GPS定位技術(shù)在長輸管線工程中的應(yīng)用研究

李緯

（中鐵十八局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，天津 300400）

GPS定位技術(shù)在長輸管線工程中的應(yīng)用研究

李緯

（中鐵十八局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，天津 300400）

隨著社會的發(fā)展以及科學(xué)的進(jìn)步，使得GPS技術(shù)快速發(fā)展，在常規(guī)管線工程定位中也在不斷應(yīng)用GPS定位技術(shù)，并且越來越廣泛，不僅可以有效地提高長輸管道的可靠性和安全性，還可以在一定程度上提高管線整體施工效率和水平。本文主要分析了GPS定位技術(shù)基本應(yīng)用原理，以及在長輸管線中應(yīng)用GPS技術(shù)的方法，可以促進(jìn)GPS技術(shù)的發(fā)展以及長輸管線建設(shè)效率。

GPS；定位技術(shù)；長輸管線；定位原理

隨著不斷發(fā)展的GPS定位技術(shù)，在一定程度上改變了以往測量長輸管線的方式，可以適當(dāng)提高測量長輸管線的工程精度，最大限度降低勞動強(qiáng)度，并且適當(dāng)增加工作效率，為建設(shè)長輸管線工程提供依據(jù)和保證。隨著不斷擴(kuò)大建設(shè)長輸管線工程的規(guī)模，長輸管線逐漸需要穿越地質(zhì)情況比較復(fù)雜、各種地形、具有發(fā)達(dá)水系的區(qū)域等特點(diǎn)，會提高對于測量長輸管線工程的實(shí)際精度需求。所以，需要合理研究在測量長管線的時候，GPS定位技術(shù)應(yīng)用在不同階段系統(tǒng)的作用，以便于能夠建設(shè)符合實(shí)際情況發(fā)展的長輸管線。

一、GPS定位技術(shù)基本原理分析

（一）絕對定位技術(shù)

GPS定位技術(shù)中重要的影響因素就是絕對定位技術(shù)，日常生活和工程應(yīng)用中被叫做單點(diǎn)定位，合理應(yīng)用GPS絕對定位技術(shù)，可以把測量天線和GPS衛(wèi)星接收之間的距離作為基礎(chǔ)，以便于可以建立已知衛(wèi)星瞬間坐標(biāo)，以此能夠建立對應(yīng)準(zhǔn)確點(diǎn)的用戶接受天線定位，設(shè)定相應(yīng)的觀測點(diǎn)。從GPS絕對定位實(shí)質(zhì)方面來說，觀測站點(diǎn)可以利用測量學(xué)中的相應(yīng)空間距離后交會方式形成，并且是具有三個強(qiáng)度功能的觀測量，建立依據(jù)三顆衛(wèi)星為基本中心的球心形式，從半徑和整個距離方面來說，建立觀測站和半徑球平面交點(diǎn)之間整體性。在實(shí)際應(yīng)用GPS技術(shù)的時候，會受到一定的影響，所以在測量長輸管線的時候，需要綜合分析相關(guān)數(shù)據(jù)使用方式，在分析衛(wèi)星和實(shí)際觀測點(diǎn)距離的時候，尤其是偽距會存在接收機(jī)和衛(wèi)星鐘之間的同步差影響。在實(shí)際應(yīng)用上述技術(shù)的過程中，需要依據(jù)觀測站的實(shí)際技術(shù)方式，來合理使用導(dǎo)航理論設(shè)計有關(guān)參數(shù)的修正方式，建立事先確定點(diǎn)。在測量長輸線路的過程中，需要建立觀測量點(diǎn)坐標(biāo)求解方程，在實(shí)際應(yīng)用的時候應(yīng)該建立一個觀測坐標(biāo)，以便于可以合理設(shè)計求解四個未知參數(shù)，包括一個微型鐘差參數(shù)和四個點(diǎn)位坐標(biāo)分量的參數(shù)，建立四個相應(yīng)同步觀測偽距數(shù)據(jù)，可以更大精度地測量四個衛(wèi)星的實(shí)際數(shù)據(jù)。

（二）相對定位技術(shù)

最基本的相對定位技術(shù)實(shí)際情況就是，使用兩個GPS接收機(jī)，在基線兩端合理安置設(shè)備，同步觀測相同衛(wèi)星，建立基線端點(diǎn)。在地球坐標(biāo)系上找到相對應(yīng)的基線向量，在接收的時候，基線端點(diǎn)利用多臺設(shè)備進(jìn)行接收，并且需要同步觀測衛(wèi)星，然后確定多條基線向量，在相同衛(wèi)星的基礎(chǔ)上同步觀測兩個或者多個觀測站的時候，衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星軌道誤差、對流層和電離層的折射誤差、接收機(jī)鐘差等會在一定程度上影響觀測量的相關(guān)性，因此，需要不同方式合理結(jié)合觀測量，然后相對定位，保證能夠最大限度降低誤差，保證測量整體精度。

