大慶- 哈爾濱天然氣管道工程測量技術(shù)解析

丁玉臣

（黑龍江省第五地質(zhì)勘查院，黑龍江 哈爾濱150090）

隨著測繪新技術(shù)的快速發(fā)展，測繪新技術(shù)在天然氣管道的工程測量中得到了廣泛應(yīng)用。其中GPS-RTK 技術(shù)以及現(xiàn)代化測圖技術(shù)極大地便利了天然氣管道工程的測量工作，提升了天然氣管道測量實施的效率。大慶- 哈爾濱天然氣管道工程的投產(chǎn)和使用是我國北氣南用的重要舉措，在工程測量實踐的過程中，通過GPS 控制測量、GPS 控制網(wǎng)加密、管道工程中線實施等測量過程對于天然氣管道工程的測量技術(shù)進行了解析，并分析了GPS-RTK 技術(shù)應(yīng)用過程中存在的問題與對策。

1 大慶- 哈爾濱天然氣管道工程概述

大慶- 哈爾濱天然氣管道工程是大慶油田石油管理局與2007 年開設(shè)的重要建設(shè)工程之一。工程的起點位于肇東市德昌鎮(zhèn)的大慶深層氣田區(qū)域東部，終點位于哈爾濱雙城市東宮鎮(zhèn)2km 處。工程建設(shè)總路線總長為78km，工期為2006 年10 月8日至2007 年12 月5 日。建設(shè)投入資金為39121 萬元。設(shè)計天然氣輸入量為50×108m3/a，采用L485711 螺旋縫埋弧焊和直縫埋弧焊鋼管，管線沿路的抗震烈度未6 度。于2007 年12 月5 日按工期完工，投產(chǎn)成功并平穩(wěn)運行。

2 GPS-RTK 管道工程測量技術(shù)解析

2.1 GPS 控制測量

本次工程按照比例尺為1：50000 的地形圖進行管道鋪設(shè)路線的選取，并在管道鋪設(shè)路線中選定管道鋪設(shè)的中線樁以及工程測量控制網(wǎng)。在選定好路線和中線控制樁后即開始GPS 控制測量，控制網(wǎng)坐標系選擇北京1954，6°分帶，高程采用國家標準1985 高程基準，并由大慶當?shù)販y繪局提供GPS 控制測量起算點的坐標和高程數(shù)據(jù)。在控制測量的過程中，首先要進行GPS控制網(wǎng)的架設(shè)，GPS 控制網(wǎng)由E 級首級控制網(wǎng)以及通過GPS-RTK 加密而成的次級加密控制網(wǎng)組成。根據(jù)管道鋪設(shè)控制測量的需求，選擇一定密度的控制點展開GPS 控制測量。在GPS 控制測量的過程中，嚴格按照GPS 控制網(wǎng)進行測量，并對于測量過程中出現(xiàn)的測量誤進行分析和校正。

2.1.1 平面控制測量

全區(qū)共布設(shè)48 對二級點，組網(wǎng)時每組任選一個觀測條件的點組成靜態(tài)網(wǎng)，另一點則采用快速靜態(tài)定位。靜態(tài)定位網(wǎng)以3邊同步環(huán)連接再通過長邊同步環(huán)整體構(gòu)網(wǎng)形成異步環(huán)，最多為7 條邊。快速靜態(tài)定位以兩個靜態(tài)點作固定站進行觀測。因GPS網(wǎng)的基本圖形為同步三角形，所以開始作業(yè)及每天觀測前必須根據(jù)氣象、交通、車輛情況編制好觀測計劃，確定各測站的觀測線路和點位，預(yù)計可能出現(xiàn)的問題并提出處理意見，以便做到緊張有序的工作。同時根據(jù)星歷預(yù)報表，安排好觀測時間，從而避開星歷較差的時間段。

數(shù)據(jù)處理應(yīng)用隨機后處理軟件，導(dǎo)入外業(yè)原始觀測數(shù)據(jù)時，根據(jù)儀器號和測量時段錄入站點名、儀器高、天線類型等信息。檢查人員依據(jù)外業(yè)觀測手簿，對錄入數(shù)據(jù)進行100%校核。所有基線均采用雙差固定解。

以網(wǎng)中觀測時間最長的單點定位結(jié)果的平差值的WGS-84系三維坐標為起算，將三維基線向量及其相應(yīng)的方差協(xié)方差作為觀測信息，進行GPS 網(wǎng)的無約束平差。平差的主要目的是檢驗網(wǎng)本身的內(nèi)部符合精度以及基線向量之間有無粗差。平差后提供各點WGS-84 系的三維坐標，各基線向量三個坐標差觀測值的總改正數(shù)，邊長以及點位和邊長的精度信息。GPS 基線向量網(wǎng)的二維約束平差在1954 年北京坐標系中進行。約束條件是網(wǎng)中起算點的固定坐標，觀測量應(yīng)是將原始基線向量轉(zhuǎn)換投影到國家坐標系的二維平面上的二維基線向量及其轉(zhuǎn)換后的方差協(xié)方差陣。

