CORS 在城市供水管線定位中的應用

劉榮強，陳彬

(宜昌市測繪大隊，湖北宜昌 443000)

CORS 在城市供水管線定位中的應用

劉榮強?，陳彬

(宜昌市測繪大隊，湖北宜昌 443000)

供水管線系統是否完善是衡量城市規劃是否合理的重要指標，其中設施的定位至關重要，將直接影響到整個管線系統的質量及維護更新和事故排查的效率。針對供水管線分布密度高、更新速度快、類型復雜等特點，CORS是一種實用有效的測量定位方法。本文研究CORS在城市供水管線測量定位中的應用，結合武漢市管線設施竣工測量的案例，用多項指標驗證了成果的精度及該方法的可行性，并結合其他定位方法分析，為供水管線設施的定位提供參考意見。

管線測量；CORS；定位精度；綜合分析

1 引 言

依據國家等級控制點進行城市供水系統測量定位有很多弊端:當測區周圍缺少等級控制點時，需要通過布設導線獲取控制資料，增加了內外業的工作量；地物復雜或地形隱蔽的地區，單層圖根控制點數量難以滿足測量要求，需進行多次加密；城市供水設施的覆蓋率和密集程度極高，在測區地物復雜時難以確保圖根點之間相互通視。故傳統的圖根點布設方法比較繁瑣。

隨著CORS在城市測繪中的普及，基于CORS的城市測量新方法得到了越來越廣泛的研究和應用，其中就包括CORS測量定位方法。目前已有城市利用CORS方法進行了供水管網部件的采集[1]，很多城市相繼建立起CORS系統，使得依托城市CORS的管線測量成為可能。CORS的應用簡化了傳統方法布設圖根點的過程，能快速準確的獲取測區的控制資料或直接測得管線設施的絕對坐標，同時解決了因城市飛速發展帶來的管線點丟失、無標識性建筑物時難以定位和排查等問題。

本文結合武漢市管線設施竣工測量案例，將CORS運用于城市管線測量的實際工作中，通過方位角閉合差、導線全長相對閉合精度以及點位中誤差等多項指標驗證了測量成果的精度及該方法的可行性，并根據測區實際情況，結合其他方法綜合分析，為供水管線系統的測量定位提供參考意見。

2 CORS系統在供水管網定位中應用

2.1 CORS測量原理

CORS(Continuously Operating Reference System)是連續運行衛星定位綜合服務系統的簡稱。它是在一個地區根據需求建立一定范圍內長年連續運行的一個或多個固定的GPS參考站，運用互聯網技術、計算機技術、定位技術等進行實時差分改正解算，并實時地向不同類型的用戶自動地提供通過檢驗的各項改正數、GPS原始觀測值以及其他相關GPS服務[2]。

2.2 CORS定位技術在供水管線定位中的實例分析

CORS技術在城市測量中可用于圖根控制點的布設，也可直接用于快速獲取管線設施的位置信息，且操作便捷，定位速度快、效率高，針對供水管線分布密度高、更新速度快、類型復雜等特點是一種實用的測量定位方法。CORS的測量精度普遍達到2 cm～3 cm，遠優于城市管理部件定位精度要求，所以在條件允許時，可避免布設圖根點，利用CORS直接獲取管線設施點平面坐標。

(1)CORS直接進行水管設施定位實例分析

施測區域位于東湖路東湖賓館旁，該區域新裝了一個閘門，附近無圖根點，且管網數據庫中資料不全，沒有可作參照的標志性建筑物，周圍沒有過密的高大建筑物，可直接用CORS對管線點定位。

CORS測量屬于獨立觀測，不存在累積誤差，但該作業方法缺少必要的檢核條件，為保證成果的可靠性，需要對圖根點進行兩次觀測，時間間隔不少于20 min，兩次獨立觀測的平面坐標互差不超過3 cm，否則需追加觀測時段。

CORS定位精度受多方面影響，實例中采集了相同點在不同時段的數據，圖1顯示的分別是08:30和10:30時刻下的衛星強度圖，其中橫坐標表示接收到的衛星號，縱坐標表示衛星強度，用百分比表示，從圖中可知衛星在08:30時刻的有效衛星數目和衛星強度均大于10:30時刻的衛星數目和衛星強度；圖2為衛星在一天當中的信號殘差圖，在09:40～13:00時間段內，衛星信號的殘差波動大，信號不穩定。533786.576。最大偏差｜△x｜=0.003，｜△y｜=0.012。最大偏移距離△S=0.012 4，極限誤差2△S=0.024 8。根據管線測量相關規范要求[3，4]，隱蔽管線點探查的埋深較差△H和水平位置偏差△S，應分別滿足式:△H≤0.15×h，△S≤0.10×h，式中h為管線埋深，當h＜100 cm時，按100 cm計算，實例中管線埋深約為1m，即平面位置精度限差為0.1m，說明網絡連接正常時，CORS測量數據完全滿足管線設施測量定位的精度要求。

圖1 不同時刻的衛星信號強度圖

網絡連接正常時不同時間段測量精度比較 表1

圖2 一天中衛星信號的殘差圖

統計“固定”狀態下的數據(如表1)，可計算出橫縱坐標值的偏差、點位偏差以及點位坐標的平均值。通過測量數據求得閘門坐標為:X=3381814.313，Y=

因此，網絡連接正常時，測量精度僅隨衛星在空間中的幾何分布和信號強度發生微小變化[7]。另外，衛星在空中的幾何分布、網絡連接是否正常等情況均會影響CORS測量的精度[8]。衛星數較多且位置分布較好時，CORS精度較高。

