GPS技術(shù)在長距離輸氣管道測(cè)量中的應(yīng)用

河南省濮陽市中原石油勘探局勘察設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪大隊(duì) 周義高 胡玉芹 黃建安

GPS技術(shù)在長距離輸氣管道測(cè)量中的應(yīng)用

河南省濮陽市中原石油勘探局勘察設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪大隊(duì) 周義高 胡玉芹 黃建安

一、GPS技術(shù)使用概況

隨著技術(shù)的發(fā)展，GPS的作業(yè)模式已從靜態(tài)測(cè)量、快速靜態(tài)測(cè)量、后處理高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量，發(fā)展到動(dòng)態(tài)初始化（OTF）厘米級(jí)實(shí)時(shí)RTK測(cè)量作業(yè)。GPS可以高精度并快速地測(cè)定各級(jí)控制點(diǎn)的坐標(biāo)，應(yīng)用RTK技術(shù)，甚至可以不布設(shè)各級(jí)控制點(diǎn)，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準(zhǔn)控制點(diǎn)，便可以高精度并快速地測(cè)定地形點(diǎn)、地物點(diǎn)的坐標(biāo)，利用測(cè)圖軟件可以在野外測(cè)繪成地形圖，然后通過計(jì)算機(jī)和繪圖儀打印輸出各種比例尺的圖件。

采用RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)圖，僅需一人背著儀器在要測(cè)的碎部點(diǎn)上呆上幾秒鐘并同時(shí)輸入特征編碼，通過電子手簿或便攜微機(jī)記錄，在點(diǎn)位精度合乎要求的情況下，把一個(gè)區(qū)域內(nèi)的地形地物點(diǎn)位測(cè)定后，在室內(nèi)或野外，均可由專業(yè)測(cè)圖軟件輸出所要求的地形圖。用RTK技術(shù)測(cè)定點(diǎn)位不要求點(diǎn)間通視，1或2人便可完成測(cè)圖工作，大大提高了測(cè)圖的工作效率。

二、GPS技術(shù)在川氣東送管道工程測(cè)量中的應(yīng)用

1. 項(xiàng)目概述。川氣東送管道工程西起川東北普光首站，東至上海末站，自西向東途經(jīng)四川、重慶、湖北、安徽、江蘇、浙江、上海五省二市，全長1 702km，天然氣主供江浙滬目標(biāo)市場，兼顧沿線主要城市居民用氣，并適當(dāng)考慮四川、重慶、河南和山東的需求。

2. 儀器、設(shè)備與工具的使用及其檢驗(yàn)情況。本測(cè)區(qū)控制網(wǎng)的觀測(cè)使用經(jīng)檢驗(yàn)合格的三臺(tái)套Trimble 4700和四臺(tái)套Trimlbe5700接收機(jī)，其標(biāo)稱精度為靜態(tài)平面5mm+0.5ppm，高程5mm +1ppm；動(dòng)態(tài)平面10mm+1ppm， 高程20mm+2ppm ;測(cè)圖軟件采用CASS6.0，繪圖儀為HP design jet 3500CP，東芝便攜式筆記本電腦及相關(guān)軟件。

3. GPS控制測(cè)量坐標(biāo)及高程系統(tǒng)。

（1）GPS測(cè)量采用WGS-84大地坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系的橢球基本參數(shù)及主要幾何和物理常數(shù)：a=6 378 137，f=1/298.257 223 563。GPS數(shù)據(jù)記錄時(shí)間為世界協(xié)調(diào)時(shí)間（UTC），手簿記錄時(shí)間為北京時(shí)間，時(shí)差8h。

管道測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)：1954年北京坐標(biāo)系，按6°分帶投影。本測(cè)區(qū)投影中央子午線為111°，117°，第19，20帶。其橢球基本參數(shù)及主要幾何和物理常數(shù)：a=6 378 245，f=1/298.3。

高程系統(tǒng)：1985國家高程基準(zhǔn)。

（2）已有數(shù)據(jù)及利用。筆者所在單位收集有“仙桃—安慶”管道設(shè)計(jì)線路附近國家II、III等三角點(diǎn)和一等水準(zhǔn)點(diǎn)成果。該成果為1954年北京坐標(biāo)系、1985國家高程基準(zhǔn)。經(jīng)實(shí)地踏勘檢核，證明其埋設(shè)穩(wěn)固，精度可靠。

本項(xiàng)目采用了“杜家窯、小淌子、鴨子嶺、天子山、筆架寨、豐谷寨、徐家鋪、雨山寨、黃家河塌、王居山、豐谷寨、興安嶺”等點(diǎn)作為本區(qū)控制測(cè)量的平面起算點(diǎn)；同時(shí)，采用“V5、LV23、Ⅱ武九48、Ⅱ武九52、Ⅱ公武96、Ⅲ-20-9、Ⅲ-18-25、Ⅲ-18-6-2、Ⅱ江左-139、皖水Ⅲ16-34-3”等國家水準(zhǔn)點(diǎn)作為控制測(cè)量的高程起算點(diǎn)。

