GPS RTK技術(shù)在天然氣管線測(cè)量中的應(yīng)用

景建峰 邸文強(qiáng)

關(guān)鍵詞：GPS RTK技術(shù);天然氣管線測(cè)量;應(yīng)用

0 引言

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(wú)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)，系統(tǒng)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。定位技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，基于GPS-RTK測(cè)量技術(shù)的基本原理和優(yōu)點(diǎn)，GPS RTK技術(shù)在城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)建立，燃?xì)忾L(zhǎng)輸管線乃至建立城市智慧管網(wǎng)領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。

1 GPS RTK測(cè)量技術(shù)的基本原理和優(yōu)點(diǎn)

1.1 GPS 技術(shù)的測(cè)量工作原理

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，GPS 系統(tǒng)屬于一種導(dǎo)航系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)已知區(qū)域衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離進(jìn)行測(cè)量，再利用其他相關(guān)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，從而準(zhǔn)確推算出用戶接收機(jī)的位置，這就是GPS技術(shù)工作原理。GPSRTK技術(shù)是在GPS技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的，屬于一種動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)，該技術(shù)能夠提供給測(cè)量人員測(cè)量站點(diǎn)的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)定位數(shù)據(jù)，具有較高測(cè)量精度，基本可達(dá)厘米級(jí)。利用GPSRTK技術(shù)進(jìn)行工程控制測(cè)量時(shí)，需要使用到2臺(tái)及以上GPS接收機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行同時(shí)接收，其中1臺(tái)接收機(jī)作基準(zhǔn)站，需要在已知區(qū)域點(diǎn)進(jìn)行放置，其他接收機(jī)則屬于流動(dòng)站，對(duì)未知坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量。基準(zhǔn)站測(cè)算出所在位置的坐標(biāo)，再將數(shù)據(jù)向流動(dòng)站傳送，而流動(dòng)站的無(wú)線設(shè)備起到數(shù)據(jù)接收功能，利用相對(duì)定位原理對(duì)流動(dòng)站實(shí)際三維坐標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。

1.2 RTK 技術(shù)基本原理概述

RTK技術(shù)作為新型動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，基礎(chǔ)為載波相位觀測(cè)值，能將坐標(biāo)系統(tǒng)中觀測(cè)站點(diǎn)的三維定位情況實(shí)時(shí)提供出來(lái)，具有較高的精度標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)RTK技術(shù)的運(yùn)用，借助于數(shù)據(jù)鏈向流動(dòng)站中傳送觀測(cè)獲取到的數(shù)據(jù)以及觀測(cè)站的坐標(biāo)信息，流動(dòng)站除了對(duì)這些基準(zhǔn)站信息進(jìn)行接收之外，還需要對(duì)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，之后通過(guò)科學(xué)的數(shù)據(jù)處理，獲取一定精度的定位結(jié)果。流動(dòng)站運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、靜止?fàn)顟B(tài)均可，GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位信號(hào)能夠被基準(zhǔn)站、流動(dòng)站的接收機(jī)所同時(shí)測(cè)量，結(jié)合測(cè)量點(diǎn)已經(jīng)獲取到的數(shù)據(jù)，對(duì)比基準(zhǔn)站接收機(jī)測(cè)得的三維位置信息，就可以將GPS定位數(shù)據(jù)修正值獲取到，以便對(duì)動(dòng)態(tài)接收機(jī)測(cè)得的實(shí)時(shí)位置科學(xué)修正，提升動(dòng)態(tài)用戶位置的精確度。

2 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(guò)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(guò)程中薄霧、小雨或傍晚天黑時(shí)，會(huì)受光線的影響無(wú)法進(jìn)行測(cè)量;GPSRTK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;③GPS 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(guò)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。

3 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

3.1 靜態(tài) GPS 控制測(cè)量作業(yè)分析

3.1.1 合理選擇 GPS 控制測(cè)量時(shí)間段

通常來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)輸管線工程由于線路長(zhǎng)，地形起伏較大，地貌地質(zhì)條件復(fù)雜。因此在進(jìn)行工程測(cè)量時(shí)，必須對(duì) GPS 控制測(cè)量時(shí)間段進(jìn)行合理選擇，以此確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性和完整性。在選擇GPS 控制測(cè)量時(shí)間段時(shí)，測(cè)量人員應(yīng)當(dāng)對(duì)天氣預(yù)報(bào)、衛(wèi)星可見(jiàn)預(yù)報(bào)等進(jìn)行分析。

