GPS在管線測量三維控制網建立中的應用與分析研究

張金福

（中國建筑材料工業地質勘查中心江蘇總隊，江蘇南京 210000）

0 引言

我國應用GPS 技術已經近20 年了，基本已經運用至一個較為成熟的階段。隨著經濟的發展，測量度提高，傳統的測量方法也不再滿足于管線的應用和發展，所以GPS 憑借自身的特點優勢，被大量運用于這項工程的管線測量中。

1 GPS

1.1 概述

1958 年，GPS（Global Positioning System）全球定位系統只是美國軍方研究的一個項目，到了1964 年才開始投入使用。最開始GPS 全球定位系統是為海陸空這3 大領域提供導航服務的，主要用于軍事。經過不斷發展和研究，1994 年完成了達到GPS 全球覆蓋率98%的衛星布設。目前GPS 在生活中主要用于車輛定位、防盜、反劫、行駛路線監控和導航等。

1.2 特點

GPS 全球定位系統的主要特點是：高精準度、全天候、多功能、高效率、操作簡便、應用廣泛等。

（1）高精準度。高精準度主要體現在定位精度高。經過GPS在生活中反復應用證明，它的相對定位精準度在50km 以內可以達到10～6m，1000km 可以達到10～9m。（2）全天候。GPS 全球定位系統靠發射的衛星來定位，不受氣候的影響，所以不管是下雨還是下雪，GPS 全球定位系統都能使用。所以，目前GPS全球定位系統可以1 天24 小時不間斷使用。（3）多功能。GPS系統不光能夠用來確認位置，還能夠用于測速、測時、導航等。隨著科學的發展，許多專家學者對GPS 深入研究，使GPS 應用領域不斷擴張。（4）高效率。以GPS 導航功能為例，GPS 全球定位系統在互聯網中應用中更加方便了人們的生活。當人們出行時，遇到不熟悉的路，GPS 能快速的幫助，只要輸入目的地，便能指引走到目的地，效率非常高。（5）操作簡便。因為科技的不斷發展，GPS 接收機也不斷完善，為了方便GPS 的運用，GPS測量的自動化程度逐漸增高，甚至還出現了“一鍵操作”。

1.3 工作原理

GPS 全球定位系統的工作原理是根據衛星高速運動中位置的記錄，作為開始計算的數據，然后再利用單幅影像解析中的空間距離后方交會法，確定要測量地點的位置。

2 GPS 在管線測量三維控制網建立中的具體應用

GPS 應用于管線工程起到的作用主要是測量作用，用到了GPS 的2 個功能：靜態功能和動態功能。通過對衛星發射出信息的接收，確定三維坐標點，這就是靜態功能；通過衛星系統把已知的三維坐標實地放在地面上，這就是動態功能。

2.1 建立三維控制網

（1）位置探測。以GPS 在某石化廠廠區吉安石化管線三維坐標測量中的應用為例，某石化廠的分廠之間是由各種管線相連接起來的，測量區域里面的管線極其復雜，因為管線是用來傳送液體、氣體或粉末類的固體，而化工廠的化學物質一般都會對人體產生傷害，所在進行測量的時候就要尤其小心。石化廠建立管線GPS 系統就可以測量彎曲、轉角、高處的管線，石化廠的管線對管線測量的精準度必須在10cm 內，且不能出現任何的差錯，因此，在控制網建立時，一定要按照管線的走向去測量，可是這樣測量會增加工作量，所以必須要采用控制網分級布網的方式進行。這也就決定了GPS 四等作業時要求布設GPS 首控網，基于GPS 首控網上再實施二等控制網測量。最后，基于首控網和二等控制網布設四等附合導線、四等水準加密控制網點，達到滿足三維石化管線測量的目的。在GPS 布網方案的選擇上，為了加強GPS 觀測網的精確度，應該選用邊連式方案。（2）數據處理。在三維控制網的建立上，主要就是對GPS 提供的數據進行處理，這就要求數據的精準度，所以要求GPS 各項基線精準度高。在確定其數據準確后，就要把GPS網的坐標轉換成立體的坐標系的坐標，比如坐標轉換成城市坐標系坐標，就要選取3 個以上的控制點作為基本點，對基本點的可用性進行分析和篩選。一般可以采用Bursa 轉換模型：XLi＝Xs＋（1＋K）R（Q1，Q2，Q3）XGi

2.2 GPS 在管線測量中的現狀

（1）優點。GPS 在管線測量中的應用已經越來越成熟，尤其是在建立三維控制網中運用GPS 能夠使GPS 測量的優越性得到充分的體現。具體表現在：①GPS 技術建立三維控制網更為簡單。GPS 技術比普通的測量方法適應性強，且建立的的控制網更為簡單易懂，就算遠離要測量點，也能夠通過GPS 技術連接測控。GPS 也解決了看不到點和位置之間的測量問題，而且也解決了因為天氣原因無法進行測量的問題，使得在建立三維控制網上變得便捷。②精準度高。GPS 本身就具有高精準度的特點，把GPS 應用于管線測量三維控制網的建立上，就使得三維控制網精準高，不但滿足了測量的要求，而且還具備了很大的精度儲備空間。③為管線測量奠定基礎。用GPS 技術建立三維控制網能夠使圖形數據立體化呈現，在城市管線測量比較缺少已知控制點的情況下，能夠根據建立的三維控制網對實地情況進行一個全面的解讀，然后為管線的測量打下良好的基礎。④提高管線測量的速度。使用GPS 有關技術進行管線測量可以提高效率一倍以上，而且還能減少人力資源的投入，相比原始的測量法來說，不光是提高了效率，還降低了投入成本。GPS觀測點只需要2 個相關的技術人員就可以了，不需要指揮大量的人進行測量，有時候一個人可以完成。特別是在測量范圍大的時候，利用GPS 測量管線，才能快速且準確的建立三維控制網，從而提高整個工程的施工效率。（2）不足。雖然GPS 技術目前在工程中已經應用較為成熟，但是仍然存在著不足之處。①受大氣影響計算出現小范圍誤差。GPS 是通過衛星和接收器之間距離的計算來定位，固定的計算方式是：距離=速度×時間，但是從衛星到接收器測量的距離來看，是需要一定時間的，而在時間確定后，電磁波在大氣層受到電離層和對流層的干擾，就會使信息在傳達的過程中受到一定的影響，在某些具體的區域，肯定會存在一些微小的誤差，而一些地方可能會因為樹木、房屋的阻擋，也使得測量的數據出現一些誤差，到最后計算時，這些誤差也會計算入內。②需要其他儀器輔助。在GPS 應用于管線測量中時，還需要借助其他儀器的輔助，也就是說，如果其他儀器出現了問題，也可能會影響到GPS 測量數據的準確性。然而，GPS 測量的精準性也離不開常規儀器的配合。

3 結語

通過對GPS 本身的特點進行分析，了解在管線測量建立三維控制網中，GPS 起到了很大的作用，充分證明了GPS 的強大作用。但是，GPS 技術也還存在著一些不足之處，這些不足之處應該隨著科學技術的不斷發展而得到完善，使以后的GPS技術更加成熟，且運用更為廣泛。

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［2］陳基煒，李錦亮，顧衛鋒.GPS 在石化管線測量三維控制網建立中的應用與分析［J］.上海地質，2001（1）.

［3］鄭曉明，魏瑞娟.RTK 技術在管線測量中的誤差分析與成果監理［J］.江西測繪，2007（S1）.