GPS在長輸管道同溝光纜施工中的應用①

徐向陽，岳 慶

（新疆石油工程建設有限責任公司，新疆 克拉瑪依834000）

0 引 言

利用GPS的精確定位功能，將管道線路樁號坐標輸入GPS，把到貨的光纜按出廠盤號順序初次配盤。再用輸入數據的GPS到現場查看光纜接頭坑位置，如位置不符合施工規范要求，要用不同盤長的光纜做調整，直至全線配盤驗證完畢，繪制最終配盤圖作為施工的參照依據。施工時如進行跳躍不連續性施工，可利用GPS和配盤圖迅速判斷出此段線路應放哪盤光纜，放多少光纜，盤留多少，由此節省了不少人力和大量測量時間。有利于管溝及時回填；同時也減少了光纜材料的浪費，避免因搭接不上而增加光纜接頭數量，在一定程度上保證了施工質量，降低了施工成本。

1 GPS概述

1.1 GPS現狀

GPS由美國國防部開發，并提供標準定位（SPS）和精密定位（PPS）兩種服務。前者應用于民用用戶，后者應用于美國國防部授權用戶。GPS由空間段，控制段，和用戶段三部分構成。民用用戶只能接受到每顆衛星上L1頻段（1 575.42 MHz）上的C／A碼（粗碼），因受電離層、對流層、多徑，以及接收機和噪聲的影響，目前GPS手持機水平精度誤差指標為11m［1]，利用差分定位可進一步提高精度，如采用高精度GIS手持數據采集器，精度可以達到亞米級。

1.2 GPS設置

GPS衛星星歷是以世界大地坐標系 WGS－84為根據而建立的，我國目前應用的工程圖采用1954年北京坐標系或1980年國家大地坐標系；因為不同坐標系之間存在著平移和旋轉關系，所以，在我國應用GPS進行絕對定位時必須進行坐標系統轉換。常見的坐標轉換問題，多數為 WGS－84轉換成北京54或西安80坐標系。其中 WGS－84坐標系屬于大地坐標，就是常說的經緯度坐標，而北京54或者西安80屬于平面直角坐標。需要轉換不同的橢球基準。這需要兩個很重要的轉換參數dA、dF.dA的含義是兩個橢球基準之間長半軸的差；dF的含義是兩個橢球基準之間扁率倒數的差［2]。在進行坐標轉換時，這兩個轉換參數是固定的：WGS－84＞北京54：DA：－108；DF：0.000000 5，一般見到的施工圖坐標都是北京54平面直角坐標，求出DX，DY，DZ.即利用 WGS－84坐標系的X、Y、Z值，減去我國坐標系的對應值，得出實現坐標系統轉換的三個參數（應算出 WGS－84與北京和西安坐標系兩套參數）。要在GPS位置格式的地方，選擇用戶自定義方式，輸入如下參數：中央經線：視當地經度確定；投影比例：1；東西偏差：500 000；南北偏差：0，也可向當地測量、設計部門索要以上參數。在新疆沙灣地區演算的參數在彩南－烏魯木齊天然氣管線、石西油田也可使用（誤差在5m左右）。

GPS設定完畢，需要輸入管道樁號坐標和高程，拿手持機到線路實際驗證。驗證的方法是在應用區域內選擇5個以上已知樁號、水準點進行實測，實測值與測繪部門提供的理論值和管道樁號對比，如果最大誤差不大于8m，平均誤差不大于5 m（實際測量樁號誤差范圍在4m左右），則計算出的參數可以使用，否則需要重新計算或查找出現問題的原因。

2 操作要點

2.1 GPS數據錄入

把管道線路樁號坐標數據全部輸入GPS，可直接輸入，也可用GPS專用軟件進行輸入，因數據量大，應仔細檢查核對，尤其是橫坐標（Y）和縱坐標（X）的數據不能弄反。橫坐標（Y）一般為6位數，有的圖紙給的是8位數，則輸入最后6位數，前兩位為度帶數。輸入時最好有兩人配合進行，為避免輸錯造成敷設光纜失誤，可反復對照檢查和在施工現場的每段施工時進行最后的檢查驗證，發現數據錯誤要及時改正。

2.2 光纜配盤及施工

2.2.1 光纜配盤

光纜配盤是根據管道樁號為參照物。根據光纜施工規范要求，每盤光纜長度應減去線路敷設自然彎曲損耗7m／km，每個光纜接頭坑盤留8m～12m.如有管道閥池等需要盤留光纜的特殊地點，可根據情況再相應減去光纜米數。如一盤光纜是4 052m，經過配盤后這盤光纜地面距離應計為：4 052m－2m（盤測使用）－7m／km×4km－8m×2（接頭坑盤留）＝4 006m.

