對(duì)測(cè)繪技術(shù)在地下管線測(cè)量中應(yīng)用的淺析

文琳 王爽

摘要：由于城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市地下錯(cuò)綜復(fù)雜的管線成為城市建設(shè)的重要管理內(nèi)容之一，通過對(duì)地下管線測(cè)量的管理，可以實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)地下網(wǎng)線傳輸建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)化管理，通過現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)施，可以保障城市測(cè)量技術(shù)水平的提高，同時(shí)促使我國城市規(guī)劃越來越完善。本文主要結(jié)合某工程實(shí)例，論述了地下管線測(cè)量中現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)GPS、水準(zhǔn)儀和全站儀技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)用這兩種現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)有效的提高了作業(yè)效率和測(cè)量精度。

關(guān)鍵詞：測(cè)繪技術(shù)；地下管線；測(cè)量；應(yīng)用

城市地下管線主要包括城市各類管線及其附屬設(shè)施，主要包括電力、給排水、熱力、通信等等，地下管線是確保城市運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施。隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，地下管線問題已經(jīng)嚴(yán)重的影響到了城市的正常和安全運(yùn)行。為切實(shí)加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理，保障城市安全運(yùn)行，提高城市綜合承載能力和城鎮(zhèn)化發(fā)展質(zhì)量，必須選擇合理的測(cè)繪手段做好地下管線的測(cè)量工作。

1、項(xiàng)目概況

某市自來水管線普查總長(zhǎng)約55.3km，本工程主要是為查明地下管線的平面位置、埋深（高程）、走向、性質(zhì)、規(guī)格、材質(zhì)、建設(shè)年代和權(quán)屬單位等。本工程采用測(cè)量?jī)x器有全站儀2臺(tái)套，自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀2臺(tái)套，GPS接收機(jī)6臺(tái)套。

地下管線精度要求如下：

（1）地下管線隱蔽管線點(diǎn)的探查精度：平面位置限差δts為 0.10h；埋深限差δth為0.15h，式中h為地下管線的中心埋深，單位為cm，當(dāng)h≤100cm時(shí)則以100cm代入計(jì)算。

（2）明顯管線點(diǎn)調(diào)查埋深量測(cè)限差為5cm，中誤差為±2.5cm。

（3）地下管線點(diǎn)的測(cè)量精度：平面位置測(cè)量中誤差（指管線點(diǎn)相對(duì)于鄰近平面控制點(diǎn)）不得大于±5cm，高程測(cè)量中誤差（指管線點(diǎn)相對(duì)鄰近高程控制點(diǎn)）不得大于±2cm。

（4）地下管線圖上測(cè)量點(diǎn)位（實(shí)際地下管線的線位與鄰近地上建（構(gòu)）筑物、道路中心線及相鄰管線的間距）中誤差不得大于圖上±0.5mm。

2、GPS與全站儀和水準(zhǔn)儀的配合

城市地下管線埋設(shè)于地面下方，種類復(fù)雜繁多，呈現(xiàn)帶狀分布，并且各類管線埋設(shè)比較復(fù)雜，所以管線測(cè)量通常距離比較長(zhǎng)，并且存在較多的測(cè)點(diǎn)，外業(yè)三維坐標(biāo)的測(cè)量存在較大的工作量。采用常規(guī)的全站儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行收集的手段，需要沿著管線的方向進(jìn)行平面和高程控制網(wǎng)的建立，在測(cè)量過程中，需要較多的人員，并且還要受到通視條件的限制，導(dǎo)致工作效率低下，測(cè)量精度不高；而采用GPS技術(shù)不但快速、簡(jiǎn)便，而且還能夠提高低下管線的測(cè)量精度。在實(shí)際測(cè)量工作中，GPS也會(huì)受到一些因素的影響，所以GPS和全站儀、水準(zhǔn)儀進(jìn)行結(jié)合，配合使用，不但能提高測(cè)精度同時(shí)還能夠大幅度的提高工作效率，確保任務(wù)高效的完成。

3、現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在地下管線測(cè)量中的應(yīng)用方法

3.1圖根導(dǎo)線控制測(cè)量

圖根控制點(diǎn)沿管線走向以串測(cè)的形式布設(shè)圖根導(dǎo)線，其高程控制宜沿管線點(diǎn)布設(shè)水準(zhǔn)線路，亦可采用測(cè)距三角高程測(cè)量。電磁波測(cè)距圖根導(dǎo)線的主要技術(shù)要求如表1。

