GZCORS 在管線竣工驗收測量中的應用

曾 波

（廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院 廣東 廣州 510060）

0 引言

地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，承擔著輸送能量、傳遞信息以及排放污染物等功能。 改革開放以來，我國的城市建設(shè)和發(fā)展步入了一個新的時期。 2010 年，廣州市圓滿成功的舉辦了第16 屆亞運會和首屆亞殘會， 城市面貌發(fā)生了翻天覆地的變化。 如今，廣州正在邁向國際化的大都市，城市建設(shè)高速發(fā)展，配套設(shè)施不斷完善，城市地下管線也不斷更新，形成了規(guī)模龐大、錯綜復雜的地下管網(wǎng)體系，原來的廣州市二、三級平面控制網(wǎng)幾乎全部被破壞，而基礎(chǔ)測繪資料不齊備（比如平面控制點少等），給管線竣工驗收測量帶來了極大的不變。 如何解決管線量大與控制點少二者之間的矛盾，成為了管線竣工驗收測量的關(guān)鍵之一。 為了2010 廣州亞運會的城市建設(shè)的需要，我院承接了廣州亞運城地下綜合管線的竣工驗收測量。 針對亞運城管線范圍廣、數(shù)量多，且無一個等級控制點的情況，我們應用GZCORS 有效的解決了亞運城缺乏等級控制點所帶來的管線探測的問題，高效、圓滿的完成了該項工程，保證了亞運會的順利開展。

1 GZCORS 系統(tǒng)概況

1.1 定義

廣州市連續(xù)運行衛(wèi)星定位城市測量綜合服務(wù)系統(tǒng)（簡稱GZCORS）是衛(wèi)星定位技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)等高新科技多方位、深度結(jié)晶的產(chǎn)物。 它可以全自動、全天候、 實時的提供整個廣州地區(qū)的高精度三維坐標和時間信息，是城市現(xiàn)代化管理和數(shù)字廣州所不可缺少的重要組成部分。 該系統(tǒng)將取代傳統(tǒng)導線測量方式，對全市建設(shè)工程情況進行動態(tài)實時監(jiān)控,可以取代傳統(tǒng)測繪基礎(chǔ)控制網(wǎng)，提高測繪速度；系統(tǒng)還能為城市各行業(yè)提供實時定位導航服務(wù),廣泛應用于公安消防、交通物流、環(huán)境保護、城市規(guī)劃、市政園林、電力通信、林業(yè)農(nóng)業(yè)等與空間信息有關(guān)的領(lǐng)域。

1.2 構(gòu)成及特點

作為一個城市級別的CORS 系統(tǒng)，GZCORS 系統(tǒng)由在廣州市域范圍內(nèi)均勻分布的8 個基準站和1 個監(jiān)控站組成，并通過SHD 光纖專線網(wǎng)絡(luò)高速連接。 系統(tǒng)依托高精度、高分辨率的廣州市似大地水準面，具備全動態(tài)、全覆蓋、三維高精度的測量能力，能夠以全自動、全天候、實時的高精度三維坐標為城市規(guī)劃和建設(shè)提供基礎(chǔ)地理信息服務(wù)，改變了傳統(tǒng)的城市測量和GPS 作業(yè)模式。

1.3 虛擬參考站（VRS）技術(shù)

CORS 參考站建站的基本原理是基于Internet 數(shù)據(jù)通訊鏈來獲取精確定位的網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)。其中比較有代表性的有基于Trimble 的VRS（Virtual Reference Station）虛擬參考站技術(shù)、區(qū)域改正參數(shù)FKP（Flchen-korrektur-parameter）技術(shù)以及基于徠卡的MAC （Master-Auxiliary Concept） 主輔站技術(shù)。GZCORS 采用的即是虛擬參考站技術(shù)。

