地下管線測量中的現(xiàn)代測繪技術(shù)應用

韋慶禮，姜宗波

摘 要：隨著近年來城市發(fā)展進程不斷加快，各項新型技術(shù)的進步，地下管線已經(jīng)無法滿足人們的生活生產(chǎn)所需，加大地下管線的建設已成必然。立足該背景對現(xiàn)代測繪技術(shù)應用于地下管線測量工作展開研究，分析了實時定位RTK技術(shù)、全站儀測繪技術(shù)，探索了地下管線應用現(xiàn)代化測繪方式，對GPS網(wǎng)絡下RTK技術(shù)應用于地下管線測量的應用展開分析，包括在參數(shù)轉(zhuǎn)換，外業(yè)施測，精度分析3方面。最后地下管線測量中現(xiàn)代測繪技術(shù)的應用注意事項，以期為地下管線測量工作提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：地下管線;控制測量;GPS;水準儀;全站儀

中圖分類號：TU990.3 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1001-5922（2021）11-0154-04

Application of Modern Surveying and Mapping Technology in Underground Pipeline Survey

Wei Qingli， Jiang Zongbo

（Shandong Zhengyuan Geophysical Information Technology Co.， Ltd.， Ji nan 250101， China）

Abstract：With the continuous acceleration of the urban development process in recent years， the progress of various new technologies， the underground pipelines have been unable to meet people's living and production needs， and it is inevitable to increase the construction of the underground pipelines. Based on the background， the modern surveying and mapping technology to underground pipelines， The real-time positioning RTK technology and the whole station instrument mapping technology are analyzed， and the modern mapping method of underground pipeline application is explored， the application of RTK technology to underground pipeline measurement under GPS network are analyzes， including three aspects： parameter conversion， field measurement and precision analysis. Finally， the application of modern surveying and mapping technology in underground pipeline measurement is order to provide reference for underground pipeline measurement.

Key words：underground pipeline; control and measurement; GPS; leveling instrument; full station instrument

在近年城市建設發(fā)展中，需要不斷解決人們的各類生活問題，地下管線以最合理、經(jīng)濟方式需要順應城市的規(guī)劃發(fā)展要求，采用現(xiàn)代化管理確保城市正常運行。那么地下管線的問題就與城市建設發(fā)展息息相關(guān)，就要對地下管線建設安全加大重視，選用合理的測繪技術(shù)，能夠?qū)Φ叵鹿芫€的工作測量效率充分提升，減少不必要的人力成本投入[1]。對地下管線測量規(guī)劃至設計、管理、施工的任何環(huán)節(jié)，都能夠做好充分準備，將現(xiàn)代測繪技術(shù)應用于地下管線測量中，避免造成不必要的損失增加成本，影響人們的生產(chǎn)生活[2]。文章將對現(xiàn)代測繪技術(shù)應用于地下管線測量工作中展開分析。

1 地下管線測繪應用測繪技術(shù)

1.1 實時定位RTK技術(shù)

實時定位RTK技術(shù)作為全球定位技術(shù)的一種，基于GPS技術(shù)基礎(chǔ)上改進獲得技術(shù)，能夠有效融合無線電、數(shù)字通訊、動態(tài)測量三種技術(shù)，實際應用中可以對融合的這三類技術(shù)做到優(yōu)勢互補，彌補各自缺陷保證測量所得數(shù)據(jù)的精確性[3]。RTK技術(shù)在應用過程中，可以做到每一次地下管線測量獲得數(shù)據(jù)，都避免所受上次測量數(shù)據(jù)影響，這樣也就避免發(fā)生多次測量存在的累積誤差問題，所以測量工作精度較高，可以簡便操作排除外界干擾完成全天候測量作業(yè)。RTK如今已經(jīng)可以精確至毫米，在當前市場上多采用的RTK技術(shù)為厘米級，實際應用中實時定位RTK系統(tǒng)包括以下組成，1個基準站、多個流動站，采用通訊系統(tǒng)連接各組成[4]。在流動站內(nèi)含有GPS接收機、流動站控制電源及裝置，無線電通訊系統(tǒng)?；鶞收景穗娫?、GPS接收機、天線、無線電發(fā)射系統(tǒng)。在地下管線測量中應用RTK測繪技術(shù)優(yōu)勢為：①可以在多個流動站實現(xiàn)循環(huán)運行測量，這樣能夠縮減不必要的耗時，提高了測量工作效率也加快了整體工程進度;②二保證了地下管線測量工作的精準度，保證每一次RTK測量工作都是獨立進行的，減少了多次測量所受其他測量數(shù)據(jù)影響的誤差發(fā)生可能[5];③幾秒內(nèi)就可完成測量，較快的測量速度提升了測量工作效率。

