GPS技術(shù)在長(zhǎng)輸管線工程控制測(cè)量中的實(shí)際應(yīng)用

薛鵬飛

摘 要：GPS技術(shù)是現(xiàn)代化工程控制測(cè)量中的重要技術(shù)，現(xiàn)階段GPS技術(shù)因定位精度高、測(cè)量比較迅速、需要的人力資源比較少等等優(yōu)點(diǎn)成為很多工程項(xiàng)目控制測(cè)量的主要方式。將GPS技術(shù)應(yīng)用在新時(shí)期的長(zhǎng)輸管道工程項(xiàng)目的控制測(cè)量不僅能提高施工效率，還能提高施工測(cè)量的準(zhǔn)確性。近年來(lái)隨著管道行業(yè)的高效發(fā)展，尤其是西氣東輸工程和二線工程擴(kuò)上大鋪設(shè)，傳統(tǒng)的控制測(cè)量技術(shù)已不能滿足項(xiàng)目的發(fā)展需求。GPS技術(shù)以其優(yōu)勢(shì)，在長(zhǎng)輸管線的控制測(cè)量中發(fā)揮著更大的作用，基于此，文章重點(diǎn)研究其在工程控制測(cè)量中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；長(zhǎng)輸管線；控制測(cè)量；實(shí)際應(yīng)用

引言

對(duì)長(zhǎng)輸管道工程項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，測(cè)量控制是非常重要的，但傳統(tǒng)的控制測(cè)量也就是使用經(jīng)緯儀以及全站儀等設(shè)備控制測(cè)量網(wǎng)，這種控制測(cè)量方法存在很多的不足，比如：工作量整體很大，工作時(shí)間比較長(zhǎng)，而且還會(huì)受氣候和環(huán)境因素的影響，還有就是其誤差積累也比較明顯，因此很難滿足現(xiàn)代工程對(duì)準(zhǔn)確度要求較高的需求。總而言之，用傳統(tǒng)控制測(cè)量方法進(jìn)行長(zhǎng)輸管道工程的測(cè)量控制不僅操作困難，而且相應(yīng)的代價(jià)比較高，在這樣的時(shí)代背景下GPS技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)生解決了傳統(tǒng)控制測(cè)量的弊端，在很大程度上使工程項(xiàng)目的測(cè)量效率和測(cè)量可靠度得到了提升，與此同時(shí)還有效降低了工程整體的成本投入。

1 GPS技術(shù)的測(cè)量工作原理

GPS技術(shù)本質(zhì)上是一種導(dǎo)航系統(tǒng)，其工作原理就是測(cè)量已知區(qū)域的衛(wèi)星和用戶接收機(jī)間的距離，結(jié)合依據(jù)其他衛(wèi)星的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)用戶接收機(jī)的準(zhǔn)確位置進(jìn)行推算。在GPS技術(shù)基礎(chǔ)上衍生出來(lái)的GPS-RTK是一種實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，它夠?qū)崟r(shí)的為測(cè)量人員提供測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)定位數(shù)據(jù)，而且測(cè)量精度比較高，一般可達(dá)到厘米級(jí)。GPS-RTK在工作時(shí)會(huì)使用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的GPS接收機(jī)，同時(shí)進(jìn)行信號(hào)的接收，這兩臺(tái)中有一臺(tái)放置在已知區(qū)域點(diǎn)作基準(zhǔn)站，另外的一臺(tái)就是來(lái)測(cè)量未知坐標(biāo)，即平常所稱的流動(dòng)站，基準(zhǔn)站按照所在位置的坐標(biāo)算出和衛(wèi)星之間的距離改正數(shù)，然后把數(shù)據(jù)傳送給流動(dòng)站，流動(dòng)站用無(wú)線設(shè)備接收數(shù)據(jù)，接著按照相對(duì)定位原理，計(jì)算出流動(dòng)站的具體三維坐標(biāo)。

