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【摘 要】送电线路桩位复测过程中经常遇到前后桩位不通视的情况，采用全站仪进行一到两次乃至多次绕桩复测不仅费时，而且补桩精度较差，在遇到大片障碍物时甚至行不通。利用GPS进行线路复测则克服了这些困难，工效大大改善，是一种方便快捷的复测方式。在对多条GPS送电线路复测实践的基础上，本文整理、归纳了徕卡GPS1200量测系统线路复测程序和方法。
【关键词】徕卡GPS1200 ； 桩位 ；线路复测方法 ；转换坐标系GPS
Line repetition measurement method based on GPS
Ma Long
(JiangsuPower Transmission & Transformation Corporation Nanjing Jiangsu 210028)
【Abstract】Adjacent pile positions are often reciprocal-covered by some obstacles in line repetition measurement activity. Total station measurement is not only time-consuming but alsocharacteristic of lower adding-piles accuracy. Moreover,Line repetition measurement based on total station instrument is inoperable when lots of obstacles are encountered. GPS measurement is a kind of convenient and rapid line repetition measurement method .The method is capable of overcoming the difficulties mentioned and improving work efficiency. Based on the GPS line repetition measurement practices of multiple transmission lines, line repetition measurement procedures and methods based on Leica GPS are generalized in detail.
【Key words】Leica GPS1200 ;Pile position ;Line repetition measurement method ;Transformation coordinate GPS
1. 引言
近年来，出于规划的需要，设计定位人员在线路通道定位时通常将塔位中心桩和线路方向桩定位在偏远山区树林内、高速公路路边绿化带以及大片的经济作物林中以减少线路对于居民区和耕地的影响，而这使得线路的前后定位桩大都不通视，测量人员通常采用全站仪进行绕桩复测。然而，采用此法不仅费时，且测量误差高、补桩精度低，在遇到大片的繁茂树林时甚至行不通。
GPS（全球定位系统）自上世纪90年代全面建成以来，凭借其全天候作业、定位精度高、观测时间短、测站间无须通视、可提供三维坐标、自动化、高效益等优点［1］很快赢得我国各领域广大测量工作者的信赖，并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、工程变形监测等多种学科。在送电线路前后桩位不通视时，采用GPS进行线路复测不仅方便快捷、作业效率高，而且复测作业的数据成果直观明了，并可通过计算机集中处理，真正实现了信息化作业。本文将结合徕卡GPS1200量测系统的应用特点和功能，对线路复测过程中GPS的使用方法进行详细的阐述。
2. 徕卡GPS1200量测系统
徕卡1200系列GPS作为目前最新的GPS接收机之一，凭借其采用的SmartTrack技术、SmartCheck技术和无线数据通讯技术，保证了其更好的卫星跟踪能力、更高的长基线观测解算基线精度、更快更准更远的相位差分定位作业（RTK）［2，3］、更快的RTK数据采集和更新率、更多的RTK放样定向方式、更便捷的数据通讯、输出、存储、处理方式 、更加优越的用户可编程功能［4］。徕卡GPS1200作为一个产品系列，分为：GX1210-单频GPS；GX1220-双频GPS；GX1230双频RTKGPS。本文介绍GX1230。
GX1230双频RTKGPS量测系统包括：
2.1 AX1202双频天线，接受天空中的卫星信号，并通过天线电缆将卫星信息数据传输给接受机。
2.2 双频RTK接收机。能够捕获到按一定卫星高度截至角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置。
2.3 RX1210T接收机手薄，可以进行数据的输入，对仪器进行操作，显示仪器的工作状态和查看仪器的各种信息。