2.1.2 高程控制測量

表1 四等水準測量觀測限差要求

2.1.3 圖根控制測量

圖根點可采用圖根導(dǎo)線、GPS-RTK 等方法加密。起閉于二級以上平面控制點，一般不宜超過二次附合。圖根導(dǎo)線測量的技術(shù)要求見表2。

表2 圖根導(dǎo)線測量技術(shù)要求

當采用GPS-RTK 方法加密時，流動站至基準站的最大距離不應(yīng)大于8Km，每一次設(shè)立基準站首末各檢測一個已知點。平坦開闊地區(qū)圖根點的密度要求，見表3。

表3 圖根點的密度要求

地形復(fù)雜、隱蔽以及城市建筑區(qū)，應(yīng)以滿足測圖需要并結(jié)合具體情況加大密度。圖根點采用臨時標志，但應(yīng)有能保存一個時期的點位，以便檢查應(yīng)用。

圖根水準計算可簡單配賦，高程應(yīng)取至厘米。圖根光電測距三角高程測量技術(shù)要求，見表4。

表4 圖根光電測距三角高程測量技術(shù)要求

2.2 GPS 控制網(wǎng)加密及中線實施

GPS 控制網(wǎng)對于GPS 控制測量至關(guān)重要，本工程使用的GPS 控制網(wǎng)包括了首級控制網(wǎng)、GPS-RTK 加密控制網(wǎng)兩部分。因此需要對于GPS 控制網(wǎng)進行加密，即在每一段測量線路均開展WGS-84 坐標以及北京54 坐標的轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)中線控制坐標和GPS 控制網(wǎng)坐標的一致性。在GPS 坐標轉(zhuǎn)換時可以通過RTK 的手簿進行坐標參數(shù)的計算，在控制點選擇上可以采取靈活搬動的方案，選擇可靠的控制點位進行測量，減少地形或者外界因素的影響。在選擇好控制點測量方案以及完成坐標參數(shù)轉(zhuǎn)換后在開展相應(yīng)的PTK 碎步測量；碎步測量要保證在測量時基準站和流動站的信號傳播奧不少于5 顆衛(wèi)星，信號傳播的精度要盡可能保證為固定，然后進行工程坐標的測量。測量過程中要注意保存好觀測點的點名，坐標觀測值等信息；要注意規(guī)避測量區(qū)域內(nèi)的密集建筑物、天線架臺等確保觀測數(shù)據(jù)的準確性。最后測量完成后要對于測量完成的不同觀測站坐標的檢核，要保證測量的縱橫誤差不超過20cm，高程誤差不超過40cm。

3 管道測量中存在的問題與對策

由于大慶- 哈爾濱天然氣管道鋪設(shè)距離為78km，因此需要建設(shè)多個中線控制樁，將管道鋪設(shè)路線進行分段處理。這就不可避免地會導(dǎo)致在測量的過程中出現(xiàn)誤差較大，測量精度不高的現(xiàn)象。除此以外，由于受到不同地區(qū)時間段和氣候的影響，通過GPS-RTK 技術(shù)進行測量的GPS 衛(wèi)星信號精度存在差異，這也導(dǎo)致了GPS 控制測量精度不高的問題。基準站的架設(shè)也關(guān)乎到GPS 測量的精確度，但是由于測量區(qū)域地形和其他因素的影響，會導(dǎo)致基準站架設(shè)出現(xiàn)一定的誤差，或者受到周圍地物多路徑效應(yīng)的影響，無法很好的傳播GPS 衛(wèi)星信號進行相應(yīng)的坐標計算；移動站的使用也關(guān)乎到GPS 測量的精度，由于移動站測量時出現(xiàn)傾斜或者受到測量區(qū)域地物遮蓋的影響，會導(dǎo)致其接受的GPS 衛(wèi)星信號為浮動或者偽距，這就會在一定程度上影響GPS 控制測量的精度。最后階段的網(wǎng)絡(luò)平差計算也會影響到GPS 整體測量的精度，但是由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式的問題，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)平差計算的效率十分低下。

針對天然氣管道工程測量中出現(xiàn)的問題，首先要建立起一個完善的GPS 控制網(wǎng)，要對于首級控制網(wǎng)和次級控制網(wǎng)進行精度評價。此外，在進行GPS 測量時要提前預(yù)測測量區(qū)域不同時段的天氣狀況，檢測GPS 衛(wèi)星信號強度，確保在GPS 接收信號良好的情況下開展GPS 測量。對于GPS 移動站接收信號出現(xiàn)浮動或者偽距的情況，可以先到開闊的地方接收GPS 信號，然后再進行坐標測量。對于基準站出現(xiàn)測量誤差的情況，就需要提前指定控制點選擇方案，選擇周圍視野開闊，地面平整的地區(qū)開展測量工作；對于流動站測量時出現(xiàn)的誤差可以通過穩(wěn)定移動站，尋固定源的方法減小誤差。最后在繼續(xù)寧網(wǎng)絡(luò)平差計算時可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為RINEX 的格式，并通過網(wǎng)絡(luò)平差分析軟件進行平差分析，減小GPS 測量誤差。

4 結(jié)論

大慶- 哈爾濱天然氣管道工程時東北天氣燃氣工程的重要組成部分，對于哈爾濱的經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的促進作用。本文首先概述了大慶- 哈爾濱天然氣工程，然后對于工程測量技術(shù)進行了解析，最后分析了工程測量中存在的問題，提出了相應(yīng)的解決對策。