gps-rk与数字测图技术在天然气管道工程中的应用

gps-rk与数字测图技术在天然气管道工程中的应用

随着现代测绘技术的快速发展，gps-rtk和数字测绘技术在线路测量工程中得到了广泛应用，并对高效地进行了地形和纵断面图的测量和采样。以川豫鲁天然气管道工程恩施-利川段线路65km为例,讨论了测量实施过程中的一些关键技术。1线路信息及走向位置的确定川东北-河南-山东天然气管道(以下简称川-豫-鲁管道)工程西起川东北普光首站,东至山东东明末站(济南)。管道自西向东途经四川、重庆、湖北、河南、山东五省、市。川-豫-鲁管道走向为普光-梁平-忠县-宜昌-襄樊-南阳-新郑-东明,干线线路全长1463km,川维支线长180km,管线合计长度1643km。沿线设14座输气站场、83座线路截断阀室、14座阴极保护站。管线沿途穿越大型河流15次、中型河流160次;穿越隧道30次;穿越大型冲沟6次、中型冲沟20次;穿越高速公路15次、穿越铁路20次。管线的线路走向位置的确定,应结合实际的地形、地物、村庄、交通、施工以及当地政府部门规划等因素来综合考虑。为了正确地确定管线埋置的平面位置和深度,全线线路带状地形图和线路纵断面图是设计时不可缺少的基础资料之一。2gps控制网根据1∶50000的小比例尺地形图,初步确定天然气管道线路的走向,选定带状线路。然后根据该设计线路布设控制网并选定中线桩的位置。在进行数字测图之前,首先进行控制测量。控制测量采用GPS测量技术和GPS水准技术,控制网平面坐标采用1954年北京坐标系,按6°分带,高程系采用1985国家高程基准,起算点坐标和高程由湖北省测绘局提供。为了满足1∶2000地形测绘的要求,根据线路测量技术统一规定技术的要求,在测区内布设了具有一定点位密度的GPS控制网。GPS控制网由GPS首级控制网和GPS加密控制网构成。首级控制网为E级GPS工程控制网,GPS加密控制网是在E级GPS网下,采用GPS-RTK进行次级加密而成。测区每5～8km布设一对GPS控制点,联同已知控制点组成E级GPS控制网,组成大地四边形的带状网,点位分布均匀,控制点选取得当。全网共44个点,其中已知点和检核点共5个,将GI89、GI72、GI61作为强制约束的固定点,将GWCP和GYBS作为检核点。网中最长边约14543m,最短边约62m。控制网网形如图1所示。观测采用4台Topcon公司的HiperPro双频接收机,数据处理采用其网平差软件Pinnacle1.0中文版。先进行三维无约束平差,检查基线向量改正数,VΔx、VΔy、VΔz≤3σ,再进行二维约束平差。GPS控制网二维约束平差坐标分量精度统计表如表1所示。GPS控制网二维约束平差边长相对精度统计表如表2所示。在约束平差过程中,应该对已知点兼容性进行检验,并且基线向量的改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差,应该符合下列要求:DvΔx、DvΔy、DvΔz≤2σ。GPS点的高程采用GPS水准方法求得,起算点分别为GI89、GI72和GI61,分布于带状线路的两端和中点位置。在GPS高程拟合中,采用一次多项式模型。经过数据处理后,全网中最优点位的高程误差为M=±0.101m,最弱点位的高程误差为M=±0.694m。3测量控制参数转换在首级控制网建立完成后,便可进行加密控制网的布设。由于其精度要求不高,因此中线桩的施测可与加密控制测量同时进行,采用GPS-RTK测量技术进行施测。为了保证整个控制网及中线桩在坐标系统上的一致统一,每次测量前的一项重要工作就是求解转换参数。这里的转换参数是区域性的局部的转换参数,即每段线路的WGS-84坐标与北京54坐标之间的转换关系。通常是在能够覆盖测区的小范围内,选取三个分布均匀的控制点,分别测出其WGS-84坐标,然后调出与其相对应的各控制点的北京54坐标,在手簿上可以求出转换参数。但在实际工作中,为了提高效率,则利用已有的静态测量数据,将控制点的两套坐标直接输入手簿即可求出转换参数。在每次控制点采集作业前,只需检查已知点的可靠性即可,而不必每次到各个控制点上测量其WGS-84坐标,这样可以大大节省时间,从而提高工作效率。另外,基准站的架设也有架设于已知点上和架设于未知点上两种方案。后者具有很大的灵活性,在实际工作中可以根据地形条件和外界影响因素,合理选择基准站的架设位置,因此一般建议采用第二种方案。在参数转换完成后,开始进行测点。从手簿上可以查看系统状态,包括电台连接、解的类型、水平精度和垂直精度、卫星颗数及卫星分布图、基准站与流动站之间的距离等。在正常情况下,基准站与流动站应该不少于5颗共用卫星,电台连接应该不低于50%,基准站与流动站之间的距离不应超过5km,这样可以保证观测数据的连续性和可靠性。可以利用GPS-RTK的点测量功能,开始采集控制点和中线桩坐标。当观测条件较好时,即共用卫星大于5颗,电台连接为100%时,5s之内即可得到固定解,然后开始测量,一般取10个历元的观测值即可,输入点名,保存坐标。如果测区障碍物比较多,影响到共用卫星数目和电台连接时,搜索固定解的时间将会很长,甚至有时得不到固定解,因此这时测得的点坐标可靠性不高,必须经过重复采集以确保数据的观测质量。在有效测区测点完成后,需要进行迁站,迁站后应对两个已测点进行检核,纵横坐标差不大于0.2m、高程较差不大于0.4m。4线上线下衔接测试考虑到GPS-RTK作业环境,针对作业中出现的问题,及时采取相应的措施,取得了较好的效果。在观测条件比较好的情况下,如果发现接收机上绿灯只连续闪烁一两次,表示接收机工作不正常。此时的解决办法是:持续按Fn不动,按开关键,待绿灯闪亮时松开开关键,Fn持续按着不动,8s后,两灯同时闪烁时,松开Fn,操作完毕。此时接收机将恢复正常,若还不行,反复几次即可。GPS接收机能够正常工作,但是当手簿与接收机之间进行蓝牙连接时,接收机无法正常工作,表现为绿灯只连续闪烁一两次。原因则是手簿中的测量设置有问题,应修改手簿的测量设置:文件-设置-测量-HiperPro。基准站的架设位置至关重要,每次作业前一定要将基准站架设在周围开阔并足够高的地方。在采集数据时,流动站应尽量避免晃动,尽可能减小流动站天线的倾斜程度,以免影响流动站的定位精度。网平差软件Pinnacle1.0中文版使用起来比较不方便,每次的数据导入需要花费很多时间来修改天线高等设置,如果将数据重新导入,还需要重新设置一遍,非常麻烦。因此可以将修改好的文件转换成RINEX格式,这样每次导入数据时,就无需进行不必要的重复工作了。5gps+gl根双系统GPS-RTK测量技术具有快捷、精确、操作简便、