2.4 配套数据链。参考站数据链电缆连接参考站接收机和电台，流动站数据链电缆连接流动站接收机和电台，参考站鞭状天线连接器与鞭状天线用于电台发射信号，即将参考站的数据通过电缆输出到电台，再用鞭状天线发射出去。流动站鞭状天线连接器与鞭状天线用于流动站电台接收参考站电台发射的数据，并将数据输入到流动站内进行实时解算。GX1230双频RTKGPS量测系统的主要组成部分如图1所示。
3. GPS送电线路复测方法
3.1复测段落的划分和转换坐标系的确定。
通常，在无障碍物的平坦大地上，徕卡1200系列GPS电台高频频率的覆盖范围7Km～10Km。然而，送电线路通道并非理想的平坦地带，大多数崎岖不平，有的处于高山峻岭，有的处于丘陵洼地，有的处于城市高楼大厦之间……，因此，实际工程中徕卡1200系列GPS参考站电台高频频率的覆盖范围也就有4Km～5Km左右，这就要求在线路复测过程中合理的划分复测段落和参考基站的位置，尽量减少架设基站的次数，提高工作效率。复测时根据线路路径图和线路长度将整条线路合理地划分为若干个复测段落，并在每个复测段落内合理地选择参考基站架设的位置。
图1 GX1230双频RTKGPS量测系统
图2 建立转换坐标系的控制点位
GPS卫星定位使用的是空间数据，为了满足定位需求，国际上通常采用1984年得出的最适用于全球的以地心为原点的全球三维坐标系统-WGS84，这一系统是GPS定位的基准，GPS搜索测量所得出的最原始的坐标都是WGS84坐标［2］。线路复测过程中，通过匹配计算各控制点的WGS84坐标（全球坐标系统）和北京54坐标（地方坐标系），建立两种坐标的转换坐标系（转换参数），并利用此转换坐标系和GPS搜索到的各测量点WGS84坐标，基于各测量点在WGS84坐标中的相对位置关系来推算出实际作业中各测量点的地方坐标关系，求解出各点对应的北京54坐标。送电线路复测时，建立转换坐标系的控制点可以是复测项目2月图时已找到的线路桩位点，也可是测绘部门提供的标准控制点（WGS84坐标无约束平差且已知这些点的北京54坐标），控制点数通常为2个（复测一条线）或3个（复测整个区域中的各点）。如图2所示，建立转换坐标系的控制点可以是线路桩位J1、J2、J3、J4、J5中任意3点，也可以是线路附近且覆盖整个测量区域的A、B、C三个标准控制点。
通常，复测人员事先可以根据设计人员提供的桩位成果表和转角塔位转角度数采用EXCEL电子表格计算出平断面图中各桩位点的假定54坐标（并非实际的北京54坐标，但各点的相对位置关系和各点在实际北京54坐标系中的位置关系是等同的），根据各点假定54坐标或者直接根据设计定位人员提供的平断面图中各桩位的实际北京54坐标，利用已建立的转换坐标系，复测已有桩位点，并放样塔位中心桩和线路方向桩。
3.2 复测程序和方法。
线路复测过程中，通常是从线路的小号侧向大号侧作业或者反方向作业，在没有标准控制点建立转换坐标系的情况下，徕卡GPS1200量测系统复测的程序和方法包括。
3.2.1 根据前述复测段落的划分原则将整条线路划分为若干个复测段落，并在第一复测段落的中间位置附近选择一点CK-01作为参考基站架设点，并调试基站使之电台信号发射通畅，作业界面如图3所示。
3.2.2 根据已有转角桩位采用一点转换坐标系搜索下一转角桩位。如图3所示，复测前，复测人员在线路起始区域找到线路的第一转角桩位J1，采用GPS搜索J1的WGS84坐标，再根据已有的该点北京54坐标（勘查定位人员提供或事先假定54坐标），采用一点匹配法建立转换坐标系ZBX-1，据此坐标系和第一耐张段转角桩J2北京54坐标，采用GPS搜寻到J2点，并搜索J2点WGS84坐标。
3.2.3 根据转角桩位J1、J2的北京54坐标和WGS84坐标，定义放样线J1-J2，并采用二点匹配法建立转换坐标系ZBX-2，据此坐标系和J1－J2耐张段内各桩位54坐标、桩位复测成果，复测各桩位点的横线路偏差、桩间距离、累距及转角度数，同时放样塔位中心桩和线路方向桩。
3.2.4 J1-J2耐张段复测完毕后，根据转换坐标系ZBX-2和下一耐张段内任一直线桩位Zi或者转角桩位J3的北京54坐标（在耐张段不是很长的情况下，最好选取转角桩位J3）搜寻到Zi或者J3，并采用三点匹配法建立J1、J2、Zi（J3）三点的转换坐标系ZBX-3，作业界面如图3所示。
3.2.5根据转换坐标系ZBX-3完成J3-J4、J4-J5耐张段内各桩位点的横线路偏差、桩间距离、累距及J3、J4、J5转角度数的复测，作业界面如图3所示。
3.2.6在完成J1-J5这一段落的复测后，需重新选择参考基站来完成第二复测段落的复测，作业人员首先在第二复测段落的中间位置附近选择新的一点CK-02作为参考基站架设点，然后在参考基站CK-01继续工作的状态下来完成CK-02点WGS84坐标的搜索和保存，这样在架设第二复测段落参考基站时，只需将搜索保存的CK-2点WGS84坐标输入到基站主机内并新建CK-02点即可完成新参考基站的设定，这样做就不用重新定义新的坐标系，仍然沿用第一段落复测时采用的转换坐标系ZBX-3进行第二段落内各耐张段的复测工作，采用这种方法避免了前述步骤的重复，简化了整条线路的复测程序，大大提高复测作业的效率。