精度滿足要求時取多次測量平均值作為該點的平面坐標，并制作管線竣工圖和節點大樣圖。

(2)CORS配合全站儀進行水管設施定位實例分析

大型工程中因條件限制用CORS直接定位水管設施有困難，可以用CORS布設圖根控制點，配合全站儀極坐標或者交會法進行測量定位。實際操作中至少需要三個圖根點互為檢核條件，然后通過手動計算或者軟件進行實時糾正[5]。

測區位于珞獅路旁的明雅園小區，面積較大、周邊無高大的建筑群，周邊無控制點。根據區域地形環境及管線分布情況綜合分析，共需要布置5個圖根點，盡量保證相互通視，觀測時段為9:00～11:30。

①獲取圖根點坐標

在固定狀態下分別測量5次，作為復測檢核條件，PODP小于等于0.6，坐標值如表2所示。

圖根點復測表 表2

從表2可以看出5號點較差最大，為0.01 m，最小較差為4號點，差值為0.004 m。取五次的平均值為作為圖根點的坐標，得到GPS點的較差分布，如圖3所示，圖中橫坐標為CORS所測圖根點點號，縱坐標為X軸方向、Y軸方向偏差值及點位偏差值。(如圖4所示)，并進行數據分析(如表3所示)。分別從角度閉合差和坐標增量閉合差進行計算與檢驗。

圖3 GPS點的較差分布圖

圖4 附合導線圖

②測量數據及精度分析

附和導線計算表 表3

在角度閉合差，導線全長相對閉合差合格的情況下，計算坐標增量改正數，并推算各點坐標，由表3計算得出各點位的中午差和誤差橢圓參數，如表4所示。

點位誤差表 表4

管線點的平面位置中誤差計算公式為:

式中:△Si—原點位與復查點位間的平面位置偏差(cm)；n—復查點數。

其數值不應該超過規范[6]規定限差的1/2。圖根導線測量中規定城市管線測量在1∶500比例尺中，點位中誤差不得超過0.05 m。由表4知各點的點位中誤差均未超過0.05 m，精度滿足要求。

③制作竣工成果

當驗證點位中誤差未超限后，即可制作管線竣工成果(如圖5所示)及各節點大樣圖。

圖5 管線設施竣工圖

3 城市供水管網定位方法綜合分析

綜上所述，供水管網系統的定位方法呈現出多樣化的特點，文章中用了兩個實例進行分析，分別是CORS直接進行水管設施定位和CORS配合全站儀進行水管設施定位，用兩種方式進行水管設施定位均可達到精度要求，在擁有CORS基站及相應設備的前提下，均不需要已知等級控制點、圖根點及數字化地形圖，且操作便捷、定位效率高。

但兩種各種方法都有各自的優勢和局限性:用CORS直接進行水管設施定位時所有施測點間均不需通視，且測量成果均為獨立觀測，沒有誤差傳遞和積累，適用于城市道路及周邊小區、因城市建設而拆遷各種施工地，在條件允許的情況下可盡量選擇用該種方式進行水管設施測量定位，但CORS信號的接收受制于高大建筑物遮擋及大功率電磁干擾等問題，所以用CORS直接進行水管設施定位要求測區內比較開闊、待測點周圍均無過密的高大建筑物或大功率電磁設備。相比而言，用CORS配合全站儀進行水管設施定位對測區內各個待測點周圍的建筑遮擋及電磁干擾等要求不是很苛刻，該方法可適用于水管設施復雜的各種測區，但首先需要在測區周邊布設至少3個圖根點并保證相互通視，并根據待測點位布設導線，進行相應計算、檢核與改正，增加了計算的工作量。

在供水管網定位系統中，需根據測區的具體情況選擇或綜合應用各種方法，以保證測量的效率和精度，更好地為供水管網系統的建立、維護和更新服務。

[1] 褚俊英，陳吉寧，鄒驥等.城市污水處理廠的規模和效率研究[J].中國給水排水，2004，20(5):35～38.

[2] 劉基余.GPS衛星導航定位原理與方法[M].北京:科學技術出版社，2003.

[3] 周鳳林，洪立波.城市地下管線探測技術手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，1998.

[4] 孫現申.工程測量學[M].北京:解放軍出版社，2004.

[5] 張雪峰，梅長青.基于實例的RTK與全站儀聯合數據采集在地形測量中的應用研究[J].科技創新導報，2009 (30):10.

[6] 李生平.建筑工程測量[M].北京:高等教育出版社，2002.

[7] G.G.Wilkinson，P.F.Fisher.Rencent develpoment and future trends in geoinformation system[J].The cartographi Jonrnal，1987，24(1).

[8] Aziz.Land related information system and education[J]. Australian Journal of Geodesy Photogrammetry and Surveying，1986，44.

The App lication of the CORS in Urban W ater Pipeline Positioning

Liu Rongqiang，Chen Bin
(Yichang City，Surveying and Mapping Detachment，Yichang 443000，China)

Whether the water pipeline system is perfect or not is an important indicator ofwhether a urban planning is reasonable or not，and the plumbing facilities positioningwhich will directly affects the quality and the efficiency ofmaintenance，updating and troubleshoot of the entire pipeline system is critical.For characteristics of high distribution density，high updating speed and complexity of types of thewater pipeline facilities distribution，CORS is a practical and effectivemeasuring and positioningmethod.The article studies the application of the CORS in measuring and positioning of urban water pipeline，and combined with the cases of the completionmeasuring ofwater pipeline facilities in Wuhan，verifies the accuracy and feasibility ofmeasuring result of thismethod with various kinds of indicators，and by comprehensive analysis combined with other positioningmethods，provides reference for the positioningmethods of thewater pipeline facilities.

pipelinemeasuring；CORS；positioning precision；comprehensive analysis

1672-8262(2013)05-146-04

P228，P258

B

2012—12—26

劉榮強(1975—)，男，工程師，主要從事城市測繪工作。