圖根水準(zhǔn)采用測(cè)距三角高程測(cè)量時(shí)，應(yīng)與導(dǎo)線測(cè)量同時(shí)進(jìn)行。儀高和鏡高均應(yīng)采用經(jīng)檢驗(yàn)的鋼尺進(jìn)行量測(cè)，取至毫米，其主要技術(shù)要求如表2。

表2主要技術(shù)要求

注：①n為邊數(shù)；②采用對(duì)向觀測(cè)，高差較差≤0.4×S，S為邊長(zhǎng)（km）。

在一次附合導(dǎo)線點(diǎn)上可以直接加密圖根點(diǎn)，但測(cè)距邊不得超過200m，且不得超過定向邊長(zhǎng)，已知點(diǎn)聯(lián)測(cè)不少于2個(gè)方向，當(dāng)使用一個(gè)已知點(diǎn)定向時(shí)，應(yīng)進(jìn)行平面及高程檢測(cè)。電磁波測(cè)距圖根導(dǎo)線因地形限制無法附合時(shí)，可布設(shè)不多于四條邊，長(zhǎng)度不超過450m的支導(dǎo)線，水平角觀測(cè)首站應(yīng)聯(lián)測(cè)兩個(gè)已知方向，其它站水平角應(yīng)分別測(cè)左、右角各一測(cè)回，其固定角不符值與測(cè)站圓周角閉合差不應(yīng)超過±40″，測(cè)邊單程觀測(cè)二次，其較差不應(yīng)大于15mm。圖根光電測(cè)距導(dǎo)線及圖根水準(zhǔn)，最多可從高等級(jí)控制點(diǎn)開始發(fā)展二次（圖根一級(jí)和圖根二級(jí)），當(dāng)邊數(shù)超過規(guī)定時(shí)，應(yīng)布設(shè)成節(jié)點(diǎn)網(wǎng)。

3.2GPS控制測(cè)量

3.2.1選點(diǎn)及布網(wǎng)原則

按照?qǐng)?zhí)行的規(guī)范要求進(jìn)行布網(wǎng)及選點(diǎn)；GPS網(wǎng)至少聯(lián)測(cè)3個(gè)該市控制點(diǎn)；保證至少兩條可通視GPS邊，點(diǎn)位應(yīng)方便于用常規(guī)測(cè)量手段進(jìn)行設(shè)站觀測(cè)，且能保證作業(yè)安全的位置；GPS點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離施工影響區(qū)，埋設(shè)穩(wěn)固，便于保存，同時(shí)視野開闊，障礙物高度角不超過15°，遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源、高壓線、微波傳送通道、強(qiáng)反射體等；GPS網(wǎng)最簡(jiǎn)獨(dú)立環(huán)或附合路線的邊數(shù)一般為4～6條，相鄰點(diǎn)間基線邊進(jìn)行同步觀測(cè)。

3.2.2觀測(cè)方法及技術(shù)要求

測(cè)前對(duì)GPS接收機(jī)進(jìn)行必要項(xiàng)目的檢驗(yàn)測(cè)量，以保證GPS接收機(jī)在良好狀態(tài)下工作；觀測(cè)前編制GPS衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)表，其內(nèi)容包括可見衛(wèi)星號(hào)、衛(wèi)星高度角和方位角、最佳觀測(cè)衛(wèi)星組的最佳觀測(cè)時(shí)間、點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子（PDOP）等，確定最佳觀測(cè)時(shí)間和時(shí)段，根據(jù)以上因素編制觀測(cè)計(jì)劃并嚴(yán)格執(zhí)行；精確地進(jìn)行天線整平、對(duì)中，對(duì)中誤差不大于2mm；每時(shí)段觀測(cè)前、后量取天線高各一次，兩次互差小于2mm，取兩次平均值作為最終成果；觀測(cè)期間作業(yè)員不得擅自離開測(cè)站，也不得對(duì)接收機(jī)進(jìn)行無關(guān)操作，防止儀器受震動(dòng)和被移動(dòng)，防止他人和其它物體靠近天線，以免遮擋衛(wèi)星信號(hào)。

