地下金屬管線測量與定位技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

劉振華，萬麗娟

（1.南京市江寧區(qū)左宜測繪有限公司，江蘇 南京 210000；2.江蘇省南京工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 南京 211135）

近年來通訊、電力電能、天然氣行業(yè)的高速發(fā)展，同時隨著鐵路、水力發(fā)電、輸電等工程設(shè)施的頻繁興建，地下金屬管線建設(shè)得到廣泛關(guān)注。地下金屬管線是維持人們?nèi)粘Ｉ畹奈镔|(zhì)基礎(chǔ)條件之一，不管是在經(jīng)濟建設(shè)方面還是經(jīng)濟發(fā)展方面都有著不可忽視的作用。地下金屬管線測量與定位技術(shù)作為地下金屬管線運作中不可或缺的技術(shù)之一，其發(fā)展程度也廣泛得到人們關(guān)注。在衛(wèi)星定位技術(shù)充分得到發(fā)展的基礎(chǔ)上，進一步促進了RTK實時定位技術(shù)和全站儀測繪技術(shù)在地下金屬管線測量與定位上的應(yīng)用。結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)，在需測量的區(qū)域使用RTK技術(shù)，直接對坐標進行實測，達到精度檢測的目的;如果測量區(qū)域達不到RTK技術(shù)的測量要求，應(yīng)先在布置圖根控制點，在此基礎(chǔ)上，再使用全站儀完成地下金屬管線測量與定位。

1 地下金屬管線概述

1.1 地下金屬管線的種類

表1 金屬管線種類匯總

地下金屬管線種類眾多，通常包括管道和電纜。由于金屬管線材料屬性以及形式的不同，可分為由鋼鐵類管道，其主要運用于燃氣、工業(yè)、熱力等方面，以及銅鋁類電纜[1]，主要應(yīng)用在電力、電信通訊方面。其種類匯總圖如表1所示。

1.2 地下金屬管線的特性

地下金屬管線具有多元性、復(fù)雜性、隱蔽性、系統(tǒng)性和動態(tài)性五個特性[2]。由于地下金屬管線的種類多種多樣，且每年都有許多新增種類，功能也多種多樣，因此，地下金屬管線是多元的。周遭環(huán)境的復(fù)雜多變，空間的縱橫交錯，技術(shù)要求多樣，設(shè)計步驟多且繁瑣、地勢的盤根錯節(jié)等等，無不體現(xiàn)著其復(fù)雜的特性。地下金屬管線的隱蔽性體現(xiàn)在其敷設(shè)的方式。地下金屬管線具有系統(tǒng)性的特性。地下金屬管線可抽象描述為由各管線點、段發(fā)展成根系狀、環(huán)狀或輻射狀，進而形成系統(tǒng)。此外，各區(qū)域及各行業(yè)的逐漸擴大以及對管線用途、功能等的不斷細分，使得地下金屬管線處于一個新建、重建、改建等動態(tài)狀況，因此動態(tài)性也是地下金屬管線一大突出的特性。

2 地下金屬管線測量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

80年代末，地下金屬管線普查開始興起，各區(qū)域地方政府都在大力促進城市地下金屬管線建設(shè)，加快了地下金屬管線測量與定位技術(shù)的發(fā)展，優(yōu)化了居民的生活，取得了一定的效果。地下金屬管線測量工作是在探測工作之后進行的，有的時候根據(jù)需要還要建立地下管線信息管理系統(tǒng)，在GPS的基礎(chǔ)上，利用RTK實時定位技術(shù)和全站儀測繪技術(shù)相互結(jié)合進行測量。結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)，在需測量的區(qū)域使用RTK技術(shù)，直接對坐標進行實測，達到精度檢測的目的。其主要流程是在探測儀器查明地下管線的屬性、埋深等等屬性并標記在地面上之后，利用全站儀匯測技術(shù)對管線點的標記位置和高程完成測量，工作完成后繪制成圖紙。地下金屬管線測量主要有控制測量、管點線測量、地下管線圖匯測以及地下管線圖建庫這幾個步驟。其中，控制測量的對象有平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。圖1為地下金屬管線數(shù)據(jù)處理工作流程：

圖1 地下管線數(shù)據(jù)處理工作流程

管點線測量是在地下管線點探測完成之后根據(jù)物探人員標記在地面上的標志和編號對管線點進行的。它是對地形數(shù)據(jù)和地下管點線測量數(shù)據(jù)的采集集合。由管點線測量庫和地形數(shù)據(jù)庫完成地形圖編排，再由數(shù)據(jù)庫生成管線圖，再由多個管線圖進一步組合形成綜合管線圖。

