GPS RTK技術(shù)在天然氣管線測(cè)量中的應(yīng)用

焦正華

摘要：GPS RTK測(cè)量技術(shù)以其測(cè)量精度高、選點(diǎn)靈活、測(cè)站間無需通視、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)贏得了眾多測(cè)量人的青睞，這種技術(shù)在天然氣管線勘測(cè)、施工等方面都有廣闊的應(yīng)用前景，值得推廣。本文結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)，闡述了GPS RTK測(cè)量技術(shù)的基本原理，探討了GPS RTK技術(shù)在天然氣管線測(cè)量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS RTK技術(shù)；天然氣管線測(cè)量

1.引言

GPS RTK測(cè)量技術(shù)是一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)，其在天然氣管線建設(shè)中的應(yīng)用，對(duì)天然氣管線的勘測(cè)和施工作業(yè)方法產(chǎn)生了革命性的變革，極大地提高了勘測(cè)精度和工作效率。本文探討了GPS RTK測(cè)量技術(shù)在天然氣管線測(cè)量中的應(yīng)用。

2.GPS RTK技術(shù)測(cè)量的基本原理

基準(zhǔn)站上安置的接收機(jī)，對(duì)所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過無線電傳輸設(shè)備（也稱數(shù)據(jù)鏈），實(shí)時(shí)地發(fā)送給用戶觀測(cè)站（流動(dòng)站）；在用戶觀測(cè)站上的GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過無線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位原理，實(shí)時(shí)地解算并顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度，其定位精度可達(dá)1cm～2cm。

3.GPS RTK技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)GPS RTK測(cè)量技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（1）工作效率較高。在傳統(tǒng)的測(cè)量過程中控制點(diǎn)的布設(shè)需要考慮相互通視，用以定向，但采用GPS RTK測(cè)量技術(shù)可以避免這種布設(shè)控制點(diǎn)的方案，不用考慮控制點(diǎn)通視，僅建立少量的測(cè)量控制點(diǎn)，基準(zhǔn)站便能夠達(dá)到高精度的測(cè)量效果。

（2）受天氣情況影響小。在傳統(tǒng)測(cè)量過程中薄霧、小雨或傍晚涼快時(shí)，會(huì)受光線的影響無法進(jìn)行測(cè)量；GPS RTK測(cè)量則不會(huì)受到天氣條件、天氣環(huán)境的制約。在實(shí)際測(cè)量中只要相關(guān)設(shè)備能夠接收到GPS信號(hào)便能夠直接進(jìn)行測(cè)量。

（3）GPS RTK測(cè)量技術(shù)能夠?qū)⒉杉瘮?shù)據(jù)清晰地反映給測(cè)量工作者，測(cè)量者可以根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的調(diào)控，避免多測(cè)或者漏測(cè)。

（4）在實(shí)際測(cè)量過程中該技術(shù)并不需要大量的人力資源，其操作較為簡(jiǎn)便，基準(zhǔn)站可以被多個(gè)流動(dòng)站公用，每個(gè)流動(dòng)站僅需要一位工作人員操作即可，這將大大地降低測(cè)量成本。

4.GPS RTK測(cè)量技術(shù)在天然氣管線外業(yè)測(cè)量中的應(yīng)用

天然氣管線外業(yè)測(cè)量通常是指在勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工放樣階段。以實(shí)際工程為例，如：榆濟(jì)天然氣管線工程、江西天然氣管網(wǎng)一期工程、中石化天津（LNG）項(xiàng)目等，其特點(diǎn)是線路長(zhǎng)、地形地物復(fù)雜、測(cè)量難度大。管線的線路實(shí)際位置的確定，結(jié)合實(shí)際的地形、地物、村莊、交通、施工以及當(dāng)?shù)卣块T規(guī)劃等因素綜合考慮。為了正確地確定管線埋設(shè)的平面位置和深度，全線線路帶狀地形圖和線路圖縱斷面圖、分輸站地形圖、閥室地形圖是設(shè)計(jì)時(shí)不可缺少的基礎(chǔ)資料。

4.1準(zhǔn)備工作

測(cè)圖前，根據(jù)線路的控制網(wǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算測(cè)區(qū)范圍內(nèi)WGS84坐標(biāo)系和工程坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)（七參數(shù)）。基準(zhǔn)站一般架設(shè)在控制點(diǎn)附近，架設(shè)好基準(zhǔn)站后，把七參數(shù)輸入手薄后，用任意一個(gè)控制點(diǎn)校正，另一控制點(diǎn)校對(duì)即可。這樣保證了整條線路的測(cè)圖精度一致，不存在圖形接邊的誤差。

4.2線路及縱斷面測(cè)量

線路的初步選定是在1：50000等小比例尺地形圖上確定走向，在實(shí)地用手持GPS測(cè)定拐點(diǎn)（中樁）坐標(biāo)，線路實(shí)際的情況（是否穿房屋、群墳、電桿等地物）不是很清楚。這就需要我們根據(jù)初步確定的線路測(cè)量線路兩邊一定范圍內(nèi)的地形圖。根據(jù)測(cè)量的地形圖最終確定天然氣線路的位置及周邊環(huán)境。