二、GPS定位技術(shù)在長輸管線工程中的應(yīng)用

（一）GPS應(yīng)用在選線測量中

會有很多影響長輸線路走向的因素，需要在設(shè)計的過程中遵循基本原則。例如，避開重要建筑；盡可能少地拆除房屋；依據(jù)鐵路、規(guī)劃部門以及公路部門的實(shí)際要求，建立跨越公路、鐵路的線路；盡可能避開一些不好地質(zhì)條件的礦物、內(nèi)澇區(qū)域等。在選擇線路的時候，需要利用GPS技術(shù)測量對線路路徑存在影響的地方，測量出線路坐標(biāo)。應(yīng)用相應(yīng)的軟件技術(shù)來形成合理的CAD圖，微機(jī)上調(diào)整線路的時候，需要保證確定各轉(zhuǎn)角坐標(biāo)和線路走徑。在選擇線路的時候，需要注意測量一到兩個預(yù)計轉(zhuǎn)角位置點(diǎn)，以便于可以有效控制轉(zhuǎn)角位置。在調(diào)節(jié)室內(nèi)路徑的時候，轉(zhuǎn)角盡量避開井、墳等位置，選擇比較適合的地方。在實(shí)際操作的時候，在1:5萬比例尺中合理設(shè)定預(yù)先參考點(diǎn)，保證可以有效利用，每一個參考系都能有效地完成一個以上直線定位和定線工作，相同直線段使用相同參考系?？梢酝ㄟ^圖解或者假設(shè)的方式來建立參考系坐標(biāo)，依據(jù)動態(tài)控制參考的方式來傳遞后續(xù)參考站，參考站附近需要建立相應(yīng)的校核點(diǎn)，建立完成參考系以后需要進(jìn)行校測。

（二）GPS應(yīng)用在定線定位測量中

依據(jù)GPS技術(shù)具有的實(shí)時動態(tài)測量功能，可以輸入轉(zhuǎn)角坐標(biāo)，通過兩個轉(zhuǎn)角就能夠合理定義直線，然后對直線進(jìn)行實(shí)地放樣，直接測量斷面點(diǎn)里程、直線樁、斷面點(diǎn)高程等。通過處理GPS數(shù)據(jù)的軟件可以形成相應(yīng)格式的數(shù)據(jù)文件，在線路中輸入，然后在軟件中建立斷面圖。在設(shè)置相應(yīng)直線樁的時候，需要初步測量樁，觀察出現(xiàn)的位移偏移量。如果具有比較多偏移量的時候，需要適當(dāng)調(diào)整以后再進(jìn)行記錄數(shù)據(jù)。依據(jù)控制點(diǎn)來測量直線樁，需要合理記錄十個以上歷元，也就是說自動設(shè)定GPS操作手簿的點(diǎn)位誤差和限差。在具體操作的時候，需要能夠自動分析和判斷是否具有符合要求的解算值，通過相同的參考系來合理完成直線段的操作。

（三）操作時間段選擇

在很多測量工程中，一般情況下，下午一點(diǎn)到三點(diǎn)之間不具有十分良好的衛(wèi)星運(yùn)行情況，特別是在一些樹木較多的地方，雖然能夠接收五顆以上衛(wèi)星，但信號不穩(wěn)定，并且信號相對比較弱，不能進(jìn)行一定的初始化。因此，可以在上午且在空曠的地方進(jìn)行觀察。

