RTK技術(shù)在地下金屬管線測量工程中的應(yīng)用

姚俊娜，魯 坤，王 聰，范 宇，白曉龍

（中煤航測遙感集團(tuán)有限公司地理信息分公司，陜西 西安 710199）

城市地下金屬管線的測量和定位在地下輸送中具有重要作用，因此多個(gè)市政建設(shè)部門不斷建設(shè)新的電力管線、燃?xì)夤芫€、供水管線等[1]。管線的數(shù)量增加也給城市地下金屬管線的測量、定位和維護(hù)帶來了許多困難。在其他國家，城市地下金屬管線的測量、定位和維護(hù)方法與中國截然相反[2]，這些發(fā)達(dá)國家共同點(diǎn)是在城市下方建設(shè)公共水溝，一旦水溝建成，就能持續(xù)應(yīng)用多年。因此，歐美國家的城市地下金屬管線的測量和定位相對較容易。

在國內(nèi)，相關(guān)研究人員也嘗試在北京、上海等大城市建立聯(lián)合輸送渠道，但并未取得預(yù)期效果[3]。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代測繪科學(xué)產(chǎn)生了許多新的測繪方法，包括RTK和GPS組合法，可以根據(jù)管線后方交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)快速測量。但這些新的方法并未在城市給排水設(shè)施的測量定位普及，現(xiàn)有的地下金屬管線定位方法較傳統(tǒng)，已經(jīng)不能滿足城市地下金屬管線測量的需要。因此，需要積極應(yīng)用新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)定位，提高測量效率。

1 基于RTK技術(shù)的地下金屬管線測量工程應(yīng)用設(shè)計(jì)

1.1 布設(shè)控制網(wǎng)

在進(jìn)行地下金屬管線測量前，需要布設(shè)控制網(wǎng)，為建立測量控制點(diǎn)提供布設(shè)基礎(chǔ)，控制網(wǎng)有很多種類型，包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。地下金屬管線在測量時(shí)需要建立平面控制網(wǎng)絡(luò)。因此，可以將覆蓋整個(gè)測量區(qū)域的控制網(wǎng)放置在勘測網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)勘測需要部署不同級別的密碼，布設(shè)控制網(wǎng)。橫向控制網(wǎng)一般采用GPS來進(jìn)行部署，也可以采用一級GPS的形式，使用加密網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)部署。在地下金屬管線中，高程控制網(wǎng)通常以水平和三角形的形式進(jìn)行部署。

在地下金屬管線測量的工程中，測量控制參數(shù)是依據(jù)從測區(qū)采集的14個(gè)一級GPS參考點(diǎn)設(shè)計(jì)的，高程控制是依據(jù)四個(gè)測區(qū)的四級GPS參考點(diǎn)控制的，采用測量當(dāng)?shù)氐钠矫孀鴺?biāo)系和高程系統(tǒng)進(jìn)行控制。將水平控制網(wǎng)從測區(qū)采集到的14個(gè)GPS初級點(diǎn)作為初級控制點(diǎn)，利用這14個(gè)GPS點(diǎn)對測區(qū)主段的二次或三次導(dǎo)體進(jìn)行加密。根據(jù)需要，可以將這些控制網(wǎng)絡(luò)作為起點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)全過程控制，高程控制的依據(jù)是測區(qū)的4個(gè)4級GPS點(diǎn)。由于測區(qū)面積大、分布范圍廣，所以在控制時(shí)測區(qū)的水平基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)采用四級水準(zhǔn)觀測，應(yīng)保持密集排列狀態(tài)。在進(jìn)行觀測前，需要預(yù)先測量所用全站儀的橫縱軸差值，確保儀器符合要求。觀測前還需要測量溫度和氣壓，進(jìn)行自動校準(zhǔn)。

1.2 基于RTK技術(shù)測量地下金屬管線平面坐標(biāo)

RTK技術(shù)可以通過兩個(gè)接收器的無線通信實(shí)現(xiàn)連接，從而識別地下金屬管線的平面坐標(biāo)，因此在測量坐標(biāo)時(shí)，應(yīng)該先將兩個(gè)接收器連為一體。采集參考站高度、偽距、載波等數(shù)據(jù)信息，并對基站發(fā)送的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，因此，移動接收器的位置是實(shí)時(shí)變化的。

接收器所在參考站的周邊的視野必須開闊，阻擋高度角不得超過1，不得有高大建筑物、大面積水域等信號反射體，盡量避免多徑效應(yīng)干擾。最好避開交通要道避免過往行人干擾。由于無線電信號是直線傳輸?shù)模虼藚⒖颊緫?yīng)盡可能安裝在照射區(qū)域內(nèi)相對較高的位置，有利于移動站發(fā)送差分校正信號，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在移動臺的測量操作期間，基站不能關(guān)閉、重新啟動或移動，如果出現(xiàn)問題，必須重新校準(zhǔn)。