2 GPS技術(shù)在工程控制測(cè)量中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)

2.1 GPS技術(shù)在工程控制測(cè)量中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

GPS技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，測(cè)量精度比較高。GPS技術(shù)對(duì)距離較短的測(cè)量，一般情況下測(cè)量精度能達(dá)到毫米級(jí)別，而傳統(tǒng)的差分導(dǎo)航僅能達(dá)到米或者厘米級(jí)別。第二，用途較廣泛。GPS技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都可以得到應(yīng)用，對(duì)從事測(cè)繪的工作人員來(lái)說(shuō)，其早已在工程測(cè)繪領(lǐng)域有了很好的應(yīng)用，其應(yīng)用范圍涉及到大地測(cè)量及各種工程控制測(cè)量網(wǎng)的建立等等，尤其在工程測(cè)量中更是應(yīng)用廣泛，對(duì)現(xiàn)代化工程項(xiàng)目的自動(dòng)控制系統(tǒng)研究而言，GPS技術(shù)是其未來(lái)的重要應(yīng)用方向。第三，自動(dòng)化程度高。應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)量時(shí)，僅需一人將天線準(zhǔn)確安置好，接著就能自動(dòng)開始工作了。在測(cè)量結(jié)束時(shí)，同樣很方便，只需將電源關(guān)掉，接收機(jī)就會(huì)自動(dòng)把采集的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，然后進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和計(jì)算。

2.2 GPS技術(shù)的缺點(diǎn)

GPS技術(shù)的應(yīng)用缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，受衛(wèi)星的影響較大。隨著時(shí)間的推移和現(xiàn)代化測(cè)量要求的不斷提高，GPS技術(shù)的衛(wèi)星組成以及信號(hào)強(qiáng)度都無(wú)法與當(dāng)前的實(shí)際需要相吻合，在衛(wèi)星位置對(duì)美國(guó)比較有利時(shí)，世界上部分國(guó)家在這一時(shí)間段就不能被衛(wèi)星信號(hào)很好的覆蓋。第二，會(huì)受電離層的影響。電離層的影響也是分時(shí)間的，一般白天中午時(shí)干擾比較大，此時(shí)共用的衛(wèi)星數(shù)相對(duì)較少，所以就可能出現(xiàn)無(wú)法進(jìn)行初始化的情況，這種情況下當(dāng)然也無(wú)法進(jìn)行正常測(cè)量。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)顯示每天中午十二點(diǎn)到十三點(diǎn)之間，RTK測(cè)量比較困難。第三，會(huì)被數(shù)據(jù)鏈傳輸距離所影響。數(shù)據(jù)鏈信號(hào)傳輸中比較容易受到外界環(huán)境的干擾，在被干擾后，傳輸中的信號(hào)衰減也比較嚴(yán)重，進(jìn)而影響外業(yè)精度和半徑。除此之外，如果RTK的作業(yè)半徑超過(guò)某一特定距離，這時(shí)測(cè)量結(jié)果整體誤差就會(huì)超限，因此RTK的實(shí)際作業(yè)半徑要比理論半徑小，相關(guān)部門也都研究證實(shí)了這點(diǎn)。

3 GPS技術(shù)在長(zhǎng)輸管線工程控制測(cè)量中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 工程概況

某長(zhǎng)輸氣管道工程主線地形比較復(fù)雜，而且地貌多樣，沼澤地多，途中還會(huì)穿越一些大型的河流和公路，也就是說(shuō)輸送途中視線遮擋較嚴(yán)重。為滿足該工程項(xiàng)目的實(shí)際需要，修建了一條長(zhǎng)距離的天然氣外輸管線。管線設(shè)計(jì)時(shí)采用直縫電阻焊接鋼管，管道全線總長(zhǎng)為八十點(diǎn)五九千米。