图3GX1230双频RTKGPS量测系统复测作业界面
图4徕卡GEO OFFICE软件处理复测数据成果
3.2.7通过徕卡GEO OFFICE软件进行集中处理的复测作业的数据成果，如图4所示。
3.3 复测注意事项。
徕卡GPS1200量测系统线路复测时应注意如下几点。
3.3.1采用三点匹配法定义转换坐标系时，各点匹配计算的精度控制在10mm之内，这样定义的转换坐标系将大大提高线路复测放样时准确性。
3.3.2转角角度的复核。在复测时采用的各点坐标均为平面直角坐标北京54坐标，这样只需各点的复测横线路和顺线路的偏差保持在2mm内即可保证转角角度的准确性。作业人员也可通过流动站主机程序反算任一转角桩位的转角度数。
3.3.3在设定配置集时注意保持参考基站电台通道和流动站电台通道的一致性。
3.3.4采集已有桩位坐标和放样塔位中心桩及方向桩时，应确保电台信号发射的通畅，同时保证几何精度因子（3DGP）处于较小值（通常维持在0.015m内）。
3.3.5 提高GPS线路复测准确性的具体措施包括。
3.3.5.1 采用规划部门提供的线路复测段落内的任意3个标准点（具备WGS84和北京54坐标），建立匹配三点的坐标系，匹配的精度越高，复测时的准确性越高。
3.3.5.2 直接采用勘查定位人员提供的各桩位点北京54坐标。
3.3.5.3 基站最好选择在高而开阔的位置，保证电台信号发射的通畅。
3.3.5.4 建立转换坐标系的三个控制点尽量能够覆盖整个复测段落。
3.3.5.5 将基站电台的发射频率调至高频。
3.3.5.6 采用不同的转换坐标系复测同一点，尤其是相邻复测段落的衔接点。
4. 结语
笔者采用上述方法对500kV马鞍山～锡西南送电线路的定位桩进行了全线GPS复测，复测线路全长约50Km，塔位128基，其中51基塔位位于桃树林和高速公路绿化带中，前后定位桩位不通视。复测时将整条线路分成5个复测段落，参考基站均架设在复测段落的中间位置附近，复测半径均控制在5Km以内。5个段落的GPS复测表明：全线312个定位桩的横线路偏差复测值均在2cm以内，前后桩间距离、线路各档档距的复测值均在3cm以内，复测用时仅仅8天，作业功效相对于传统全站仪复测方式大大提高。在前后桩位不通视时，采用GPS进行线路复测作业时间明显缩短，作业采集的各参数数据成果直观明了，无需人工计算复核，且可通过计算机集中处理，工效将大大提高。
参考文献
［1］ 《GPS测量原理及应用》徐绍铨，武汉测绘科技大学出版社，武汉，1998；
［2］ 《差分GPS定位技术与应用》王广运，北京电子工业出版社，北京，1996
［3］ 《送电线路测量》唐云岩，中国电力出版社，北京，2005；
［4］ 《GPS1200中文操作手册》上海欧亚测量系统设备有限公司，上海，2005；
［5］ 《GPS1200用户简易参考手册》 上海欧亚测量系统设备有限公司，上海，2005；
［文章编号］1619-2737（2010）11-15-236
【关键词】徕卡GPS1200 ； 桩位 ；线路复测方法 ；转换坐标系GPS
Line repetition measurement method based on GPS
Ma Long
(JiangsuPower Transmission & Transformation Corporation Nanjing Jiangsu 210028)
【Abstract】Adjacent pile positions are often reciprocal-covered by some obstacles in line repetition measurement activity. Total station measurement is not only time-consuming but alsocharacteristic of lower adding-piles accuracy. Moreover,Line repetition measurement based on total station instrument is inoperable when lots of obstacles are encountered. GPS measurement is a kind of convenient and rapid line repetition measurement method .The method is capable of overcoming the difficulties mentioned and improving work efficiency. Based on the GPS line repetition measurement practices of multiple transmission lines, line repetition measurement procedures and methods based on Leica GPS are generalized in detail.
