城市管線設施測量定位方法分析

李景

摘要：城市管線設施的測量和定位均是市政建設管理中的重要內(nèi)容，幾年來隨著測繪技術(shù)的不斷發(fā)展革新，基于GPS、COPS等測量定位方法的應用很大程度上提高市政人員的工作效率和準確度，同時降低了操作的難度。但是基于不同平臺的測量定位方法其優(yōu)缺點各有不同，因此在實踐操作過程中可以將多種測定方法聯(lián)合使用，在規(guī)避其缺點的同時確保測繪的精確度和效率，本文則簡單探討GPS-RTK協(xié)同全站儀在城市管線設施測量定位中的應用。

關鍵詞：城市管線設施；全站儀；GPS-RTK；精確度

中圖分類號：TU990.3文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）09-156-02

前言

隨著國內(nèi)城鎮(zhèn)化進程的不斷推進，城市的數(shù)量和規(guī)模日益擴大，為了滿足居民的生活、生產(chǎn)等需求，城市間管線如水管道、電路、燃氣等排布越來越密集和復雜；與此同時被稱之為“生命線”的城市管線設施肩負能源、水資源、電、數(shù)據(jù)信息等的傳輸和傳送功能，是整個城市得以快速、健康、穩(wěn)定發(fā)展的保證。所以一旦設施出現(xiàn)人為、自然破損，市政工作者需要快速定位和響應，本文則簡單探討傳統(tǒng)全站儀測定聯(lián)合基于GPS的GPS-RTK測量定位法在城市管線測定中的應用。

1.全站儀、GPS-RTK測定方法的基本原理

1.1全站儀的基本原理

全站型電子速測儀簡稱“全站儀”，其主要有3個功能即距離測定、角度測定和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)距離、角度自動測量，同時快速測算高度差、水平距以及坐標增量，所測量和計算的數(shù)據(jù)均自動顯示、傳輸和儲存。全站儀使用極坐標方式獲取待定點的坐標數(shù)據(jù)，即以測站為中心，借助故障發(fā)生位置附近的己知方向，測量故障點和已知方向問的夾角最終計算出所求點的實際距離。

全站儀的優(yōu)點即集合了水平距離測定、角度測定、高差測定、數(shù)據(jù)計算/傳輸/存儲等功能；其缺點也比較明顯，即很容易受到通視條件、地形條件等客觀因素的影響。比如某些地區(qū)測站不能直接使用儀器進行觀測，相應的極坐標的使用受限，必須配合其他測量方法確定坐標，增加了測量、定位的難度。

1.2 GPS-RTK的基本原理

RTK是以載波相位觀測值的實時動態(tài)進行定位的新技術(shù)，其將數(shù)字通訊、計算機、GPS技術(shù)、無線電技術(shù)等集合在一起形成了功能齊全的系統(tǒng)。近幾年隨著測繪技術(shù)的突飛猛進，RTK技術(shù)在發(fā)展的過程中日趨成熟，現(xiàn)如今用戶只需單手操作GPS接收設備，便可以實現(xiàn)任何等級的快速定位，最精密的定位甚至可以超越毫米級（nun級），大幅度提升了測繪的精確度和效率。

RTK的原理是在基準站上放置一個接收機，然后將其他的接收機放置于流動站上，接收機所接收的信號均是同時、同衛(wèi)星所發(fā)射，獲得觀測值之后和已知位置信息進行對比計算出差分改正值。再將計算出的改正實時傳輸給流動站促使所檢測的數(shù)值更為精確。

2.全站儀聯(lián)合GPS-RTK定位測量系統(tǒng)的構(gòu)建

由于GPS-RTK技術(shù)必須確?；鶞收旧戏綗o遮擋物，所以為了避免各種客觀因素對定位測量工作造成的影響，可以使用全站儀和RTK技術(shù)聯(lián)合構(gòu)建一套適用于任何地形且能夠克服-任何客觀條件的定位測量系統(tǒng)。其全站儀RTK技術(shù)定位測量系統(tǒng)的作業(yè)流程，詳見圖1所示。合適的測量系統(tǒng)，然后分別由2個系統(tǒng)測量出待定點的數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行計算處理，最終完成圖形編輯計算出發(fā)生損壞的管線位置，派遣市政人員前去維修。