3.2 GPS測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)

長(zhǎng)輸管線工程項(xiàng)目的控制測(cè)量工作中首先要做的就是控制測(cè)量的布設(shè)，控制測(cè)量主要有平面控制測(cè)量以及高程控制測(cè)量。其中平面控制測(cè)量一半都是使用靜態(tài)的GPS測(cè)量控制網(wǎng)，而對(duì)于高程控制測(cè)量則是使用GPS高程擬合法與此同時(shí)再和國(guó)家等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量，以此確保測(cè)量精度。在GPS的測(cè)量控制網(wǎng)布設(shè)中，要按照《長(zhǎng)距離輸油輸氣管道測(cè)量規(guī)范》進(jìn)行測(cè)量控制點(diǎn)的布設(shè)，對(duì)線路起點(diǎn)、終點(diǎn)以及長(zhǎng)度大于三十千米的點(diǎn)都要和國(guó)家控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，并采取一定的措施防治長(zhǎng)度變形。布設(shè)時(shí)應(yīng)注意以下要求：第一，導(dǎo)線起閉點(diǎn)的GPS必須要成對(duì)出現(xiàn)；第二，布設(shè)的位置交通應(yīng)該盡量方便，在布設(shè)邊長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)，要注意和周圍通信設(shè)施的協(xié)調(diào)處理；第三，每對(duì)點(diǎn)和相鄰對(duì)點(diǎn)之間的距離不能大于十千米。

3.3 靜態(tài)GPS控制測(cè)量

第一，作業(yè)時(shí)間段時(shí)的選擇。因?yàn)楣こ添?xiàng)目的管線沿途地貌復(fù)雜，為確保能獲取較為完整的數(shù)據(jù)，一定要根據(jù)天氣預(yù)報(bào)衛(wèi)星的可見預(yù)報(bào)挑選最佳的觀測(cè)時(shí)間。一般而言衛(wèi)星幾何分布好的話那么定位的精度也就會(huì)比較高。衛(wèi)星分布情況可以使用Planning軟件進(jìn)行預(yù)測(cè)查看，然后按照預(yù)測(cè)安排工作。第二，基準(zhǔn)站的選定。在這一階段的工作中基準(zhǔn)站的架設(shè)位置非常重要，除了要滿足GPS靜態(tài)測(cè)量的要求外，基準(zhǔn)站架設(shè)對(duì)周圍的環(huán)境也有一定的要求，其必須開闊且比較高，這樣能方便電臺(tái)的發(fā)射。為確保測(cè)量精度，接收機(jī)應(yīng)架設(shè)在測(cè)量段的中間位置。

3.4 RTK控制測(cè)量

測(cè)量中采用如下的工作模式：基準(zhǔn)站一人，流動(dòng)站四人，這四人中兩人負(fù)責(zé)操作GPS，另外兩人負(fù)責(zé)記錄。具體作業(yè)時(shí)，中線各一百米采點(diǎn)均勻，而且對(duì)中線附近也要采點(diǎn)仔細(xì)。流動(dòng)站接收機(jī)開機(jī)之后，先要進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，然后輸入相應(yīng)的參數(shù)，接著進(jìn)行流動(dòng)站的設(shè)置。為保證RTK的準(zhǔn)確性，可使用以下方法：第一，求轉(zhuǎn)換參數(shù)。測(cè)量中，每站都要選那些殘差比較少，而且精度較穩(wěn)定的點(diǎn)解算轉(zhuǎn)換參數(shù)。第二，減小作業(yè)半徑。一般而言基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的距離越短，計(jì)算的固定解也就越穩(wěn)定，當(dāng)然精度就會(huì)越高。第三，基準(zhǔn)站盡量設(shè)在地勢(shì)開闊且比較高的點(diǎn)上，以此保證信號(hào)發(fā)射和接收不會(huì)受干擾。第四，對(duì)干擾大的地方在數(shù)據(jù)采集時(shí)可延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的GPS技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)經(jīng)歷了大致二十多年，總體上比較成熟。文章在分析了GPS技術(shù)的相關(guān)概念的基礎(chǔ)上，對(duì)長(zhǎng)輸管線GPS控制測(cè)量應(yīng)用進(jìn)行了研究，旨在能為同類工程提供有價(jià)值的理論參考，進(jìn)而提高工作效率并降低工程成本，從而實(shí)現(xiàn)其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

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