當然RTK技術(shù)在應用中也有自身技術(shù)缺陷，前提是需要保證技術(shù)應用滿足環(huán)境條件標準，假若在測量工程范圍中未滿足衛(wèi)星高度角限值，因為高大建筑物和數(shù)目的存在導致超出15°，則會所致信號遮擋干擾，影響測量工作正常開展。

1.2 全站儀測繪技術(shù)

全站儀測繪儀器設備在實踐測量工作中廣泛應用，能夠突破RTK技術(shù)的應用局限，在高大樹木及建筑物超出衛(wèi)星高度角限值，受到意外遮擋和干擾無法正常開展測量工作時，應用全站儀可以同樣順利完成測量工作，并且保證了測量工作的精準度，同樣在短時間內(nèi)完成測量，排除天氣因素影響還能夠提高測量效率縮減工期。但是應用全站儀測繪技術(shù)同樣存在技術(shù)缺點，就是工期進展遲緩工作效率不高，假若在實際地下管線項目工期要求較高的情況下，應用全站儀測繪技術(shù)需要繁瑣的測量過程，需要在測量中投入大量人力、時間、精力，產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)所以后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作也同樣復雜[6]。

2 GPS網(wǎng)絡下RTK技術(shù)應用于地下管線測量

2.1 轉(zhuǎn)換參數(shù)

在在地下管線測量工作中應用傳統(tǒng)GPS模式，多集中應用WGS-84坐標系，每一次測量除了84坐標系，也可以應用80坐標、54坐標，和獨立地方坐標，所以可以轉(zhuǎn)化地方獨立坐標[7]。那么GPS網(wǎng)絡中RTK系統(tǒng)技術(shù)在應用中，想要對測量管線工作轉(zhuǎn)換坐標，可以通過四參數(shù)法、七參數(shù)法、坐標矯正法完成[8]。通常應用坐標矯正法時，要確定超過兩個可測量區(qū)域保證均勻分布各參數(shù)，如果并未提前設定坐標校正參數(shù)，要將GPS連接移動站作為參考站測量地下管線。測量過程中需要及時記錄發(fā)生固定解情況，對于需要校正測量點，可以應用GPS網(wǎng)絡RTK技術(shù)自帶軟件，校正已知點、測量點所在坐標，獲取轉(zhuǎn)換參數(shù)后控制參數(shù)誤差值在5 cm以內(nèi)，并運用RTK技術(shù)測量地下管線。

2.2 外業(yè)施測

GPS系統(tǒng)在應用于地下管線測量中，能夠通過用戶密碼設置使用權(quán)，利用GPS網(wǎng)絡內(nèi)RTK資源，獲得差分數(shù)信息，提供服務端IP、口號、用戶名、密碼相關(guān)信息，設置RTK接入軟件商后，可以接入GPS，通過CMR、RTCM兩種方法，向用戶傳輸網(wǎng)絡差分數(shù)據(jù)，并展開后續(xù)的地下管線測量。在測量管線點時，可以通過GPS網(wǎng)絡RTK技術(shù)，對管線點所在三維坐標迅速獲取，控制測量時厲遠數(shù)的數(shù)量能夠在5個以內(nèi)，1 s為1個樣本取值頻率，實際測量中設置中桿，確保整個測量過程的定位狀態(tài)穩(wěn)定。固定解VRMS≤0.05 cm，HRMS≥0.03 cm情況下，采集數(shù)據(jù)信息。GPS網(wǎng)絡RTK技術(shù)對地下管線測量中，需要控制測量點精準度與標準相符，并且根據(jù)測量需求增設控制點，可以應用三腳架固定接收機，觀測中分別對控制點完成獨立2次初始操作，采集兩組控制點信息，保證每組信息的采集時間在10 s以上，控制數(shù)據(jù)差別在2 cm以內(nèi)，任何數(shù)據(jù)都可以作為測量參照依據(jù)。