1.3 進(jìn)行精度誤差分析

在測量過程中，研究發(fā)現(xiàn)，引起測量誤差的原因有多種，包括測量儀器誤差、制造誤差、原理誤差、環(huán)境誤差等，原理誤差是指儀器本身固有的工作原理與實(shí)際測量工作原理之間存在差異。環(huán)境誤差是由于測量操作中存在不同的測量環(huán)境，導(dǎo)致實(shí)際測量值存在偏差，因此需要進(jìn)行精度誤差分析，首先根據(jù)包括測量師的技能水平、工作職責(zé)、測量習(xí)慣和工作熟練程度設(shè)計(jì)分析方案。其次，根據(jù)實(shí)際情況分析誤差產(chǎn)生的原因。第三，確定管線測量點(diǎn)位置，進(jìn)行管線特性調(diào)查，最后識別地下管線的各種輔助設(shè)施，實(shí)現(xiàn)精度分析。

1.4 實(shí)現(xiàn)地下金屬管線測量

實(shí)現(xiàn)地下金屬管線測量，需要繪制竣工圖。繪制竣工圖需要遵循很多原則，第一個(gè)是竣工圖的全面性，如施工前設(shè)計(jì)的管線圖和施工后穿梭的管線圖必須全面。第二是管線圖的數(shù)量和框架應(yīng)與測區(qū)原始地形圖相匹配。通常，每個(gè)城區(qū)都有一個(gè)獨(dú)立的管道地形數(shù)據(jù)庫。第三，竣工圖中的管線編號必須按照國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，特殊情況下可以使用標(biāo)準(zhǔn)地圖進(jìn)行補(bǔ)充繪制。當(dāng)發(fā)現(xiàn)繪制元素或分類代碼存在缺陷時(shí)，必須采取合理的補(bǔ)救措施，補(bǔ)充的竣工圖紙也必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

除了上述原則外，地下金屬管線竣工圖的編制和處理也必須符合相關(guān)規(guī)定。換句話說，一個(gè)綜合的地下金屬管線竣工圖應(yīng)該包含各種顏色的圖層，管線圖中的高程點(diǎn)也必須準(zhǔn)確。不僅如此，竣工圖中還必須記錄管道的起點(diǎn)、終點(diǎn)、分支點(diǎn)、拐點(diǎn)的詳細(xì)坐標(biāo)、管徑和標(biāo)高，管線的坐標(biāo)和高程數(shù)值也必須精確。當(dāng)施加到圖紙上的載荷比較大時(shí)，可以通過單獨(dú)的坐標(biāo)結(jié)果表記錄管線的分類號。需要注意的是，同一個(gè)區(qū)域或同一個(gè)項(xiàng)目的竣工圖繪制方法必須一致，還需要根據(jù)工程要求和規(guī)范在地圖上添加路線點(diǎn)，導(dǎo)入相關(guān)的坐標(biāo)。

2 實(shí)驗(yàn)

為了檢驗(yàn)本文設(shè)計(jì)的基于RTK技術(shù)的地下金屬管線測量效果，將其與傳統(tǒng)的測量方法進(jìn)行對比，實(shí)驗(yàn)如下。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

首先建立測量檢測數(shù)據(jù)庫，地下管線數(shù)據(jù)為ACCESS2015數(shù)據(jù)庫的點(diǎn)表名稱為POINT兩位管線代碼，線表名稱為LINE兩位管線代碼，線表名與點(diǎn)表相鄰，且線表在前。點(diǎn)表內(nèi)描述的主要是管線點(diǎn)空間位置，線表主要存儲管線點(diǎn)的屬性信息，管線的多樣性導(dǎo)致不同的管線有各自的特點(diǎn)，其線表庫也有所區(qū)別，按照地下管線特點(diǎn)對各類管線屬性庫結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后得到此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的測量數(shù)據(jù)庫，檢驗(yàn)管線數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的平穩(wěn)性，檢驗(yàn)結(jié)果如下圖1所示。

圖1 檢驗(yàn)結(jié)果

由圖1可知，此時(shí)的管線數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中具有平穩(wěn)性，因此該數(shù)據(jù)庫滿足后續(xù)的檢驗(yàn)要求可以進(jìn)行后續(xù)的精度測試。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

在測量數(shù)據(jù)庫中調(diào)取管線的相關(guān)數(shù)據(jù)，分別使用本文設(shè)計(jì)的RTK管線測量方法與傳統(tǒng)的管線測量方法進(jìn)行測量，檢測10條復(fù)雜管線的平面位置與深埋位置比值，比值越小證明探測精度越高，測試結(jié)果如下表1所示。

表1 測試結(jié)果

由表1可知，本文設(shè)計(jì)方法的測量精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的測量精度，能有效減少測量時(shí)產(chǎn)生的誤差。

3 結(jié)語

綜上所述，及時(shí)測量定位城市中復(fù)雜的地下金屬管線對維持管線的正常運(yùn)行，確保地下金屬管線的布設(shè)精度有重要意義，因此本文基于RTK技術(shù)設(shè)計(jì)了地下金屬管線測量方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，設(shè)計(jì)方法能有效減少誤差，提高精度，為后續(xù)的管線測量提供參考。