3 地下金屬管線定位技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

地下金屬管線的定位技術(shù)多種多樣，其中RTK測量技術(shù)和全站儀匯測技術(shù)是目前地下金屬管線的定位測量中使用較多的兩種技術(shù)。

3.1 RTK實時定位技術(shù)

RTK實時定位技術(shù)是以GPS為基礎(chǔ)的，是地下金屬管線的定位中必不可少的一種技術(shù)。近年來衛(wèi)星定位系統(tǒng)正由單種趨向于多種方向發(fā)展，接收機也有向多個星座及多頻接收機的多重方向發(fā)展的趨勢?，F(xiàn)在已有覆蓋全球的衛(wèi)星星座的三維定位系統(tǒng)，如美國的GPS和俄羅斯的GLONASS，都是采取被動式定位技術(shù)。我國采取的是二維定位系統(tǒng)，與美國和俄羅斯不同，采取主動式定位技術(shù)。RTK實時定位技術(shù)是在GPS/GLONASS兼容雙頻高精度接收技術(shù)基礎(chǔ)上由靜態(tài)相對定位向載波相位實時動態(tài)定位發(fā)展而來。

目前使用的RTK實時定位技術(shù)的在地下金屬管線的定位測量步驟通常為：首先客戶端負責接收衛(wèi)星信號，并在坐標系中記下該信號所反饋的有效信息，根據(jù)所記錄的信息進行整合、歸納、分析，隨后就可以開始布置地下金屬管線的相關(guān)定位測量作業(yè)了。隨著GPS技術(shù)的不斷完善也促進了RTK的發(fā)展，而RTK定時定位技術(shù)的快速發(fā)展也同時推動了無線電、通訊、智能、動態(tài)測量等多種技術(shù)的發(fā)展，而這些技術(shù)都是在地下金屬管線的定位測量中與RTK定時定位技術(shù)相互配合的，這樣有利于接收數(shù)據(jù)的及時以及給數(shù)據(jù)的精準度給予了保證，在一定程度上降低了誤差，從整體上提高了測量效果。此外，隨著RTK定時定位技術(shù)的不斷優(yōu)化，現(xiàn)在完成定位已經(jīng)可以使用多個流動站同時進行了，極大程度上節(jié)省了施工時間，提高了工作的效率。除了這些，以前進行地下金屬管線的定位測量時無法避免由于外部因素帶來的影響，而現(xiàn)在則安全不用擔心這個問題，現(xiàn)在完全可以實現(xiàn)全天候作業(yè)，并且在其工作時，幾秒鐘就能夠完成一個數(shù)據(jù)的測量。目前，RTK幾乎能夠精確到±20mm，精度均勻，甚至有的已經(jīng)達到毫米級別的精確度，只不過由于毫米級別的精確度成本比較大，測量順序僵固，不夠靈活等，因此目前大多使用的厘米級別的RTK當時定位技術(shù)。如此看來，RTK實時定位技術(shù)還是有很大的發(fā)展空間的。

3.2 全站儀測繪技術(shù)

實現(xiàn)定位結(jié)果的精準的前提，是要明白施工時我們處于一個怎樣的環(huán)境和地質(zhì)，而這些都需要依靠全站儀測繪技術(shù)來完成，以保證測量“透視化”。

60年代末期，隨著電子測量技術(shù)和數(shù)據(jù)微型處理與存儲性能的提高，全站儀從開始出現(xiàn)即顯示了系械式的校正方法，瑞典的TeotronicsAB于1982年生產(chǎn)了具有動態(tài)測角系統(tǒng)的全站儀Geodimeter140。近年來全國各地都致力于研究全站儀的“三軸”補償功能，現(xiàn)如今也得到了一定成效，且精度問題也得到解決。現(xiàn)行精度最高的全站儀TC2002的測距精度1mm+1ppm，全站儀這些功能技術(shù)的優(yōu)化有利于其在地下金屬管線的精準定位。另外，該技術(shù)在測量過程中還有很多優(yōu)勢，例如，以往地下金屬管線的定位測量時，衛(wèi)星信號常常會因為建筑物或者一些大樹遮擋而受到干擾，而隨著全站儀的逐步完善及改良，現(xiàn)在已經(jīng)解決了這個問題，能夠順利完成測量。同時，也正是因為如此，應(yīng)對周遭復(fù)雜多變的環(huán)境，也能夠很好的適應(yīng)，并且在縮短工期的前提下保證高精度、高速度的效果。

4 結(jié)束語

地下金屬管線的眾多種類及其五大特性決定了其測量及定位技術(shù)的發(fā)展趨勢，在GPS的基礎(chǔ)上，RTK實時定位技術(shù)和全站儀測繪技術(shù)的不斷完善提高，為二者相互結(jié)合，進而實現(xiàn)地下金屬管線的測量提供了基礎(chǔ)，也保證了其測量精準度，提高了效率。