線路測(cè)圖比例尺為1：2000，測(cè)量范圍為線路兩側(cè)各100m。測(cè)量前把設(shè)計(jì)提供的中樁坐標(biāo)輸入手薄，按中樁編號(hào)順序連接，形成多線段形式，測(cè)量時(shí)根據(jù)手薄上線放樣功能，能看出測(cè)量人員當(dāng)前在線路的左邊還是右邊，垂直線路距離多少，還可以顯示出已測(cè)測(cè)量點(diǎn)。圖1：RTK測(cè)圖點(diǎn)位均勻，不會(huì)出現(xiàn)重測(cè)、漏測(cè)的情況。圖2：全站儀測(cè)圖可能會(huì)出現(xiàn)漏測(cè)、超測(cè)等情況，這就造成需要補(bǔ)測(cè)或者多做了無用功。

同理用RTK測(cè)量縱斷面時(shí)，可以直接沿著中線測(cè)量，避免了局部重復(fù)測(cè)量，重要部位漏測(cè)等情況。

4.3中樁測(cè)量

RTK測(cè)圖時(shí)，手薄上可以提示線段的長(zhǎng)度，以及當(dāng)前位置到拐點(diǎn)（中樁）的距離，距離為零時(shí)，就可以直接測(cè)量拐點(diǎn)（中樁）即可；全站儀測(cè)圖需要時(shí)刻注意拐點(diǎn)的坐標(biāo)，必要的時(shí)候需要點(diǎn)放樣，看一看拐點(diǎn)（中樁）的位置。

4.4穿跨越測(cè)量

整條線路會(huì)穿越一些公路、鐵路、河流等，天然氣管道的埋設(shè)就會(huì)變成頂管或定向鉆的施工方法。這就需要測(cè)量1：500或1：1000大比例尺地形圖，以供設(shè)計(jì)管線的出土位置和入土位置。穿跨越的測(cè)量方法和線路測(cè)量方法一樣。

4.5閥室、分輸站測(cè)量

分輸站、閥室是天然氣管道的重要組成部分，測(cè)圖比例尺為1：500。測(cè)量范圍：閥室300m×300m、分輸站500m×500m。如果坐向正南正北，全站儀、RTK測(cè)量都比較方便，我們可以根據(jù)四角的坐標(biāo)來確定是否超測(cè)、漏測(cè)；如果坐向不是正南正北的話，用全站儀測(cè)圖就不是很方便了，測(cè)量范圍不是很直觀，可能會(huì)出現(xiàn)漏測(cè)、超測(cè)等情況，RTK測(cè)圖可以把四角坐標(biāo)輸入手薄，測(cè)量時(shí)顯示出測(cè)量范圍及已測(cè)測(cè)量點(diǎn)，可以很清晰的看出哪塊測(cè)了哪塊沒測(cè)。

4.6交樁

測(cè)圖完成后，設(shè)計(jì)會(huì)根據(jù)所測(cè)得地形圖，最終確定天然氣管道的位置。等施工隊(duì)進(jìn)場(chǎng)后，需要把最終確定的天然氣管網(wǎng)的拐點(diǎn)（中樁），現(xiàn)場(chǎng)放樣給施工隊(duì)實(shí)地在什么位置，并且做好標(biāo)記方便管道開挖。

用全站儀交樁：需要拐點(diǎn)（中樁）周圍必須要有控制點(diǎn)，控制點(diǎn)遠(yuǎn)的話一是支站不方便，再一個(gè)就是精度會(huì)差。

用RTK交樁：一般把基站架設(shè)在管線起始點(diǎn)7km～8km處，校正方法同測(cè)圖方法一樣，兩個(gè)移動(dòng)站可以同時(shí)向兩側(cè)交樁，控制點(diǎn)不要求通視，中午休息的時(shí)候，把基站收掉，下午開始的時(shí)候再往前面架設(shè)。這樣省時(shí)省力，精度和測(cè)圖精度一致。

如果兩個(gè)拐點(diǎn)（中樁）間隔較遠(yuǎn)，需要中間加密樁的時(shí)候，RTK手薄上可以顯示出中線的位置，直接到中線上測(cè)量點(diǎn)做標(biāo)記即可。

5.總結(jié)

綜上所述，在天然氣管線外業(yè)測(cè)量中GPS RTK已經(jīng)成為了重要的測(cè)量工具。由于GPS RTK技術(shù)具備了工作效率較高、測(cè)量精度高的特點(diǎn)，同時(shí)也不會(huì)受到外界環(huán)境干擾，操作也較為簡(jiǎn)便，在實(shí)施過程中并不需要大量的人力資源，相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)表現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢(shì)。隨著該技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，以及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，GPS RTK定位技術(shù)將在天然氣管線工程建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)得到更加廣泛的應(yīng)用。