【Key words】Leica GPS1200 ;Pile position ;Line repetition measurement method ;Transformation coordinate GPS
1. 引言
近年来，出于规划的需要，设计定位人员在线路通道定位时通常将塔位中心桩和线路方向桩定位在偏远山区树林内、高速公路路边绿化带以及大片的经济作物林中以减少线路对于居民区和耕地的影响，而这使得线路的前后定位桩大都不通视，测量人员通常采用全站仪进行绕桩复测。然而，采用此法不仅费时，且测量误差高、补桩精度低，在遇到大片的繁茂树林时甚至行不通。
GPS（全球定位系统）自上世纪90年代全面建成以来，凭借其全天候作业、定位精度高、观测时间短、测站间无须通视、可提供三维坐标、自动化、高效益等优点［1］很快赢得我国各领域广大测量工作者的信赖，并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、工程变形监测等多种学科。在送电线路前后桩位不通视时，采用GPS进行线路复测不仅方便快捷、作业效率高，而且复测作业的数据成果直观明了，并可通过计算机集中处理，真正实现了信息化作业。本文将结合徕卡GPS1200量测系统的应用特点和功能，对线路复测过程中GPS的使用方法进行详细的阐述。
2. 徕卡GPS1200量测系统
徕卡1200系列GPS作为目前最新的GPS接收机之一，凭借其采用的SmartTrack技术、SmartCheck技术和无线数据通讯技术，保证了其更好的卫星跟踪能力、更高的长基线观测解算基线精度、更快更准更远的相位差分定位作业（RTK）［2，3］、更快的RTK数据采集和更新率、更多的RTK放样定向方式、更便捷的数据通讯、输出、存储、处理方式 、更加优越的用户可编程功能［4］。徕卡GPS1200作为一个产品系列，分为：GX1210-单频GPS；GX1220-双频GPS；GX1230双频RTKGPS。本文介绍GX1230。
GX1230双频RTKGPS量测系统包括：
2.1 AX1202双频天线，接受天空中的卫星信号，并通过天线电缆将卫星信息数据传输给接受机。
2.2 双频RTK接收机。能够捕获到按一定卫星高度截至角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置。
2.3 RX1210T接收机手薄，可以进行数据的输入，对仪器进行操作，显示仪器的工作状态和查看仪器的各种信息。
2.4 配套数据链。参考站数据链电缆连接参考站接收机和电台，流动站数据链电缆连接流动站接收机和电台，参考站鞭状天线连接器与鞭状天线用于电台发射信号，即将参考站的数据通过电缆输出到电台，再用鞭状天线发射出去。流动站鞭状天线连接器与鞭状天线用于流动站电台接收参考站电台发射的数据，并将数据输入到流动站内进行实时解算。GX1230双频RTKGPS量测系统的主要组成部分如图1所示。
3. GPS送电线路复测方法
3.1复测段落的划分和转换坐标系的确定。
通常，在无障碍物的平坦大地上，徕卡1200系列GPS电台高频频率的覆盖范围7Km～10Km。然而，送电线路通道并非理想的平坦地带，大多数崎岖不平，有的处于高山峻岭，有的处于丘陵洼地，有的处于城市高楼大厦之间……，因此，实际工程中徕卡1200系列GPS参考站电台高频频率的覆盖范围也就有4Km～5Km左右，这就要求在线路复测过程中合理的划分复测段落和参考基站的位置，尽量减少架设基站的次数，提高工作效率。复测时根据线路路径图和线路长度将整条线路合理地划分为若干个复测段落，并在每个复测段落内合理地选择参考基站架设的位置。