（四）處理短邊加樁

通過GPS技術(shù)來定線的時候，需要在400范圍均勻設(shè)置直線樁，并且一個直線樁至少能夠觀測到另外一個直線樁。假設(shè)Z3和Z1之間距離400m，不可以通視，應(yīng)該距離Z1大約200m的位置進(jìn)行打樁，依據(jù)Z3和Z1來標(biāo)定坐標(biāo)直線，對直線進(jìn)行放樣，以此來確定Z2。如果不能在直線上找到合理的位置，可以適當(dāng)選擇偏離直線的位置進(jìn)行打樁，然后測量坐標(biāo)，建立特殊的坐標(biāo)表，反算坐標(biāo)法、方位角用來確定相應(yīng)的線路方向。以Tr1mble 4700GPS為例，在測量實(shí)時動態(tài)的時候，需要具有1cm± 2ppm的標(biāo)稱精度水平。如果在5km處的參考站，具有2cm的標(biāo)稱精度點(diǎn)，實(shí)際操作的時候依據(jù)極限作為基本參考，Z3偏右3cm、Z1偏左3cm，如果Z2不在Z3和Z1之間的直線上，需要在極限的基礎(chǔ)上，Z2要偏離樁大約6cm，因此，直線可以越過直線角1＇；如果Z2在Z3和Z1直線之間，Z2會偏離3cm，并且在支線上最大偏離就是3cm，依據(jù)樁距為150m進(jìn)行計算，仍然處于1＇之內(nèi)。對比較高、有利接收和發(fā)射衛(wèi)星數(shù)據(jù)、建立數(shù)據(jù)連接并且周圍沒有超過10°的高度角的位置。在完成選擇參考點(diǎn)以后，需要利用GPS技術(shù)來測定動態(tài)定位。在能夠確保精度的前提下，需要在原點(diǎn)控制點(diǎn)上建立GPS基準(zhǔn)站，利用流動站轉(zhuǎn)換坐標(biāo)。

（四）數(shù)據(jù)獲取

在參考點(diǎn)上安裝GPS基準(zhǔn)站以后，需要打開接收機(jī)，把內(nèi)存卡中存在的參數(shù)合理地接收到接收機(jī)中，并且可以精確地輸入?yún)⒖键c(diǎn)坐標(biāo)和天線高度（北京坐標(biāo)），利用轉(zhuǎn)換參數(shù)把GPS基準(zhǔn)站接收機(jī)參考點(diǎn)坐標(biāo)變?yōu)閃GS-84坐標(biāo)。此外，還需要能夠同時接收GPS可視衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號，然后依據(jù)發(fā)射電臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測，發(fā)送得到的觀測值、測站坐標(biāo)、接收機(jī)工作情況以及跟蹤狀態(tài)等。流動站不僅可以接收跟蹤信號，還能夠接收GPS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，處理之后可以得到流動站W(wǎng)GS-84三維坐標(biāo)，依據(jù)與基準(zhǔn)站相同的坐標(biāo)來把其變?yōu)榫W(wǎng)格坐標(biāo)，然后能夠?qū)嵤?/p>

總而言之，在建設(shè)長輸管線的時候，合理應(yīng)用GPS定位技術(shù)進(jìn)行分析和比較，不斷優(yōu)化設(shè)計長輸管線GPS技術(shù)的測量方式和方案，依據(jù)實(shí)際情況和不斷應(yīng)用，來總結(jié)和歸納GPS定位技術(shù)在長輸管線中的測量技術(shù)，以及需要注意的事項(xiàng)，得到一些對于實(shí)際應(yīng)用GPS技術(shù)有一定作用的方式，可以在一定程度上降低勞動強(qiáng)度和成本、增加工作效率，促進(jìn)長輸管線工程的發(fā)展。

三、實(shí)際應(yīng)用GPS定位技術(shù)步驟

（一）收集測量區(qū)域控制點(diǎn)資料

進(jìn)入測量區(qū)域的任何長輸線路測量工程，需要首先收集需要測量區(qū)域內(nèi)控制點(diǎn)基本資料，主要有控制點(diǎn)等級、坐標(biāo)、坐標(biāo)系、控制點(diǎn)以及中央子午線等，判斷屬于GPS控制網(wǎng)還是常規(guī)控制網(wǎng)，實(shí)際位置和地形情況能否符合建立動態(tài)GPS參考站的要求。

（二）求定測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)

在WGS-84坐標(biāo)系中實(shí)施GPS測量技術(shù)，由于實(shí)際測量和定位工程，是在國內(nèi)北京54坐標(biāo)或者當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)上建立的，因此就會存在轉(zhuǎn)換坐標(biāo)的問題。GPS靜態(tài)測量技術(shù)需要在事后處理和轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，并且可以把GPS技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際測量的過程中，需要及時給出當(dāng)?shù)貙?shí)際坐標(biāo)，所以進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換就變得十分重要。轉(zhuǎn)換坐標(biāo)的基本條件就是：需要至少三個以上大地點(diǎn)，包括北京54坐標(biāo)、WGS-84地心坐標(biāo)等，依據(jù)步爾莎模型來合理計算出七個轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（三）選定和建立參考點(diǎn)

在選擇參考點(diǎn)的時候，需要選擇交通方便、地勢相

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