RTK技術在地下金屬管線測量工程中的應用

姚俊娜，魯 坤，王 聰，范 宇，白曉龍

（中煤航測遙感集團有限公司地理信息分公司，陜西 西安 710199）

城市地下金屬管線的測量和定位在地下輸送中具有重要作用，因此多個市政建設部門不斷建設新的電力管線、燃氣管線、供水管線等[1]。管線的數量增加也給城市地下金屬管線的測量、定位和維護帶來了許多困難。在其他國家，城市地下金屬管線的測量、定位和維護方法與中國截然相反[2]，這些發達國家共同點是在城市下方建設公共水溝，一旦水溝建成，就能持續應用多年。因此，歐美國家的城市地下金屬管線的測量和定位相對較容易。

在國內，相關研究人員也嘗試在北京、上海等大城市建立聯合輸送渠道，但并未取得預期效果[3]。隨著科學技術的進步，現代測繪科學產生了許多新的測繪方法，包括RTK和GPS組合法，可以根據管線后方交點實現快速測量。但這些新的方法并未在城市給排水設施的測量定位普及，現有的地下金屬管線定位方法較傳統，已經不能滿足城市地下金屬管線測量的需要。因此，需要積極應用新技術，實現快速精準定位，提高測量效率。

1 基于RTK技術的地下金屬管線測量工程應用設計

1.1 布設控制網

在進行地下金屬管線測量前，需要布設控制網，為建立測量控制點提供布設基礎，控制網有很多種類型，包括平面控制網和高程控制網。地下金屬管線在測量時需要建立平面控制網絡。因此，可以將覆蓋整個測量區域的控制網放置在勘測網絡中，根據勘測需要部署不同級別的密碼，布設控制網。橫向控制網一般采用GPS來進行部署，也可以采用一級GPS的形式，使用加密網絡實現部署。在地下金屬管線中，高程控制網通常以水平和三角形的形式進行部署。

在地下金屬管線測量的工程中，測量控制參數是依據從測區采集的14個一級GPS參考點設計的，高程控制是依據四個測區的四級GPS參考點控制的，采用測量當地的平面坐標系和高程系統進行控制。將水平控制網從測區采集到的14個GPS初級點作為初級控制點，利用這14個GPS點對測區主段的二次或三次導體進行加密。根據需要，可以將這些控制網絡作為起點，實現全過程控制，高程控制的依據是測區的4個4級GPS點。由于測區面積大、分布范圍廣，所以在控制時測區的水平基準點應采用四級水準觀測，應保持密集排列狀態。在進行觀測前，需要預先測量所用全站儀的橫縱軸差值，確保儀器符合要求。觀測前還需要測量溫度和氣壓，進行自動校準。

1.2 基于RTK技術測量地下金屬管線平面坐標

RTK技術可以通過兩個接收器的無線通信實現連接，從而識別地下金屬管線的平面坐標，因此在測量坐標時，應該先將兩個接收器連為一體。采集參考站高度、偽距、載波等數據信息，并對基站發送的相關數據進行實時處理，因此，移動接收器的位置是實時變化的。

接收器所在參考站的周邊的視野必須開闊，阻擋高度角不得超過1，不得有高大建筑物、大面積水域等信號反射體，盡量避免多徑效應干擾。最好避開交通要道避免過往行人干擾。由于無線電信號是直線傳輸的，因此參考站應盡可能安裝在照射區域內相對較高的位置，有利于移動站發送差分校正信號，實現數據傳輸。在移動臺的測量操作期間，基站不能關閉、重新啟動或移動，如果出現問題，必須重新校準。

1.3 進行精度誤差分析

在測量過程中，研究發現，引起測量誤差的原因有多種，包括測量儀器誤差、制造誤差、原理誤差、環境誤差等，原理誤差是指儀器本身固有的工作原理與實際測量工作原理之間存在差異。環境誤差是由于測量操作中存在不同的測量環境，導致實際測量值存在偏差，因此需要進行精度誤差分析，首先根據包括測量師的技能水平、工作職責、測量習慣和工作熟練程度設計分析方案。其次，根據實際情況分析誤差產生的原因。第三，確定管線測量點位置，進行管線特性調查，最后識別地下管線的各種輔助設施，實現精度分析。

1.4 實現地下金屬管線測量

實現地下金屬管線測量，需要繪制竣工圖。繪制竣工圖需要遵循很多原則，第一個是竣工圖的全面性，如施工前設計的管線圖和施工后穿梭的管線圖必須全面。第二是管線圖的數量和框架應與測區原始地形圖相匹配。通常，每個城區都有一個獨立的管道地形數據庫。第三，竣工圖中的管線編號必須按照國家或行業標準執行，特殊情況下可以使用標準地圖進行補充繪制。當發現繪制元素或分類代碼存在缺陷時，必須采取合理的補救措施，補充的竣工圖紙也必須符合國家標準。

除了上述原則外，地下金屬管線竣工圖的編制和處理也必須符合相關規定。換句話說，一個綜合的地下金屬管線竣工圖應該包含各種顏色的圖層，管線圖中的高程點也必須準確。不僅如此，竣工圖中還必須記錄管道的起點、終點、分支點、拐點的詳細坐標、管徑和標高，管線的坐標和高程數值也必須精確。當施加到圖紙上的載荷比較大時，可以通過單獨的坐標結果表記錄管線的分類號。需要注意的是，同一個區域或同一個項目的竣工圖繪制方法必須一致，還需要根據工程要求和規范在地圖上添加路線點，導入相關的坐標。

2 實驗

為了檢驗本文設計的基于RTK技術的地下金屬管線測量效果，將其與傳統的測量方法進行對比，實驗如下。

2.1 實驗準備

首先建立測量檢測數據庫，地下管線數據為ACCESS2015數據庫的點表名稱為POINT兩位管線代碼，線表名稱為LINE兩位管線代碼，線表名與點表相鄰，且線表在前。點表內描述的主要是管線點空間位置，線表主要存儲管線點的屬性信息，管線的多樣性導致不同的管線有各自的特點，其線表庫也有所區別，按照地下管線特點對各類管線屬性庫結構進行設計，設計后得到此時標準的測量數據庫，檢驗管線數據在數據庫中的平穩性，檢驗結果如下圖1所示。

圖1 檢驗結果

由圖1可知，此時的管線數據在數據庫中具有平穩性，因此該數據庫滿足后續的檢驗要求可以進行后續的精度測試。

2.2 實驗結果與討論

在測量數據庫中調取管線的相關數據，分別使用本文設計的RTK管線測量方法與傳統的管線測量方法進行測量，檢測10條復雜管線的平面位置與深埋位置比值，比值越小證明探測精度越高，測試結果如下表1所示。

表1 測試結果

由表1可知，本文設計方法的測量精度遠高于傳統的測量精度，能有效減少測量時產生的誤差。

3 結語

綜上所述，及時測量定位城市中復雜的地下金屬管線對維持管線的正常運行，確保地下金屬管線的布設精度有重要意義，因此本文基于RTK技術設計了地下金屬管線測量方法，實驗結果證明，設計方法能有效減少誤差，提高精度，為后續的管線測量提供參考。