虛擬參考站是利用地面布設(shè)的多個基準站組成GPS 連續(xù)運行基準站網(wǎng)絡(luò)（CORS），綜合各個基準站觀測信息，建立誤差模型， 在移動站附近虛擬生成一個并不存在的參考基站（VRS）。VRS 的位置是通過移動站接收機的單點定位解來確定的，因此，VRS 與移動站構(gòu)成的基線長度只有幾米到十幾米的距離。 移動站與虛擬參考站進行載波相位差分，從而實現(xiàn)高精度的實時動態(tài)定位。 VRS 技術(shù)的工作原理及流程如圖1.1：

圖1.1 VRS 技術(shù)工作原理

1）各個參考站通過Internet 連續(xù)不斷地向數(shù)據(jù)控制中心發(fā)送觀測數(shù)據(jù)。

2）控制中心實時在線解算各參考站網(wǎng)內(nèi)的載波整周數(shù)，建立誤差模型。

3）移動站將單點定位或DGPS 確定的概略坐標（NMEA格式），通過無線移動數(shù)據(jù)鏈路（GSM/GPRS、CDMA）傳送給數(shù)據(jù)控制中心， 控制中心在移動站附近創(chuàng)建一個虛擬參考站（VRS），通過內(nèi)插得到VRS 上各個誤差源影響的改正值，并按照RTCM 格式通過NTRIP 協(xié)議發(fā)送給移動站用戶。

4）移動站與VRS 構(gòu)成短基線，移動站接收控制中心發(fā)送的VRS 的差分改正信息或者虛擬觀測值，進行差分解算得到移動站用戶的精確位置坐標。

經(jīng)檢測驗證，GZCORS 外符合平面定位精度優(yōu)于+1.6cm，高程精度優(yōu)于+3.0cm， 并且絕大部分品牌GPS 接收機初始化時間都在一分鐘之內(nèi)，滿足高精度動態(tài)GPS 快速定位的要求。

2 GZCORS 在廣州亞運城管線竣工驗收測量中的應用

2.1 任務(wù)來源及工程特點

為配合第16 屆亞運會的勝利舉行， 受廣州市重點公共建設(shè)項目管理辦公室委托，我院承接了廣州亞運城地下綜合管線的竣工驗收測量。

廣州亞運城位于廣州南部，風景獨特的蓮花山風景區(qū)的南麓、蓮花山水道西岸，用地面積2.73 平方公里。 由運動員村、媒體村、技術(shù)官員村、媒體中心、體育館區(qū)、后勤服務(wù)區(qū)、亞運公園等7 大部分組成。 是亞運會期間，供各參賽國運動員和官員居住、生活、訓練、休閑和娛樂的場所和完善的生活配套設(shè)施。 其中，運動員村、媒體村、技術(shù)官員村等居住建筑將在賽后進行必要的改造，并作為示范性的居住社區(qū)物業(yè)投放市場。 因此，了解地下綜合管線布局對未來的升級改造是非常重要的。 廣州亞運城地下綜合管線有以下特點：（1）范圍廣、分片分區(qū)；（2）管線種類齊全，數(shù)量大；（3）廣州亞運城全新建設(shè)，城內(nèi)無一個等級控制點；（4）工期只有15 天，時間相當緊迫。

2.2 工程實施

地下綜合管線竣工驗收工作主要包括兩個方面：地下管線信息的探查和管線坐標定位測量。

1）地下管線信息探查

地下管線信息探查是利用英國雷迪公司RD8000 管線定位儀的發(fā)射機輸出有一定功率的電磁波到地下的金屬管道（或與管道同埋的金屬線）上，在管道上產(chǎn)生感應電流，此電流沿著管道流動的同時， 產(chǎn)生一個以管道為中心的圓形電磁場向四周輻射，其強度為管道正中上方最強。 當RD8000 探測儀的接收機的磁性探頭在地面上來回移動探測時接收到該信號， 就能找到電磁場的中心最強的位置， 也就是管道的正上方，地下管線的位置即可探測到，整體實施流程如圖1.2 所示。