图1 GX1230双频RTKGPS量测系统
图2 建立转换坐标系的控制点位
GPS卫星定位使用的是空间数据，为了满足定位需求，国际上通常采用1984年得出的最适用于全球的以地心为原点的全球三维坐标系统-WGS84，这一系统是GPS定位的基准，GPS搜索测量所得出的最原始的坐标都是WGS84坐标［2］。线路复测过程中，通过匹配计算各控制点的WGS84坐标（全球坐标系统）和北京54坐标（地方坐标系），建立两种坐标的转换坐标系（转换参数），并利用此转换坐标系和GPS搜索到的各测量点WGS84坐标，基于各测量点在WGS84坐标中的相对位置关系来推算出实际作业中各测量点的地方坐标关系，求解出各点对应的北京54坐标。送电线路复测时，建立转换坐标系的控制点可以是复测项目2月图时已找到的线路桩位点，也可是测绘部门提供的标准控制点（WGS84坐标无约束平差且已知这些点的北京54坐标），控制点数通常为2个（复测一条线）或3个（复测整个区域中的各点）。如图2所示，建立转换坐标系的控制点可以是线路桩位J1、J2、J3、J4、J5中任意3点，也可以是线路附近且覆盖整个测量区域的A、B、C三个标准控制点。
通常，复测人员事先可以根据设计人员提供的桩位成果表和转角塔位转角度数采用EXCEL电子表格计算出平断面图中各桩位点的假定54坐标（并非实际的北京54坐标，但各点的相对位置关系和各点在实际北京54坐标系中的位置关系是等同的），根据各点假定54坐标或者直接根据设计定位人员提供的平断面图中各桩位的实际北京54坐标，利用已建立的转换坐标系，复测已有桩位点，并放样塔位中心桩和线路方向桩。
3.2 复测程序和方法。
线路复测过程中，通常是从线路的小号侧向大号侧作业或者反方向作业，在没有标准控制点建立转换坐标系的情况下，徕卡GPS1200量测系统复测的程序和方法包括。
3.2.1 根据前述复测段落的划分原则将整条线路划分为若干个复测段落，并在第一复测段落的中间位置附近选择一点CK-01作为参考基站架设点，并调试基站使之电台信号发射通畅，作业界面如图3所示。
3.2.2 根据已有转角桩位采用一点转换坐标系搜索下一转角桩位。如图3所示，复测前，复测人员在线路起始区域找到线路的第一转角桩位J1，采用GPS搜索J1的WGS84坐标，再根据已有的该点北京54坐标（勘查定位人员提供或事先假定54坐标），采用一点匹配法建立转换坐标系ZBX-1，据此坐标系和第一耐张段转角桩J2北京54坐标，采用GPS搜寻到J2点，并搜索J2点WGS84坐标。
3.2.3 根据转角桩位J1、J2的北京54坐标和WGS84坐标，定义放样线J1-J2，并采用二点匹配法建立转换坐标系ZBX-2，据此坐标系和J1－J2耐张段内各桩位54坐标、桩位复测成果，复测各桩位点的横线路偏差、桩间距离、累距及转角度数，同时放样塔位中心桩和线路方向桩。
3.2.4 J1-J2耐张段复测完毕后，根据转换坐标系ZBX-2和下一耐张段内任一直线桩位Zi或者转角桩位J3的北京54坐标（在耐张段不是很长的情况下，最好选取转角桩位J3）搜寻到Zi或者J3，并采用三点匹配法建立J1、J2、Zi（J3）三点的转换坐标系ZBX-3，作业界面如图3所示。
3.2.5根据转换坐标系ZBX-3完成J3-J4、J4-J5耐张段内各桩位点的横线路偏差、桩间距离、累距及J3、J4、J5转角度数的复测，作业界面如图3所示。
