GPS定位技術在長輸管線工程中的應用研究

李緯

（中鐵十八局集團建筑安裝工程有限公司，天津 300400）

GPS定位技術在長輸管線工程中的應用研究

李緯

（中鐵十八局集團建筑安裝工程有限公司，天津 300400）

隨著社會的發展以及科學的進步，使得GPS技術快速發展，在常規管線工程定位中也在不斷應用GPS定位技術，并且越來越廣泛，不僅可以有效地提高長輸管道的可靠性和安全性，還可以在一定程度上提高管線整體施工效率和水平。本文主要分析了GPS定位技術基本應用原理，以及在長輸管線中應用GPS技術的方法，可以促進GPS技術的發展以及長輸管線建設效率。

GPS；定位技術；長輸管線；定位原理

隨著不斷發展的GPS定位技術，在一定程度上改變了以往測量長輸管線的方式，可以適當提高測量長輸管線的工程精度，最大限度降低勞動強度，并且適當增加工作效率，為建設長輸管線工程提供依據和保證。隨著不斷擴大建設長輸管線工程的規模，長輸管線逐漸需要穿越地質情況比較復雜、各種地形、具有發達水系的區域等特點，會提高對于測量長輸管線工程的實際精度需求。所以，需要合理研究在測量長管線的時候，GPS定位技術應用在不同階段系統的作用，以便于能夠建設符合實際情況發展的長輸管線。

一、GPS定位技術基本原理分析

（一）絕對定位技術

GPS定位技術中重要的影響因素就是絕對定位技術，日常生活和工程應用中被叫做單點定位，合理應用GPS絕對定位技術，可以把測量天線和GPS衛星接收之間的距離作為基礎，以便于可以建立已知衛星瞬間坐標，以此能夠建立對應準確點的用戶接受天線定位，設定相應的觀測點。從GPS絕對定位實質方面來說，觀測站點可以利用測量學中的相應空間距離后交會方式形成，并且是具有三個強度功能的觀測量，建立依據三顆衛星為基本中心的球心形式，從半徑和整個距離方面來說，建立觀測站和半徑球平面交點之間整體性。在實際應用GPS技術的時候，會受到一定的影響，所以在測量長輸管線的時候，需要綜合分析相關數據使用方式，在分析衛星和實際觀測點距離的時候，尤其是偽距會存在接收機和衛星鐘之間的同步差影響。在實際應用上述技術的過程中，需要依據觀測站的實際技術方式，來合理使用導航理論設計有關參數的修正方式，建立事先確定點。在測量長輸線路的過程中，需要建立觀測量點坐標求解方程，在實際應用的時候應該建立一個觀測坐標，以便于可以合理設計求解四個未知參數，包括一個微型鐘差參數和四個點位坐標分量的參數，建立四個相應同步觀測偽距數據，可以更大精度地測量四個衛星的實際數據。

（二）相對定位技術

最基本的相對定位技術實際情況就是，使用兩個GPS接收機，在基線兩端合理安置設備，同步觀測相同衛星，建立基線端點。在地球坐標系上找到相對應的基線向量，在接收的時候，基線端點利用多臺設備進行接收，并且需要同步觀測衛星，然后確定多條基線向量，在相同衛星的基礎上同步觀測兩個或者多個觀測站的時候，衛星鐘差、衛星軌道誤差、對流層和電離層的折射誤差、接收機鐘差等會在一定程度上影響觀測量的相關性，因此，需要不同方式合理結合觀測量，然后相對定位，保證能夠最大限度降低誤差，保證測量整體精度。

二、GPS定位技術在長輸管線工程中的應用

（一）GPS應用在選線測量中

會有很多影響長輸線路走向的因素，需要在設計的過程中遵循基本原則。例如，避開重要建筑；盡可能少地拆除房屋；依據鐵路、規劃部門以及公路部門的實際要求，建立跨越公路、鐵路的線路；盡可能避開一些不好地質條件的礦物、內澇區域等。在選擇線路的時候，需要利用GPS技術測量對線路路徑存在影響的地方，測量出線路坐標。應用相應的軟件技術來形成合理的CAD圖，微機上調整線路的時候，需要保證確定各轉角坐標和線路走徑。在選擇線路的時候，需要注意測量一到兩個預計轉角位置點，以便于可以有效控制轉角位置。在調節室內路徑的時候，轉角盡量避開井、墳等位置，選擇比較適合的地方。在實際操作的時候，在1:5萬比例尺中合理設定預先參考點，保證可以有效利用，每一個參考系都能有效地完成一個以上直線定位和定線工作，相同直線段使用相同參考系。可以通過圖解或者假設的方式來建立參考系坐標，依據動態控制參考的方式來傳遞后續參考站，參考站附近需要建立相應的校核點，建立完成參考系以后需要進行校測。