3.應用實例分析

3.1任務概況

本次任務是對我國沿海某城市在進行的市政規(guī)劃和地下管線建設和管理過程，開展地下管線網(wǎng)絡定期檢查維修工作。檢查的范圍包括該市新建的兩條市政道路，包括道路延伸的街巷等。檢查維修的管線包括給排水、居民/工廠用電線路、辦公家居的電信線路等；分別檢查管線數(shù)量、負載、埋藏深度等數(shù)據(jù)。管線探測點的高程、平面坐標等數(shù)據(jù)全部采用全解析方式予以測定；彩色管線測繪圖則利用數(shù)字成圖技術(shù)按照1：1000的比例繪制。

3.2測定區(qū)域的情況介紹

該市位于我國東南沿海地區(qū)，該地區(qū)地形以濱海平原、丘陵和臺地為主，地勢由西北逐漸向東南方傾斜，地勢的構(gòu)成類型多樣化，比如高低丘、灘涂、中低山等。年降水量在1200mm左右，雨季分布在5月18月份。由于經(jīng)濟特區(qū)的緣故，該市已成為了兩岸具有現(xiàn)代化服務合作示范區(qū)、金融服務中心和貿(mào)易中心等，經(jīng)濟相對比較發(fā)達，全市境內(nèi)氣溫適宜、環(huán)境優(yōu)美、高樓林立。測量區(qū)域有1985年國家高程基準的Ⅱ等、Ⅲ等水準點成果資料，依據(jù)這些資料作為起算數(shù)據(jù)。

3.3測定操作的依據(jù)

①《城市地下管線探測技術(shù)相關規(guī)程》2003版，文件號為CJJ61；②《GPS城市測量技術(shù)規(guī)程》1997版，文件號為CJJ73；③不同比例地形圖式；④測繪產(chǎn)品驗收和評定的標準和規(guī)定，1995版。

3.4設備儀器的準備

①本次任務中使用的GPS-RTK接收器型號為Trimble46001s，共使用該種接收器7套，測定任務時均設置為精測模式，即垂直精度為10mm±lppm；水平精度為5mm±lppm；②全站儀由天寶測繪儀器生產(chǎn)有限公司提供的型號為M3的設備，共4臺設備，角度精度控制在±5”，距離精度為2mm～2ppm。

3.5作業(yè)過程

3.5.1測量控制

大量工程實例和實驗數(shù)據(jù)均表明，基于GPS的RTK測定系統(tǒng)都能夠滿足圖根控制的高要求。RTK系統(tǒng)精度控制在合理范圍內(nèi)其信號接收的半徑<5km，如果接收到衛(wèi)星的數(shù)量≥5個，則獲得的三維坐標測量精度便能夠滿足任務要求。市面上常使用的TrimbleA6001S型號的RTK接收器，其高程精度可以達到lOmm±lppm，而水平精度則可以達到5mm±lppm的要求。

RTK系統(tǒng)進行圖根控制時有幾個要點需要特別注意：首先，觀測結(jié)果盡量使用多歷元類型，然后計算其平均值，從而消除因為外界干擾因素（如偶然噪音、電磁波等）的影響，盡可能的提升定位的精確度；其次，觀測點區(qū)域視野必須足夠的開闊，周圍沒有任何高大植被、房屋、工程建筑等，同時觀測點地勢要明顯較高且交通相對比較便利（便于儀器設備的運送）；再者，控制點的數(shù)量設置上必須盡可能的科學、合理，避免后期再進行支點，影響觀測進度；最后在使用RTK系統(tǒng)進行測定時需要使用全站儀對其控制點進行檢驗、核對，降低其他因素的影響。

3.5.2碎步測量

根據(jù)地形、環(huán)境等因素合理的選擇測量定位系統(tǒng)，比如相對開闊區(qū)域直接由單人持RTK系統(tǒng)進行測量并采集存儲數(shù)據(jù)；若測量點有植被、建筑遮擋則先使用RTK確定坐標，再使用全.站儀結(jié)合測計法進行作業(yè)。