3.2.3GPS網(wǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)處理

外業(yè)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后將存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，通過基線處理軟件，對(duì)同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差、復(fù)測(cè)基線較差、以及GPS基線與電磁波測(cè)距邊較差進(jìn)行檢核。GPS檢測(cè)網(wǎng)平差使用GPS數(shù)據(jù)處理軟件，首先進(jìn)行三維無約束平差，將全部獨(dú)立基線構(gòu)成閉合圖形，以網(wǎng)中其中一個(gè)已知點(diǎn)的WGS-84系的三維坐標(biāo)作為位置基準(zhǔn)，GPS基線向量為觀測(cè)值，基線協(xié)方差陣為權(quán)陣，進(jìn)行三維無約束平差，并提供WGS-84的三維坐標(biāo)、坐標(biāo)差觀測(cè)值的總改正數(shù)、基線邊長(zhǎng)及點(diǎn)位和邊長(zhǎng)的精度信息。三維無約束平差完成后進(jìn)行二維約束平差，二維約束平差以選取的已知控制點(diǎn)為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行約束平差及精度評(píng)定，并輸出相應(yīng)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)、基線向量改正數(shù)、基線邊長(zhǎng)和方位角、轉(zhuǎn)換參數(shù)及其精度信息等。二維平差時(shí)對(duì)起算控制點(diǎn)進(jìn)行篩選，以不同的起算點(diǎn)組合約束條件進(jìn)行平差，取最優(yōu)平差結(jié)果作為GPS控制網(wǎng)最終成果。

采用GPSRTK直接測(cè)定圖根控制點(diǎn)平面位置時(shí)，應(yīng)符合以下規(guī)定：①基準(zhǔn)站的位置宜選擇在高處；②準(zhǔn)確求取基準(zhǔn)站的WGS-84坐標(biāo)；③根據(jù)測(cè)區(qū)大小應(yīng)聯(lián)測(cè)3個(gè)以上且分布均勻的高等級(jí)控制點(diǎn)，求解測(cè)區(qū)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，每次檢測(cè)1個(gè)以上控制點(diǎn)；④應(yīng)選擇衛(wèi)星較好時(shí)段和衛(wèi)星數(shù)不少于5顆時(shí)進(jìn)行作業(yè)，PDOP<6，衛(wèi)星截止高度角≥15°，流動(dòng)站的觀測(cè)精度應(yīng)控制在±2cm以內(nèi)；⑤每點(diǎn)應(yīng)獨(dú)立測(cè)定兩次，其點(diǎn)位較差應(yīng)小于5cm；⑥當(dāng)采用××市GNSS系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，成果數(shù)據(jù)的錄入、傳輸需進(jìn)行仔細(xì)認(rèn)真地檢核，成果表編制人、檢核人需簽名確認(rèn)。

3.3高程控制測(cè)量

采用圖根水準(zhǔn)或光電測(cè)距三角高程測(cè)量方法測(cè)定，應(yīng)布設(shè)成附合路線形式，一般不超過兩次附合，困難地區(qū)無法布設(shè)附合路線時(shí)，可布設(shè)支導(dǎo)線，但應(yīng)加強(qiáng)檢查。圖根水準(zhǔn)應(yīng)起閉于等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)或經(jīng)等級(jí)水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)的控制點(diǎn)，使用不低于DS10級(jí)的水準(zhǔn)儀，配合普通水準(zhǔn)尺單程觀測(cè)，讀數(shù)至mm，施測(cè)時(shí)必須使用尺墊。光電測(cè)距三角高程測(cè)量時(shí)，應(yīng)與導(dǎo)線測(cè)量同時(shí)進(jìn)行，儀器高和覘標(biāo)高均應(yīng)采用經(jīng)檢驗(yàn)的鋼尺進(jìn)行量測(cè)至mm，具體技術(shù)要求見表3。

注：①n為邊數(shù)；②采用對(duì)向觀測(cè)，高差較差≤0.4×S，S為觀測(cè)邊長(zhǎng)（km）。

全站儀極坐標(biāo)法測(cè)定控制點(diǎn)時(shí)，測(cè)站點(diǎn)的高程采用光電測(cè)距三角高程測(cè)量，垂直角采用中絲法觀測(cè)一測(cè)回。

4、結(jié)語

城市地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在地下管線測(cè)量中，GPS技術(shù)充分的實(shí)現(xiàn)了常規(guī)手段無法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)越性和適應(yīng)性，但是全站儀和水準(zhǔn)儀等常規(guī)測(cè)繪手段的重要性也是不容忽視的，目前城市地下管線測(cè)量中，將GPS技術(shù)和全站儀、水準(zhǔn)儀的結(jié)合使用成為城市地下管線測(cè)量的重要測(cè)繪手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟有根.現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在城市地下管線普查中的應(yīng)用[J].測(cè)繪技術(shù)裝備，2005，7（1）：35～37.

[2]金建立.地下管線普查與更新中現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的運(yùn)用探討[J].工程技術(shù)：全文版，2016（12）：00279.

（作者單位：河南省航空物探遙感中心）