（二）GPS應用在定線定位測量中

依據GPS技術具有的實時動態測量功能，可以輸入轉角坐標，通過兩個轉角就能夠合理定義直線，然后對直線進行實地放樣，直接測量斷面點里程、直線樁、斷面點高程等。通過處理GPS數據的軟件可以形成相應格式的數據文件，在線路中輸入，然后在軟件中建立斷面圖。在設置相應直線樁的時候，需要初步測量樁，觀察出現的位移偏移量。如果具有比較多偏移量的時候，需要適當調整以后再進行記錄數據。依據控制點來測量直線樁，需要合理記錄十個以上歷元，也就是說自動設定GPS操作手簿的點位誤差和限差。在具體操作的時候，需要能夠自動分析和判斷是否具有符合要求的解算值，通過相同的參考系來合理完成直線段的操作。

（三）操作時間段選擇

在很多測量工程中，一般情況下，下午一點到三點之間不具有十分良好的衛星運行情況，特別是在一些樹木較多的地方，雖然能夠接收五顆以上衛星，但信號不穩定，并且信號相對比較弱，不能進行一定的初始化。因此，可以在上午且在空曠的地方進行觀察。

（四）處理短邊加樁

通過GPS技術來定線的時候，需要在400范圍均勻設置直線樁，并且一個直線樁至少能夠觀測到另外一個直線樁。假設Z3和Z1之間距離400m，不可以通視，應該距離Z1大約200m的位置進行打樁，依據Z3和Z1來標定坐標直線，對直線進行放樣，以此來確定Z2。如果不能在直線上找到合理的位置，可以適當選擇偏離直線的位置進行打樁，然后測量坐標，建立特殊的坐標表，反算坐標法、方位角用來確定相應的線路方向。以Tr1mble 4700GPS為例，在測量實時動態的時候，需要具有1cm± 2ppm的標稱精度水平。如果在5km處的參考站，具有2cm的標稱精度點，實際操作的時候依據極限作為基本參考，Z3偏右3cm、Z1偏左3cm，如果Z2不在Z3和Z1之間的直線上，需要在極限的基礎上，Z2要偏離樁大約6cm，因此，直線可以越過直線角1＇；如果Z2在Z3和Z1直線之間，Z2會偏離3cm，并且在支線上最大偏離就是3cm，依據樁距為150m進行計算，仍然處于1＇之內。對比較高、有利接收和發射衛星數據、建立數據連接并且周圍沒有超過10°的高度角的位置。在完成選擇參考點以后，需要利用GPS技術來測定動態定位。在能夠確保精度的前提下，需要在原點控制點上建立GPS基準站，利用流動站轉換坐標。

（四）數據獲取

在參考點上安裝GPS基準站以后，需要打開接收機，把內存卡中存在的參數合理地接收到接收機中，并且可以精確地輸入參考點坐標和天線高度（北京坐標），利用轉換參數把GPS基準站接收機參考點坐標變為WGS-84坐標。此外，還需要能夠同時接收GPS可視衛星數據信號，然后依據發射電臺對數據進行觀測，發送得到的觀測值、測站坐標、接收機工作情況以及跟蹤狀態等。流動站不僅可以接收跟蹤信號，還能夠接收GPS基準站數據，處理之后可以得到流動站WGS-84三維坐標，依據與基準站相同的坐標來把其變為網格坐標，然后能夠實施。

總而言之，在建設長輸管線的時候，合理應用GPS定位技術進行分析和比較，不斷優化設計長輸管線GPS技術的測量方式和方案，依據實際情況和不斷應用，來總結和歸納GPS定位技術在長輸管線中的測量技術，以及需要注意的事項，得到一些對于實際應用GPS技術有一定作用的方式，可以在一定程度上降低勞動強度和成本、增加工作效率，促進長輸管線工程的發展。

三、實際應用GPS定位技術步驟

（一）收集測量區域控制點資料

進入測量區域的任何長輸線路測量工程，需要首先收集需要測量區域內控制點基本資料，主要有控制點等級、坐標、坐標系、控制點以及中央子午線等，判斷屬于GPS控制網還是常規控制網，實際位置和地形情況能否符合建立動態GPS參考站的要求。

（二）求定測區轉換參數

在WGS-84坐標系中實施GPS測量技術，由于實際測量和定位工程，是在國內北京54坐標或者當地坐標上建立的，因此就會存在轉換坐標的問題。GPS靜態測量技術需要在事后處理和轉換坐標，并且可以把GPS技術運用到實際測量的過程中，需要及時給出當地實際坐標，所以進行坐標轉換就變得十分重要。轉換坐標的基本條件就是：需要至少三個以上大地點，包括北京54坐標、WGS-84地心坐標等，依據步爾莎模型來合理計算出七個轉換參數。

（三）選定和建立參考點

在選擇參考點的時候，需要選擇交通方便、地勢相

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