碎步測量的作業(yè)過程主要包括4個步驟，①啟動基準站。首先將基準站架設于開闊地帶（即基準站上方空曠，且周圍沒有強電磁的干擾），然后將各個儀器的線路連接并打開電源開關，并將測量模式調(diào)整為動態(tài)測量。②定義坐標系統(tǒng)。工程項目確定好之后，需要另建一個文件夾，將測量儀器中的參數(shù)設置歸納整理并存檔于文件夾中，文件的格式有*cot、*dat、*ini等。③點校正。RTK測量系統(tǒng)多是基于WCS-84坐標，但是工程實踐中實時顯示地域獨立坐標系或者國家坐標系，為了滿足測量的需求則應該滿足各種坐標系的實時轉(zhuǎn)換，而轉(zhuǎn)換系統(tǒng)則就是校正點。而坐標系轉(zhuǎn)換過程中存在兩種情況：情況一，即轉(zhuǎn)換參數(shù)已知。該種情況下便可以在測量控制設備中直接輸入轉(zhuǎn)換參數(shù)，從而建立良好的坐標轉(zhuǎn)換關系。比如某城市管線測量是基于國家坐標系統(tǒng)，以明確掌握基準點坐標、投影方式和橢球參數(shù)，便可以直接定義坐標系統(tǒng)。情況二即轉(zhuǎn)換參數(shù)不知。此時便可以直接使用點校正方式構(gòu)建一個坐標的轉(zhuǎn)換關系，平面水準點應該3-4個左右。④流動站。單點測量，即在頁面打開“測量”圖標，方式選擇RTK然后再點開測量點，便可以進行單點的測量任務。單點測量的精確度、耗時與衛(wèi)星精度、數(shù)量、精度要求密切相關；放樣測量，放樣前應該將道路的各項數(shù)據(jù)輸入進去，主要包括曲線道路、直線道路以及DTM等，初始化完成后選擇RTK測量模式，然后點擊放樣測量進行作業(yè)。

3.5.3業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)處理

本次任務使用的軟件分別為CASS7.3軟件和Auto CAD繪圖軟件，而CASS7.3是編程人員以Auto CAD制圖軟件為平臺開發(fā)的智能型數(shù)字化地籍測量軟件。和其他測圖軟件相比CASS7.3的優(yōu)勢表現(xiàn)在其成圖功能更加快捷、便利，易于工作人員掌握和操作。在測量工作中由于全站儀、RTK坐標數(shù)據(jù)格式與該軟件存在差異，所以為了確保測量的效率必須將數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)化和CASS7.3格式保持一致，即文件格式為+.dat，東坐標為x坐標，北坐標為Y坐標，高程則用“H”表示。

3.5.4測繪定位精度分析

首先使用RTK測量系統(tǒng)將待測點的東坐標、北坐標和高程測量出來，使用計算機直接閱讀出坐標數(shù)值，然后對照真實數(shù)據(jù)，測量誤差最好控制在<±5cm，該任務中共有檢查點612個，誤差最大的為3.2cm小于±5cm的要求，因此本次任務的測量定位精度滿足相關測量規(guī)范中的基本要求。詳見表2所示。

4.結(jié)束語

隨著測繪技術(shù)的不斷改進和完善，市政管線測量定位等作業(yè)精確度越來越高、工作效率也明顯得到提升。為了滿足顯示測量的需求，基于不同平臺的測量定位系統(tǒng)被人們開發(fā)和應用，很好的解決了客觀因素對測量帶來的影響。目前施工作業(yè)實踐中常用到的測量方式有已知坐標測量法、CORS測量法、相對測量法和RTK測量法。本文著重講解了全站儀和基于GPS開發(fā)的RTK測量系統(tǒng)，通過二者基本原理、優(yōu)缺點的講解，發(fā)現(xiàn)二者在城市管線測量定位作業(yè)中具有互補屬性，為以后的市政設施測量提供了很好的依據(jù)，能夠提升市政測量的效率和精確性。