圖1 704泵站至獨山子天然氣管道同溝光纜配盤圖

2.2.2 光纜配盤的要求

必須遵守光纜施工規范要求：盡量保證相鄰盤號的配盤、A－B端布放方式［3]，如圖1所示。因為，同一批次出廠的光纜光纖是由一根光纖母棒拉出的，廠家按一個批次的光纜順序設定盤號，這樣纖芯模場直徑和模場同心誤差幾乎一致。在實際的光纜接續中，也驗證了相鄰盤號的光纜接續損耗極低，接續質量好的特點。

2.2.3 檢查驗證配盤數據

把設定好的GPS、初步配盤圖和施工圖帶到施工現場，檢查配盤后光纜接頭坑的具體所在位置。因為光纜接頭坑一般應設在可靠、安全、無水干燥、便于今后維護的地方，所以應盡最大努力避免設在農田、水溝等不適宜的地方設置光纜接頭坑。現場找到GPS和配盤圖上的接頭坑位置，如不合適可在配盤圖上調整光纜盤長并改動數據，直到全部接頭坑檢查完畢。根據現場勘察結果重新制作配盤圖，交甲方項目部、設計、監理公司、管道、土方施工單位，讓他們了解光纜敷設接頭坑具體位置和整盤光纜走向，便于在征地、管道施工時的協調。

2.2.4 光纜配盤的調整

要提前考慮管道征地協調的難點，如大河、水渠、國道或地質條件復雜的地段。盡量把光纜接頭點設在大河、水渠、國道、鐵路較難穿越點的旁邊，以免出現這些地段因管道無法施工或施工緩慢，造成此段光纜無法穿越而影響大段管溝的回填和施工進度。這類問題應及早發現，可根據項目部征地和管道施工進度、線路路由的改變，隨時調整光纜配盤圖，為下一步施工做好施工準備。

2.2.5 同溝光纜敷設方法

利用GPS存儲的管道樁點數據和配盤圖指導光纜敷設。光纜整盤一般為4km規格，因長輸管道溝渠、穿越點多，不適合整盤布放。加上線路長需要施工人員多，不易協調指揮，監護不力容易造成光纜損傷或打折，為光纜線路質量留下隱患。采取在一盤光纜線路的中間點向兩邊分段敷設的方式，這樣就節省了人工費用和方便施工監督、保證光纜敷設質量。用GPS找到光纜布放的中間點位置，要特別注意的是GPS測量的點是GPS測量位置與管道樁點的直線距離，而管道路由是非直線的。為保證布放點位準確，必須用離中間點最近的管道樁點為參照物，根據GPS上的數據和配盤圖確定光纜敷設起始點。布放完2km光纜后，須驗證和預先設置的接頭位置是否相符，然后進行剩余2km的光纜敷設工作。

2.2.6 正確使用GPS定位，減少測量誤差

在使用中發現，GPS測量的點是一個4m左右的圓，不是直線的偏差量。為了光纜布放準確，在實際應用中應減少此誤差。測量時要在開闊地帶把GPS盡量置于管道中心或樁點位置，采取多次測量兩端樁號和就近對比的方法，盡最減少測量誤差帶來的施工風險。

2.3 GPS在數字化資料報送方面的優越性

現在長輸管線施工資料和日常管理正在向數字化方向發展，要求能遠程檢查每天的工程進度。就需要采集每天施工進度的相應坐標，并錄入、上報到專用的軟件系統，遠程就能及時掌握現場進度，便于項目科學管理［4]。GPS采集現場坐標非常簡單、便捷，一個人就能操作。

3 結 論

經過在2007年、2008年新疆克拉瑪依704泵站至獨山子105km光纜工程和2009年中石油西部管道克烏成品油復線100km光纜工程中的實際應用，78盤光纜全部達到精確配盤要求，準確無誤。達到了節省人工測量時間、降低施工成本、查找敷設光纜施工點準確、提高功效、減少光纜材料浪費、工程質量優良的效果。

［1]陳小忠，吳海濤，盧曉春，等.GPS民用信號的改進與發展［J].全球定位系統，2006，31（6）：26－31.

［2]程鵬飛，文雙江，成英燕，等.2000國家大地坐標系橢球參數與GRS80和 WGS84的比較［J].測繪學報，2009，6（3）：189－194.

［3]中國通信建設第三工程局.YD5121－2005.長途通信光纜線路工程驗收規范［S].2005.

［4]楊 茂，牟 健，劉 兵.管道數字化施工管理［J].天然氣與石油，2010，28（3）：1－3.