圖1.2 管線竣工驗收流程圖

2）控制測量

（1）根據(jù)亞運城區(qū)域的衛(wèi)星信號接收條件和場地實況，采用GZCORS 代替等級控制導線進行控制測量。 充分利用GZCORS 參考站進行控制點加密。 由于亞運城內(nèi)道路交通四通發(fā)達，故此在各個主要交通路口利用GZCORS 技術(shù)進行控制測量布設(shè)三級控制點和圖根控制點。

GZCORS 技術(shù)實施控制測量布設(shè)方案以三點為1 組 （作為圖根控制導線起算之用時可兩點為1 組），兩個方向通視，測設(shè)的通視控制點邊長在200m 以下 （但須在120m 以上）時，可作為一級圖根控制點使用；邊長在200m 以上，滿足精度要求時，可作為三級控制點。

（2）圖根控制在已有的等級控制點和GZCORS 三級控制點的條件下， 根據(jù)管線的走向及帶狀地形分布情況加密布設(shè)，采用GZCORS 技術(shù)進行加密和圖根控制導線測量。

GZCORS 技術(shù)測量應注意GPS 衛(wèi)星數(shù)量和分布情況，根據(jù)廣州特殊地理位置，建議避開下午2 點～5 點時段（該時間段電離層活躍，基準站同步固定衛(wèi)星數(shù)少）。

GZCORS 技術(shù)測量的點位平面中誤差（相對于起算點）應滿足平面≤±5cm、高程≤±8cm。 GZCORS 技術(shù)測量必須在接收機已得到網(wǎng)絡(luò)固定解狀態(tài)下方可進行數(shù)據(jù)記錄。 單測回應滿足點位平面殘差HRMS 小于±2cm、 高程殘差VRMS 小于±3cm。GZCORS 技術(shù)測量控制點測回間觀測記錄的時間間隔不應小于一分鐘。兩次平面互差應≤±3cm，高程互差應≤±4cm。符合要求的取各次觀測結(jié)果的平均值作為最終成果。

3）管線測量與數(shù)據(jù)采集

圖根導線測量與管線點、 地形地物數(shù)據(jù)采集均采用全站儀施測并同時進行。全站儀連接E50 或PDA 掌上電腦進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，使用“SSDP”或“EPSW2008”進行坐標計算，野外測量的數(shù)據(jù)進行外業(yè)連線繪制草圖，實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化。

3 結(jié)論

RTK實時動態(tài)測量技術(shù)是繼GPS 全球定位技術(shù)之后，測量領(lǐng)域又一次技術(shù)革命。它改變了傳統(tǒng)的測量模式，能夠?qū)崟r提供厘米級定位精度， 在不通視的條件下遠距離傳輸三維坐標。 應用于工程測量中，RTK 能夠快速準確的布設(shè)導線網(wǎng)，彌補由于城市日星月異的發(fā)展造成的低等級導線點的毀壞，減輕由于城市高速發(fā)展而給測繪人員造成的時間壓力。 RTK 測量需要的測量人員少、作業(yè)時間短，工作效率高，并且RTK 測量成果都是獨立觀測值， 不會像常規(guī)測量造成誤差積累。GZCORS 的建設(shè)方便了控制點的建立， 用戶可以實現(xiàn)實時動態(tài)厘米級精度的定位應用，適用于城市實時控制測量，特別是地下管線竣工驗收測量。 GZCORS 系統(tǒng)建設(shè)和應用是廣州市城市測量技術(shù)的一項重大改革， 真正實現(xiàn)了廣州市城市三維空間定位，這將會極大地提高生產(chǎn)力，也為“數(shù)字市政”的實現(xiàn)打下一個良好的基礎(chǔ)，具有重大的戰(zhàn)略意義和應用價值。S

［1］劉業(yè)光，歐海平.GPS 網(wǎng)絡(luò)RTK 虛擬參考站技術(shù)在廣州的應用前景初探[J].城市勘測，2002（2）：528.

［2］張西軍，等.廣州市CORS 系統(tǒng)實時動態(tài)定位精度測試[J].測繪信息與工程，2008（5）：6-7.

［3］ 盧輝.CORS 系統(tǒng)的構(gòu)建研究及其在江蘇油田管線探測中的應用[D].2009.