GPS在管線控制測量中的應(yīng)用淺析

楊文俊+楊炳旭

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為了滿足市場需求，我國先后鋪設(shè)了西氣東輸、川氣東送等管線，這些管線無論是規(guī)模，還是測量精度都要求比較高，在這種情況下，傳統(tǒng)的測量方法早已不能滿足管線的應(yīng)用和發(fā)展。憑借自身的優(yōu)勢，在長輸管線的初測及詳勘放樣中，GPS技術(shù)的作用越加凸顯，可以說GPS是長輸管線測量作業(yè)的一次技術(shù)創(chuàng)新。本文針對長輸管線測量進(jìn)行了分析與論述，為GPS在長輸管線測量中應(yīng)用提供了新的實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：無人機(jī) 大比例尺 測圖 精度

1 概述

建設(shè)長距離運(yùn)輸管道必須建立測量控制網(wǎng)，應(yīng)用傳統(tǒng)測量方法，也就是通過經(jīng)緯儀、全站儀、水準(zhǔn)儀等測量設(shè)備來建立邊角網(wǎng)、測角網(wǎng)或測邊網(wǎng)。這些常規(guī)的控制測量手段工作量大，作業(yè)時間長，受氣候、環(huán)境等條件影響較大，而且誤差積累顯著，很大程度滿足不了當(dāng)前工程的精度要求。隨著對大型管道工程高精度的不斷要求，用傳統(tǒng)測量方法直接布設(shè)大型管道工程測量控制網(wǎng)是非常困難的，代價很高，而GPS技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展給解決此類問題提供了可能。憑借自身的技術(shù)優(yōu)勢，通過GPS進(jìn)行測量，在一定程度上提高了生產(chǎn)效率和觀測的可靠性，同時降低了現(xiàn)場的施工成本，進(jìn)一步為管道建設(shè)做出巨大貢獻(xiàn)，其實(shí)用價值非常高。

2 GPS的組成及定位原理及特點(diǎn)

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的簡稱GPS，是Global Positioning System的縮寫，該系統(tǒng)由美國組建。通過該系統(tǒng)，在全球范圍內(nèi)，無論任何氣候、任何時間，用戶可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的三維導(dǎo)航定位和測速。在該系統(tǒng)的幫助下，用戶可以進(jìn)行高精度的時間傳遞，以及精密的定位等。對于該衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來說，通常情況下主要分為三部分：空間部分（GPS衛(wèi)星星座）、地面控制部分（地面監(jiān)控系統(tǒng)）、用戶設(shè)備部分（GPS信號接收機(jī)）。

對于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位原理，與測量學(xué)中有測距交會確定點(diǎn)位的方法十分相似。在利用無線電進(jìn)行導(dǎo)航定位時，通常情況下，假設(shè)地面上設(shè)有三個無線電信號發(fā)射臺，并且其坐標(biāo)已經(jīng)知道，通過無線電測距，測得某一時刻用戶接收機(jī)與三個發(fā)射臺之間的距離分別為D1、D2、D3。然后以D1、D2、D3為半徑，以三個發(fā)射臺為球心做三個定位球面，用戶接收機(jī)的空間位置就坐落在三個球面的焦點(diǎn)上。

通常情況下，GPS的定位方法主要包括：絕對定位、相對定位。其中，絕對定位也稱單點(diǎn)定位。對于單點(diǎn)定位來說，一般情況下又分為靜態(tài)絕對定位和動態(tài)絕對定位。絕對定位在精度方面比較低，進(jìn)而在一定程度上滿足不了大地測量精度的需要。GPS相對定位，其定位方式是借助兩臺GPS接收機(jī)，對相同的GPS衛(wèi)星實(shí)施同步觀測，進(jìn)一步確定兩臺接收機(jī)天線之間的相對位置，當(dāng)前，這種定位方式的精度比較高，這種定位方式，主要應(yīng)用于大地測量、精密工程測量。

對于GPS系統(tǒng)來說，通常情況下，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡便、應(yīng)用廣泛等。

