GPS技术在风力发电场控制测量中的应用分析

摘要：在风力发电场中，控制测量是一项较为重要的工作，测量结果能够为电力部门提供调度计划的调整依据。为此，必须确保测量数据的准确性。由于传统的测量方法都或多或少地存在一定的缺陷。为此，本文提出一种全新的控制测量方法，即GPS控制测量。基于此点，本文就GPS技术在风力发电场控制测量中的应用进行浅谈。

关键词：GPS技术 风力发电场 控制测量

一、GPS控制网的布网方法

（一）选点

在选定GPS点位时，应当确保GPS接收机能够顺利接收到不受干扰的卫星信号，具体而言应满足如下要求：

1.点位周围应当便于接收设备的安装与操作，视野应当尽可能开阔，视场内障碍物的高度角应小于15°。

2.点位应当选择在地基基础较为稳定的位置上，同时应便于保存且有利于其他测量手段联测及扩展。

3.要尽量避开大面积积水区域，这样有助于降低多路径误差对测量精度的影响。

4.必须远离大功率的无线电发射源，如微波站等，以免磁场对GPS卫星信号造成干扰。

（二）埋石

当GPS点位确定之后，应按照《GPS规范》中的有关规定埋设标石，并做好标记。

（三）布设特点

GPS控制网不但对点位的图形结构没有太多限制，而且对点位间通视条件的要求也并不严格，点位并不需要选择在制高点，这给GPS网的布设提供了极大方便。GPS控制网的特点可归纳为以下几个方面：

1.由于接收机采集的都是来自于卫星或是星历的数据，所以要求向上通视良好，而对点位间的通视要求不高。

2.因GPS控制网中各点的位置均为直接测定，而不是以图形进行逐点推算，故此点位结构以及图形形状等条件对点的位置精度影响较小。

3.由于控制点的位置都是相互独立的，所以不存在误差积累的情况。

二、GPS技术在风力发电场控制测量中的具体应用

（一）GPS控制测量简介

GPS控制测量按照工作性质大体上可分为外业和内业两部分，其中外业主要包括以下工作：选择测点、建立测站标志、观测作业、测量成果检核等；而内业工作包括：技术设计、测量后数据处理以及技术总结等。根据GPS测量实施的工作程序，具体作业过程又分为以下几个阶段：GPS控制网优化设计、选点、外业观测、成果检核、数据分析处理、编制测量报告。GPS测量属于一项较为复杂的技术，它不仅对作业的要求比较严格，并且对于设备的要求也非常严格，一旦GPS接收机出现问题，会直接影响测量质量。

（二）GPS控制测量在风电场中的应用

1.布网及测量设计。采用GPS对风电场进行控制测量时，GPS控制网的布设不但需要考虑风力发电场的远期规划，而且还需要考虑近期选址、控制点加密、施工放样、数字化测图以及工程验收等方面的具体要求，同时还要遵循高效率、低成本、测量精度准确的原则进行布设。为了进一步提高GPS控制网的测量精度度，可以采用分级布设的方案，首级控制网可以采用C级GPS控制网，相邻点的间距平均设为5km左右。为了保证控制测量能够顺利进行，可以使用4台GPS接收机，网型以独立同步三角形环或是多边形环构成，采用这种几何图形布网的优点在于能够有效地探测到粗差，进而确保网的可靠性，并且经过平差后网中相邻点位之间基线向量精度分布比较均匀。

2.外业观测。这是采用GPS进行控制测量过程中最为重要的环节之一，在实际作业过程中应当对以下事项加以注意：其一，应当尽可能避免由对中及量取仪器高所带来的误差；其二，天线上的定向标志线应指向正北方，并且应考虑测量位置处地磁偏角的影响，这有助于减弱相位中心偏差的影响，通常情况下，天线的定向误差应不超过3-5度。同时，若是在风力较大的天气中安装天线，必须采取相应的固定措施，最好将天线从三个方向进行固定，这样能够避免天线倒地损坏；其三，天线的架设不宜过低，至少需要距离地面1m以上，并且应在外业观测的过程中，实时关注接收指示灯，检查数据记录是否正常，如果发生意外应及时与指挥人员联系，以便对施测方案进行适当调整。

3.数据分析处理。在进行外业观测的同时，应分阶段开展数据分析处理工作。GPS控制网的数据处理主要包括以下几个阶段：数据准备、基线处理、无约束平差质量检验、约束平差以及成果输出。在上述几个阶段当中，基线处理和无约束平差能够有效地检验出外业数据质量，所以下面重点对这两部分进行研究。通常情况下，基线解算及无约束平差都是在外业观测期间进行，这样有助于对观测质量和GPS布网方案进行评估。其中基线解算是由多台GPS接收机在野外同步观测所采集到的数据被用来确定接收机的基线向量与方差。解算的类型主要有两种，一种是单基线解，另一种是多基线解，虽然前者的模型较为简单，计算量也相对较少，但该模式也存在一些缺陷，使其无法准确判断粗差，因而只能作为参考。由于无约束平差的质量主要与GPS基线向量有关，在平差过程中，观测值的大小都是本身质量的真实反映，也可作为判断粗差观测值和相应处理数据的依据。为此，可通过闭合环的闭合差来对数据的质量进行判断。利用环闭合差报告能够准确判断出哪一条基线质量超限，对于风电场区控制测量而言，环闭合差的方程式如下：

4.约束平差及高程拟合。具体可采用不同起算点平差结果分析法，将起算点分组进行平差处理后的坐标值与已知坐标进行比对，判断兼容情况。GPS测量能够获得精度较高的大地高程，但实际应用中采用的高程为海拔高程，这就使得两者间存在一定差异，所以必须通过拟合的方式来获取准确的高程值。在拟合过程中，应尽量选择平均分布在风力发电场内部经过水准验证的高程点，这是非常重要的环节。

参考文献：

[1]高春林，孙浩玉.国外电厂工程GPS控制测量若干问题讨论――以蒙古锡伯敖包电厂控制测量为例[J].电力勘测设计，2008（2）.

[2]苗尚朝，吴鹏举.常规控制测量与GPS控制测量点位精度比较[J].山西建筑，2008（35）.

[3]陈东方，孙新伟.浅议GPS静态高程是否适用于电厂控制测量[J].科技信息，2011（25）.

[4]邓文彬，胡新玲.电厂GPS控制测量中投影变形的处理[J].地矿测绘，2008（4）.