3.2.6在完成J1-J5这一段落的复测后，需重新选择参考基站来完成第二复测段落的复测，作业人员首先在第二复测段落的中间位置附近选择新的一点CK-02作为参考基站架设点，然后在参考基站CK-01继续工作的状态下来完成CK-02点WGS84坐标的搜索和保存，这样在架设第二复测段落参考基站时，只需将搜索保存的CK-2点WGS84坐标输入到基站主机内并新建CK-02点即可完成新参考基站的设定，这样做就不用重新定义新的坐标系，仍然沿用第一段落复测时采用的转换坐标系ZBX-3进行第二段落内各耐张段的复测工作，采用这种方法避免了前述步骤的重复，简化了整条线路的复测程序，大大提高复测作业的效率。
图3GX1230双频RTKGPS量测系统复测作业界面
图4徕卡GEO OFFICE软件处理复测数据成果
3.2.7通过徕卡GEO OFFICE软件进行集中处理的复测作业的数据成果，如图4所示。
3.3 复测注意事项。
徕卡GPS1200量测系统线路复测时应注意如下几点。
3.3.1采用三点匹配法定义转换坐标系时，各点匹配计算的精度控制在10mm之内，这样定义的转换坐标系将大大提高线路复测放样时准确性。
3.3.2转角角度的复核。在复测时采用的各点坐标均为平面直角坐标北京54坐标，这样只需各点的复测横线路和顺线路的偏差保持在2mm内即可保证转角角度的准确性。作业人员也可通过流动站主机程序反算任一转角桩位的转角度数。
3.3.3在设定配置集时注意保持参考基站电台通道和流动站电台通道的一致性。
3.3.4采集已有桩位坐标和放样塔位中心桩及方向桩时，应确保电台信号发射的通畅，同时保证几何精度因子（3DGP）处于较小值（通常维持在0.015m内）。
3.3.5 提高GPS线路复测准确性的具体措施包括。
3.3.5.1 采用规划部门提供的线路复测段落内的任意3个标准点（具备WGS84和北京54坐标），建立匹配三点的坐标系，匹配的精度越高，复测时的准确性越高。
3.3.5.2 直接采用勘查定位人员提供的各桩位点北京54坐标。
3.3.5.3 基站最好选择在高而开阔的位置，保证电台信号发射的通畅。
3.3.5.4 建立转换坐标系的三个控制点尽量能够覆盖整个复测段落。
3.3.5.5 将基站电台的发射频率调至高频。
3.3.5.6 采用不同的转换坐标系复测同一点，尤其是相邻复测段落的衔接点。
4. 结语
笔者采用上述方法对500kV马鞍山～锡西南送电线路的定位桩进行了全线GPS复测，复测线路全长约50Km，塔位128基，其中51基塔位位于桃树林和高速公路绿化带中，前后定位桩位不通视。复测时将整条线路分成5个复测段落，参考基站均架设在复测段落的中间位置附近，复测半径均控制在5Km以内。5个段落的GPS复测表明：全线312个定位桩的横线路偏差复测值均在2cm以内，前后桩间距离、线路各档档距的复测值均在3cm以内，复测用时仅仅8天，作业功效相对于传统全站仪复测方式大大提高。在前后桩位不通视时，采用GPS进行线路复测作业时间明显缩短，作业采集的各参数数据成果直观明了，无需人工计算复核，且可通过计算机集中处理，工效将大大提高。
参考文献
［1］ 《GPS测量原理及应用》徐绍铨，武汉测绘科技大学出版社，武汉，1998；
［2］ 《差分GPS定位技术与应用》王广运，北京电子工业出版社，北京，1996
［3］ 《送电线路测量》唐云岩，中国电力出版社，北京，2005；
［4］ 《GPS1200中文操作手册》上海欧亚测量系统设备有限公司，上海，2005；
［5］ 《GPS1200用户简易参考手册》 上海欧亚测量系统设备有限公司，上海，2005；
［文章编号］1619-2737（2010）11-15-236