（3）布網(wǎng)情況。按照“線路測(cè)量規(guī)定”要求，采用D級(jí)GPS網(wǎng)作為本測(cè)區(qū)的基本控制。從仙桃至安慶整體布設(shè)D級(jí)GPS網(wǎng)，點(diǎn)距6～8km，每隔20～30km左右聯(lián)測(cè)了一個(gè)國家II、III等三角點(diǎn)。由于測(cè)區(qū)高程相差很大，D級(jí)GPS網(wǎng)除利用四等水準(zhǔn)或四等三角高程進(jìn)行足夠的大地正常高聯(lián)測(cè)外，直接將沿線部分一等水準(zhǔn)點(diǎn)（如Ⅲ-18-25等）直接納入GPS控制網(wǎng)，進(jìn)行GPS觀測(cè)。

本區(qū)域D級(jí)GPS網(wǎng)由66點(diǎn)組成，其中聯(lián)測(cè)國家三角點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)。GPS D級(jí)網(wǎng)按邊連式連接，以大地四邊形為基本圖形組網(wǎng)觀測(cè)，進(jìn)行了整體平差。

（4）觀測(cè)方法。利用7臺(tái)Trimble 4700LS及Trimble 5700LS接收機(jī)采用靜態(tài)測(cè)量方法進(jìn)行觀測(cè)，接收機(jī)的標(biāo)稱精度技術(shù)措施如下。

聯(lián)測(cè)已知點(diǎn)有效觀測(cè)時(shí)間為120min左右，其他D級(jí)點(diǎn)的觀測(cè)60min（每分鐘4個(gè)歷元）；兩圖形（兩時(shí)段）間采用邊連接的方式向前推進(jìn)。

天線高測(cè)前測(cè)后取中數(shù)（兩次量高互差應(yīng)不大于3mm）。

同步觀測(cè)時(shí)各站做到了同時(shí)跟蹤視野內(nèi)相同的衛(wèi)星，起始、結(jié)束時(shí)間一致。

在同步觀測(cè)過程中，觀測(cè)者將手機(jī)、對(duì)講機(jī)遠(yuǎn)離GPS接收天線。

每日觀測(cè)結(jié)束后，及時(shí)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，然后進(jìn)行基線向量的解算，進(jìn)行了同步環(huán)和異步的檢驗(yàn)。

（5）數(shù)據(jù)處理和GPS網(wǎng)平差。對(duì)所有GPS采集的數(shù)據(jù)，用Trimble GPS接收機(jī)隨機(jī)預(yù)處理軟件Trimble GPSurvey2.35進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)合格的基線向量所構(gòu)建的GPS基線向量網(wǎng)進(jìn)行平差解算，求出網(wǎng)中各點(diǎn)的坐標(biāo)成果，同時(shí)根據(jù)GPS網(wǎng)中各點(diǎn)的正高或正常高進(jìn)行高程擬合，求得各GPS點(diǎn)的高程。

基線解算：解算當(dāng)天時(shí)段的所有同步基線，并進(jìn)行同步環(huán)的檢驗(yàn)，解算同步基線及重復(fù)基線。

平差后GPS控制網(wǎng)中最弱邊的相對(duì)精度為1/60萬，高程中誤差的最大值為0.045m，達(dá)到了“GPS測(cè)量規(guī)范”中D級(jí)GPS控制網(wǎng)的精度，完全能夠滿足此項(xiàng)工程的精度要求。

4. RTK測(cè)量。RTK是指載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位（Real-Time Kinematic），它是GPS發(fā)展的最新形式。靜態(tài)GPS測(cè)量采用相位差分可以達(dá)到厘米甚至毫米級(jí)精度，但缺點(diǎn)是經(jīng)過事后處理才知道結(jié)果，而RTK通過實(shí)時(shí)處理即能達(dá)到厘米級(jí)精度。

三、結(jié)論

GPS技術(shù)應(yīng)用于川氣東送管道工程（仙桃—安慶段）測(cè)量，使得線路測(cè)量的效率、質(zhì)量大大提高，而且節(jié)省了測(cè)量人員體力的支配。另外減少了對(duì)樹木的砍伐，起到了一定的環(huán)保作用。GPS技術(shù)已成為長距離輸氣管道測(cè)量的一個(gè)重要組成部分，隨著GPS技術(shù)不斷的提高以及廣大測(cè)繪工作者的不斷探索，GPS會(huì)逐步深入到更具體的工作中并滿足更多工程的需要。