2.3 精度分析

在測量地下管線時為了保障測繪技術(shù)所測量數(shù)據(jù)的精準度，可以采用同規(guī)格全站儀重復測量管線坐標與圖根控制點，這樣能夠通過重復測量完成測量精度分析。

3 項目概況

以某市的自來水管線項目為例，通過前期普查該管線約達55.4 km總長，本工程項目為了對地下管線具體情況查明在錄，包括所在位置、性質(zhì)、材質(zhì)、高程、走向、規(guī)格、建設單位、建設時間等。結(jié)合該工程項目的實際情況選用了2臺全站儀，2臺自動安平水準儀，6臺GPS接收機。

對于該地下管線項目來說要求精度達到以下標準：

（1）地下管線隱蔽管線點要達到δts （平面位置限差）為0.1h，δth（埋深限差）為0.15h這兩個探查精度要求。其中用“h”表示管線中心埋深，在 h 低于100 cm情況下直接代入100 cm。

（2）對于地下管線的明顯管線點，要求δth量測為5 cm，中誤差量測為2.5 cm。

（3）對于地下管線點控制測量精度，在管線點和臨近的平面控制點之間測量要小于等于±5 cm，管線高程測量時控制管線點和臨近高程控制點的測量要小于等于±2 cm。

（4）在測量地下管線所在線位和地下管線圖中所示鄰近道路中心線、建構(gòu)物、管線之間的間距，量測誤差控制在小于等于±0.5 mm。

3.1 GPS配合全站儀與水準儀

城市地下管線種類多樣復雜，以帶狀分布埋設于地面下方，因為地下管線的敷設復雜性，在測繪地下管線時距離較久，測點較多所以在外業(yè)測量中的工作量較大，應用常規(guī)全站儀、水準儀在收集中，需要以管線方向為依據(jù)，建立平面與高程控制網(wǎng)。在地下管線測量中人員較多，所受通視條件影響測繪工作開展效率不高，所獲得的測量精準度也不符合標準。GPS技術(shù)在應用中不僅簡便快速，可以一定程度上提升地下管線的測量工作精度，以及實際測量中所受GPS因素影響，可以結(jié)合應用GPS、全站儀、水準儀，這樣能夠?qū)υ撟詠硭叵鹿芫€測量工程效率有效提升，保障高效率完成測量工作任務。

3.2 現(xiàn)代測繪技術(shù)應用于地下管線測量方法

3.2.1 圖根導線控制

通過結(jié)合上文提出的布設圖根控制點，具體布設以串測方式完成導線布設，具體的布設高程需要以自來水管線排布線路為依據(jù)，也可以根據(jù)三角高程測距展開測量。采用電磁波測距設計圖根導線控制的技術(shù)標準（如表1所示），應用三角高程測量進行測距過程中，需要同步導線測量，運用獲得符合檢驗標準的鋼尺，完成儀高、鏡高測量精度控制在毫米，線路長度限差控制在4 km，測距限差長度控制在100 m，高程閉合差限差控制在±10? ? ?。

將加密圖根導線設計在一次附合導線點，根據(jù)上面所述的技術(shù)限差標準，測距邊要控制在200 m以內(nèi)，不可以超出定向邊長，在檢測已知點時需要超過2個方向，在已經(jīng)將其中1個點使用時，完成平面檢測和高程檢測。電磁波測距設計圖根導線時，因為所受該項目的實際地形條件，無法完全符合可以在四條邊分別布設，保證導線長度在450 m以內(nèi)，水平角觀測首站需要與兩個已知方向聯(lián)測，分別從左側(cè)、右側(cè)完成水平角測回。在固定角不符值和測站圓周角之間，形成的閉合差要控制在±40以內(nèi)，完成兩次獨立重復的側(cè)邊觀測，兩次相較差值要在15 mm以內(nèi)。圖根光電測距導線和水準，要保證符合邊數(shù)規(guī)定，最多要控制在高等控制點，一旦超出就要布設節(jié)點網(wǎng)。