3 GPS基線向量網(wǎng)的等級及布網(wǎng)形式

按照我國頒布的全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，對于GPS基線向量網(wǎng)，通常情況下可以將其分成五個級別，分別為A、B、C、D、E。GPS網(wǎng)的布網(wǎng)形式通常情況下分為五種，這五種分別為：跟蹤站式、會戰(zhàn)式、多基準(zhǔn)站式（樞紐點(diǎn)式）、同步圖形擴(kuò)展式以及單基準(zhǔn)站式。

在布設(shè)一般工程控制網(wǎng)的過程中，比較常用的是同步圖形擴(kuò)展式。所謂同步圖形擴(kuò)展式，就是在不同測站上進(jìn)行同步觀測，其同步觀測主要是通過多臺接收機(jī)來進(jìn)行，某一時段的同步觀測完成后，在這種情況下，需要將其遷移到其它測站進(jìn)行同步觀測，每次進(jìn)行同步觀測時，往往都可以形成一個同步圖形，在進(jìn)行測量的過程中，不同的同步圖形間通常情況下會有若干個公共點(diǎn)相連，這些同步圖形再構(gòu)成整個GPS網(wǎng)。

通常情況下，在對GPS基線向量網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)的過程中，通過同步圖形擴(kuò)展的方式進(jìn)行觀測，其形式主要包括四種，分別為點(diǎn)連式、邊連式、網(wǎng)連式、混連式。

4 案例應(yīng)用分析

本項(xiàng)目以神渭輸煤管道線路五標(biāo)控制測量為例分析。該項(xiàng)目位于陜西延長到延川縣，全長約65公里，控制等級為D級網(wǎng)，項(xiàng)目區(qū)域交通便利。

4.1 GPS控制網(wǎng)的布網(wǎng)、觀測方案

在實(shí)際外業(yè)觀測時，使用4臺南方S86 GPS接收機(jī)，此次采用GPS靜態(tài)相對定位方法應(yīng)觀測的基本條件：

①衛(wèi)星高度角≥15°；

②PDOP值≤6；

③有效觀測衛(wèi)星總數(shù)≥4顆；

④數(shù)據(jù)采樣間隔為20秒；

⑤每個時段觀測時間長度≥45分鐘。

4.2 數(shù)據(jù)處理及檢核

按照《GPS規(guī)范》要求，對外業(yè)觀測質(zhì)量進(jìn)行檢核，各級GPS基線精度、同步環(huán)檢驗(yàn)、異步環(huán)檢驗(yàn)均滿足規(guī)范要求，結(jié)果可靠，沒有含粗差的基線向量存在。

在計算時為控制變形采用兩個抵償投影帶，G基線解算和網(wǎng)平差采用南方Gnssadj軟件進(jìn)行計算。計算分別采用3個國家點(diǎn)作為平面起算點(diǎn)。使用前對起算點(diǎn)分別進(jìn)行驗(yàn)證，檢驗(yàn)結(jié)果顯示起算點(diǎn)保存完好，精度滿足要求。平差后的四等GPS點(diǎn)最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為2.46mm，最弱邊邊長相對中誤差為1/300874。平面坐標(biāo)最大差17mm。高程用曲面擬合高程的方法進(jìn)行，最大控制點(diǎn)的高程較差大于15cm，最小的為1.3cm，擬合精度較好，高程成果可以參考使用。

5 結(jié)束語

國際上，對GPS平面控制和高程控制技術(shù)的研究已有較多的研究成果。我國GPS技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)過最近20年的廣泛使用，也基本成熟，在工程建設(shè)各階段，本文結(jié)合GPS技術(shù)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，通過對比分析，對長輸管線GPS控制網(wǎng)的設(shè)計與實(shí)施、GPS平面控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理等進(jìn)行了研究，同時總結(jié)了一些有益于實(shí)際工作的經(jīng)驗(yàn)，在一定程度上對于降低長輸管線工程中測量外業(yè)的勞動強(qiáng)度，提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

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作者簡介：楊文俊（1968-），男，陜西周至人，工程師，主要從事測繪工程工作。endprint