3.1.2 架設(shè)基準(zhǔn)站

GPS 控制測(cè)量效果直接受到基準(zhǔn)站架設(shè)位置影響，在選擇和確定基準(zhǔn)站架設(shè)位置時(shí)，不僅要對(duì) GPS靜態(tài)觀測(cè)要求進(jìn)行滿足，還要盡可能設(shè)置地形開(kāi)闊、地勢(shì)較高處，為電臺(tái)發(fā)射提供便利。同時(shí)，為保證靜態(tài) GPS 控制測(cè)量精度，通常需要在各測(cè)量段的中間部位來(lái)架設(shè)接收機(jī)。已知坐標(biāo)和未知坐標(biāo)上都可架設(shè)接收機(jī)。在長(zhǎng)輸管線工程控制測(cè)量工作中，測(cè)量人員必須嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)要求架設(shè)基準(zhǔn)站，以免影響控制測(cè)量效果。

3.1.3 RTK 控制測(cè)量作業(yè)分析

在長(zhǎng)輸管線工程控制測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量人員需要沿線路、按點(diǎn)布設(shè)控制網(wǎng)控制點(diǎn)。一級(jí)網(wǎng)絡(luò)RTK的點(diǎn)對(duì)距離需要控制在8km左右，最大不可超出10km;二級(jí)單基準(zhǔn)站RTK的點(diǎn)對(duì)距離需要控制在2～3km。同時(shí)需要確保點(diǎn)對(duì)之間能夠相互通視，一級(jí)平均間距最好控制在500m左右，二級(jí)平均間距最好控制在400m左右。此外，相鄰點(diǎn)的最短距離需要超出平均間距一半。

3.2 管線點(diǎn)測(cè)量

管線點(diǎn)測(cè)量分成兩種情況，當(dāng)管線點(diǎn)位置開(kāi)闊時(shí)，一般直接采用RTK進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，當(dāng)管線點(diǎn)位置不利于RTK測(cè)量時(shí)，需要用全站儀進(jìn)行碎部點(diǎn)測(cè)量的方法進(jìn)行采集。使用RTK采集時(shí)，為了提高準(zhǔn)確性，避免信號(hào)的不穩(wěn)定造成的影響，要求多次測(cè)量，且要整周模糊度固定模式。使用全站儀時(shí)，在測(cè)站上完成對(duì)中整平和測(cè)量?jī)x器高后，設(shè)置測(cè)站點(diǎn)，對(duì)后視點(diǎn)進(jìn)行歸零設(shè)置并且輸入點(diǎn)的代碼，按照極坐標(biāo)、盤左半測(cè)回的方法測(cè)定管線點(diǎn)的斜距、水平角、垂直角。對(duì)于每個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)量，由近到遠(yuǎn)，再由遠(yuǎn)到近，以避免造成點(diǎn)位的遺漏，測(cè)距長(zhǎng)度一般不超過(guò)150m。

3.3圖根點(diǎn)測(cè)量

圖根點(diǎn)測(cè)量實(shí)施過(guò)程中，為了促使圖根點(diǎn)精度與相關(guān)規(guī)定要求所符合，需要連續(xù)三次觀測(cè)同一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，之后求出平均值;測(cè)量實(shí)踐中，要嚴(yán)格依據(jù)0-2cm的標(biāo)準(zhǔn)控制兩三次測(cè)量誤差。如果有點(diǎn)位失鎖問(wèn)題出現(xiàn)于測(cè)量過(guò)程中，需要及時(shí)重新測(cè)量，以便對(duì)固定解位置準(zhǔn)確獲取。研究發(fā)現(xiàn)，本次測(cè)量任務(wù)實(shí)施中，部分測(cè)量點(diǎn)周圍具有較多的障礙物，影響到信號(hào)，不容易算出坐標(biāo)解，那么就可以向附近移動(dòng)接收機(jī)，獲得固定解，之后向相應(yīng)點(diǎn)位緩慢移動(dòng)接收機(jī)，開(kāi)展測(cè)量作業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程步伐越來(lái)越快。現(xiàn)階段，人們生產(chǎn)生活對(duì)能源需求量越來(lái)越大。為緩解國(guó)內(nèi)能源緊張局面、對(duì)能源不均衡分布進(jìn)行有效調(diào)控，國(guó)家大力推進(jìn)長(zhǎng)輸管線工程建設(shè)。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，GPS RTK技術(shù)在燃?xì)庑袠I(yè)測(cè)量中有布網(wǎng)方便、測(cè)量迅速、精度高等優(yōu)點(diǎn)，不僅滿足了測(cè)量工作的精度，而且大大提高了測(cè)量工作的效率。GPS RTK技術(shù)不僅適用于天然氣管道測(cè)量工程，也適用于公路、鐵路、長(zhǎng)輸管道、輸電線路、干渠等線路工程測(cè)量，具有廣泛的應(yīng)用前景。相信不久的將來(lái)，GPS RTK技術(shù)定會(huì)在各行各業(yè)的工程建設(shè)中得到更好的應(yīng)用。

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