3.2.2 GPS控制測量

（1）選點布網(wǎng)原則。首先在GPS控制測量中的選點布網(wǎng)，應當遵循具體規(guī)范標準，GPS網(wǎng)需要設計超過3個的聯(lián)測控制點，每兩條以上可以通視GPS邊，設計點位方便常規(guī)測量手段觀測，確保測量作業(yè)點所在安全位置。GPS點位要保證與施工區(qū)域的舉例充分，穩(wěn)固埋設監(jiān)測點確保視野開闊，衛(wèi)星高程角控制在15°以內(nèi)，與大功率反射體遠離設計4～6條的附和路線邊數(shù)，同步完成臨近基線邊的觀測工作。

（2）觀測方法及技術(shù)要求。在觀測前期需要監(jiān)測GPS接收機，保證GPS接收機的設備狀態(tài)運行性，結(jié)合該項目的實際情況編制GPS衛(wèi)星可見性報表，包括了衛(wèi)星編號、高度角、方位角、最佳觀測點、最佳觀測時間、PDOP等內(nèi)容，明確衛(wèi)星觀測的基本時間、位置、時段條件后嚴格執(zhí)行。控制衛(wèi)星天線的平面、高程，對中誤差在2 mm以內(nèi)，每一個觀測時段都各取前測、后測1次，這兩次觀測中控制誤差在2 mm以內(nèi)，之后取2次獲得的均值用于最終觀測結(jié)果。在操作人員進行觀測過程中，保證不可以擅自離開觀測站，也不可以私自操作破壞衛(wèi)星觀測作業(yè)進展，防止不明物和不相關(guān)人員靠近天線，避免影響最終的GPS測量精度。

（3）GPS網(wǎng)測量數(shù)據(jù)處理。在完成測量后將采集數(shù)據(jù)傳輸至計算機存儲器內(nèi)，經(jīng)基線處理軟件檢驗審核采集數(shù)據(jù)，包括同步環(huán)、移步環(huán)各自閉合差，復測基線較差與GPS基線和電磁波測距邊較差的具體數(shù)值。應用GPS數(shù)據(jù)處理軟件來進行GPS網(wǎng)平差檢測，先計算獲得三維無約束平差結(jié)果后，形成所有獨立基線的閉合圖形，根據(jù)其中已知點WGS-84系三維坐標用于基準位，GPS網(wǎng)測量所的基線值作為觀測值，權(quán)陣是基線協(xié)方差，完成三維無約束平差計算。之后選取已知的觀測控制點用于初始數(shù)據(jù)，在評定精度計算約束平差后，在對應坐標體內(nèi)輸入坐標、方位角、基線邊長、轉(zhuǎn)換參數(shù)、精度等相關(guān)信息，篩選起算控制點后，選取平差最優(yōu)結(jié)果即最終GPS網(wǎng)測量數(shù)據(jù)的最終處理最優(yōu)化結(jié)果。

結(jié)合該地下管線測量工程的實際情況，采用Ashtech靜態(tài)GPS接收設備，達到基線測量這一精準度布設工程GPS數(shù)據(jù)采集網(wǎng)。在進行GPS測繪作業(yè)過程中，保證達到超過15°的衛(wèi)星截止高度角，能夠成功觀測4個以上的衛(wèi)星有效觀測數(shù)，且超過1.6以上的平均重復測繪站點數(shù)量，超過60 min的測繪時段。每一個測繪時段取天線高度兩次觀測誤差值要控制在3 mm以內(nèi)，最終選擇最后測得的天線高作為均值。在應用GPS測繪技術(shù)觀測該水利工程時，要控制在10%以內(nèi)的數(shù)據(jù)剔除率。

