. GPS技术在电力工程勘测中的应用[J].硕士学位论文[D].山东：山东科技大学.2006，18.
作者简介：
夏治国（1981—— ），男，汉族，河南新县，学历：大学本科，专业：测绘工程。