GPS技術(shù)在長距離輸氣管道測量中的應(yīng)用

河南省濮陽市中原石油勘探局勘察設(shè)計研究院測繪大隊 周義高 胡玉芹 黃建安

GPS技術(shù)在長距離輸氣管道測量中的應(yīng)用

河南省濮陽市中原石油勘探局勘察設(shè)計研究院測繪大隊 周義高 胡玉芹 黃建安

一、GPS技術(shù)使用概況

隨著技術(shù)的發(fā)展，GPS的作業(yè)模式已從靜態(tài)測量、快速靜態(tài)測量、后處理高精度動態(tài)測量，發(fā)展到動態(tài)初始化（OTF）厘米級實時RTK測量作業(yè)。GPS可以高精度并快速地測定各級控制點的坐標，應(yīng)用RTK技術(shù)，甚至可以不布設(shè)各級控制點，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準控制點，便可以高精度并快速地測定地形點、地物點的坐標，利用測圖軟件可以在野外測繪成地形圖，然后通過計算機和繪圖儀打印輸出各種比例尺的圖件。

采用RTK技術(shù)進行測圖，僅需一人背著儀器在要測的碎部點上呆上幾秒鐘并同時輸入特征編碼，通過電子手簿或便攜微機記錄，在點位精度合乎要求的情況下，把一個區(qū)域內(nèi)的地形地物點位測定后，在室內(nèi)或野外，均可由專業(yè)測圖軟件輸出所要求的地形圖。用RTK技術(shù)測定點位不要求點間通視，1或2人便可完成測圖工作，大大提高了測圖的工作效率。

二、GPS技術(shù)在川氣東送管道工程測量中的應(yīng)用

1. 項目概述。川氣東送管道工程西起川東北普光首站，東至上海末站，自西向東途經(jīng)四川、重慶、湖北、安徽、江蘇、浙江、上海五省二市，全長1 702km，天然氣主供江浙滬目標市場，兼顧沿線主要城市居民用氣，并適當考慮四川、重慶、河南和山東的需求。

2. 儀器、設(shè)備與工具的使用及其檢驗情況。本測區(qū)控制網(wǎng)的觀測使用經(jīng)檢驗合格的三臺套Trimble 4700和四臺套Trimlbe5700接收機，其標稱精度為靜態(tài)平面5mm+0.5ppm，高程5mm +1ppm；動態(tài)平面10mm+1ppm， 高程20mm+2ppm ;測圖軟件采用CASS6.0，繪圖儀為HP design jet 3500CP，東芝便攜式筆記本電腦及相關(guān)軟件。

3. GPS控制測量坐標及高程系統(tǒng)。

（1）GPS測量采用WGS-84大地坐標系，該坐標系的橢球基本參數(shù)及主要幾何和物理常數(shù)：a=6 378 137，f=1/298.257 223 563。GPS數(shù)據(jù)記錄時間為世界協(xié)調(diào)時間（UTC），手簿記錄時間為北京時間，時差8h。

管道測量坐標系統(tǒng)：1954年北京坐標系，按6°分帶投影。本測區(qū)投影中央子午線為111°，117°，第19，20帶。其橢球基本參數(shù)及主要幾何和物理常數(shù)：a=6 378 245，f=1/298.3。

高程系統(tǒng)：1985國家高程基準。

（2）已有數(shù)據(jù)及利用。筆者所在單位收集有“仙桃—安慶”管道設(shè)計線路附近國家II、III等三角點和一等水準點成果。該成果為1954年北京坐標系、1985國家高程基準。經(jīng)實地踏勘檢核，證明其埋設(shè)穩(wěn)固，精度可靠。

本項目采用了“杜家窯、小淌子、鴨子嶺、天子山、筆架寨、豐谷寨、徐家鋪、雨山寨、黃家河塌、王居山、豐谷寨、興安嶺”等點作為本區(qū)控制測量的平面起算點；同時，采用“V5、LV23、Ⅱ武九48、Ⅱ武九52、Ⅱ公武96、Ⅲ-20-9、Ⅲ-18-25、Ⅲ-18-6-2、Ⅱ江左-139、皖水Ⅲ16-34-3”等國家水準點作為控制測量的高程起算點。

（3）布網(wǎng)情況。按照“線路測量規(guī)定”要求，采用D級GPS網(wǎng)作為本測區(qū)的基本控制。從仙桃至安慶整體布設(shè)D級GPS網(wǎng)，點距6～8km，每隔20～30km左右聯(lián)測了一個國家II、III等三角點。由于測區(qū)高程相差很大，D級GPS網(wǎng)除利用四等水準或四等三角高程進行足夠的大地正常高聯(lián)測外，直接將沿線部分一等水準點（如Ⅲ-18-25等）直接納入GPS控制網(wǎng)，進行GPS觀測。

本區(qū)域D級GPS網(wǎng)由66點組成，其中聯(lián)測國家三角點和水準點。GPS D級網(wǎng)按邊連式連接，以大地四邊形為基本圖形組網(wǎng)觀測，進行了整體平差。

（4）觀測方法。利用7臺Trimble 4700LS及Trimble 5700LS接收機采用靜態(tài)測量方法進行觀測，接收機的標稱精度技術(shù)措施如下。

聯(lián)測已知點有效觀測時間為120min左右，其他D級點的觀測60min（每分鐘4個歷元）；兩圖形（兩時段）間采用邊連接的方式向前推進。

天線高測前測后取中數(shù)（兩次量高互差應(yīng)不大于3mm）。

同步觀測時各站做到了同時跟蹤視野內(nèi)相同的衛(wèi)星，起始、結(jié)束時間一致。

在同步觀測過程中，觀測者將手機、對講機遠離GPS接收天線。

每日觀測結(jié)束后，及時將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，然后進行基線向量的解算，進行了同步環(huán)和異步的檢驗。

（5）數(shù)據(jù)處理和GPS網(wǎng)平差。對所有GPS采集的數(shù)據(jù)，用Trimble GPS接收機隨機預(yù)處理軟件Trimble GPSurvey2.35進行預(yù)處理，對合格的基線向量所構(gòu)建的GPS基線向量網(wǎng)進行平差解算，求出網(wǎng)中各點的坐標成果，同時根據(jù)GPS網(wǎng)中各點的正高或正常高進行高程擬合，求得各GPS點的高程。

基線解算：解算當天時段的所有同步基線，并進行同步環(huán)的檢驗，解算同步基線及重復(fù)基線。

平差后GPS控制網(wǎng)中最弱邊的相對精度為1/60萬，高程中誤差的最大值為0.045m，達到了“GPS測量規(guī)范”中D級GPS控制網(wǎng)的精度，完全能夠滿足此項工程的精度要求。

4. RTK測量。RTK是指載波相位實時動態(tài)差分定位（Real-Time Kinematic），它是GPS發(fā)展的最新形式。靜態(tài)GPS測量采用相位差分可以達到厘米甚至毫米級精度，但缺點是經(jīng)過事后處理才知道結(jié)果，而RTK通過實時處理即能達到厘米級精度。

三、結(jié)論

GPS技術(shù)應(yīng)用于川氣東送管道工程（仙桃—安慶段）測量，使得線路測量的效率、質(zhì)量大大提高，而且節(jié)省了測量人員體力的支配。另外減少了對樹木的砍伐，起到了一定的環(huán)保作用。GPS技術(shù)已成為長距離輸氣管道測量的一個重要組成部分，隨著GPS技術(shù)不斷的提高以及廣大測繪工作者的不斷探索，GPS會逐步深入到更具體的工作中并滿足更多工程的需要。