本次該水利工程測量工作進行中，統(tǒng)計最終所得的環(huán)閉合差值結(jié)果、測繪基線的殘差值結(jié)果以及平面平差測繪基線的相對精度結(jié)果（如表2所示）。

對點平面所在位采用基于GPS網(wǎng)的RTK測繪技術(shù)進行測定圖根控制點，要保證滿足3點技術(shù)標準：①盡可能選擇高處設計基準站所在位;②首先獲得基準站的準確WGS-84坐標;③以具體測區(qū)的大小，完成超過3個且分布均勻的高級等級控制點，獲得測區(qū)所在坐標的轉(zhuǎn)換參數(shù)，每次完成1個控制點檢測，逐次完成全部控制點;④盡可能優(yōu)先選擇在超過5顆衛(wèi)星，和較好的衛(wèi)星時段展開測量作業(yè)，并且控制流動站觀測精度能夠在±2 cm范圍內(nèi);⑤重復兩次完成每一個觀測點的獨立測量，所得每一個觀測點的兩次點位差在5 cm以內(nèi)。

3.2.3 高程控制測量

可以通過應用光電測距三角高程法，或是設計圖根水準法來獲取高程，可以布設附和路線，一般情況下附和次數(shù)要控制在2次以內(nèi)，還要與地區(qū)實際情況結(jié)合，對于不具備布設附和路線的困難地區(qū)，可以選擇性的布設支線方案，但是在實際操作中需要加強檢查。應用圖根水準法時要保證所使用的水準儀超過DS10級，與水準尺配合完成單程高程觀測，精確至mm，在實際觀測工作中需要應用尺墊。在測量光電測距三角高程時，需要同步導線測量同樣精確至mm，在具體操作中的技術(shù)標準要達到對向觀測，一測繪數(shù)，中絲法，邊長要低于100 m，測量高程閉合差最終控制在±12? ? ? ?。

4 結(jié)語

總而言之，在城市建設發(fā)展中地下管線作為不可或缺的關(guān)鍵組成，對城市的生產(chǎn)發(fā)展和人民生活作用重大，那么在地下管線測量中，應用GPS技術(shù)可以突破常規(guī)測量手段無法完成的技術(shù)弊端，達到良好的測繪操作適應性和優(yōu)越性。文章則在概述實時定位RTK技術(shù)、全站儀測繪技術(shù)、GPS網(wǎng)絡下RTK技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合某市自來水管線測量項目實際情況，應用了現(xiàn)代測繪技術(shù)完成圖根導線控制、GPS控制測量、高程控制測量。將來隨著社會發(fā)展現(xiàn)代測繪技術(shù)水平的不斷提升，也會在地下管線測量工作中應用愈來愈多的測繪技術(shù)，使得地下管線測量工作更加便捷、易操作。

參考文獻

[1]趙 謙. 地下管線普查與更新中現(xiàn)代測繪技術(shù)的應用分析[J]. 中華建設，2019（8）：267-268.

[2]陳? ? 慶. 現(xiàn)代測繪技術(shù)在地下電纜管線測量中的應用研究[J]. 科技經(jīng)濟導刊，2019（27）：77-77.

[3]張財棟. 地籍測量工作中現(xiàn)代測繪相關(guān)技術(shù)的應用分析[J]. 中華民居（下旬刊），2014（05）：142-143.

[4]陳秋林，陳若薇. 現(xiàn)代測繪技術(shù)在竣工測量中的應用[J].? 黑龍 江科學，2019，10（14）：82-83.

[5]宋鶴寧. 地下管線普查工作中不同階段的質(zhì)量控制[J]. 地礦測繪（2630-4732），2020，3（01）：10-11.

[6]史劍杰.工程測量中地下城市管線探測技術(shù)的應用[J]. 現(xiàn)代物業(yè)（中旬刊），2019（05）：66.

[7]陳功亮，劉? ? 剛. 大型城市地下管線多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合探討[J]. 城市勘測，2020（05）：79-84+89.

[8]李? ? 偉. 工程測量中現(xiàn)代測繪技術(shù)的應用與優(yōu)化對策分析[J]. 科學大眾，2020（04）：109-109.