GPS技術在長輸管線工程控制測量中的實際應用

薛鵬飛

摘 要：GPS技術是現代化工程控制測量中的重要技術，現階段GPS技術因定位精度高、測量比較迅速、需要的人力資源比較少等等優點成為很多工程項目控制測量的主要方式。將GPS技術應用在新時期的長輸管道工程項目的控制測量不僅能提高施工效率，還能提高施工測量的準確性。近年來隨著管道行業的高效發展，尤其是西氣東輸工程和二線工程擴上大鋪設，傳統的控制測量技術已不能滿足項目的發展需求。GPS技術以其優勢，在長輸管線的控制測量中發揮著更大的作用，基于此，文章重點研究其在工程控制測量中的具體應用。

關鍵詞：GPS技術；長輸管線；控制測量；實際應用

引言

對長輸管道工程項目來說，測量控制是非常重要的，但傳統的控制測量也就是使用經緯儀以及全站儀等設備控制測量網，這種控制測量方法存在很多的不足，比如：工作量整體很大，工作時間比較長，而且還會受氣候和環境因素的影響，還有就是其誤差積累也比較明顯，因此很難滿足現代工程對準確度要求較高的需求。總而言之，用傳統控制測量方法進行長輸管道工程的測量控制不僅操作困難，而且相應的代價比較高，在這樣的時代背景下GPS技術應運而生，這項技術的產生解決了傳統控制測量的弊端，在很大程度上使工程項目的測量效率和測量可靠度得到了提升，與此同時還有效降低了工程整體的成本投入。

1 GPS技術的測量工作原理

GPS技術本質上是一種導航系統，其工作原理就是測量已知區域的衛星和用戶接收機間的距離，結合依據其他衛星的相關數據對用戶接收機的準確位置進行推算。在GPS技術基礎上衍生出來的GPS-RTK是一種實時的動態測量技術，它夠實時的為測量人員提供測站點的三維坐標定位數據，而且測量精度比較高，一般可達到厘米級。GPS-RTK在工作時會使用兩臺或兩臺以上的GPS接收機，同時進行信號的接收，這兩臺中有一臺放置在已知區域點作基準站，另外的一臺就是來測量未知坐標，即平常所稱的流動站，基準站按照所在位置的坐標算出和衛星之間的距離改正數，然后把數據傳送給流動站，流動站用無線設備接收數據，接著按照相對定位原理，計算出流動站的具體三維坐標。

2 GPS技術在工程控制測量中應用的優勢和缺點

2.1 GPS技術在工程控制測量中應用的優勢

GPS技術的應用優勢主要體現在以下幾點：第一，測量精度比較高。GPS技術對距離較短的測量，一般情況下測量精度能達到毫米級別，而傳統的差分導航僅能達到米或者厘米級別。第二，用途較廣泛。GPS技術在各個領域都可以得到應用，對從事測繪的工作人員來說，其早已在工程測繪領域有了很好的應用，其應用范圍涉及到大地測量及各種工程控制測量網的建立等等，尤其在工程測量中更是應用廣泛，對現代化工程項目的自動控制系統研究而言，GPS技術是其未來的重要應用方向。第三，自動化程度高。應用GPS技術進行工程測量時，僅需一人將天線準確安置好，接著就能自動開始工作了。在測量結束時，同樣很方便，只需將電源關掉，接收機就會自動把采集的相關數據傳輸到數據中心，然后進行自動測量和計算。

2.2 GPS技術的缺點

GPS技術的應用缺點主要體現在以下幾點：第一，受衛星的影響較大。隨著時間的推移和現代化測量要求的不斷提高，GPS技術的衛星組成以及信號強度都無法與當前的實際需要相吻合，在衛星位置對美國比較有利時，世界上部分國家在這一時間段就不能被衛星信號很好的覆蓋。第二，會受電離層的影響。電離層的影響也是分時間的，一般白天中午時干擾比較大，此時共用的衛星數相對較少，所以就可能出現無法進行初始化的情況，這種情況下當然也無法進行正常測量。實際經驗顯示每天中午十二點到十三點之間，RTK測量比較困難。第三，會被數據鏈傳輸距離所影響。數據鏈信號傳輸中比較容易受到外界環境的干擾，在被干擾后，傳輸中的信號衰減也比較嚴重，進而影響外業精度和半徑。除此之外，如果RTK的作業半徑超過某一特定距離，這時測量結果整體誤差就會超限，因此RTK的實際作業半徑要比理論半徑小，相關部門也都研究證實了這點。

3 GPS技術在長輸管線工程控制測量中的實際應用

3.1 工程概況

某長輸氣管道工程主線地形比較復雜，而且地貌多樣，沼澤地多，途中還會穿越一些大型的河流和公路，也就是說輸送途中視線遮擋較嚴重。為滿足該工程項目的實際需要，修建了一條長距離的天然氣外輸管線。管線設計時采用直縫電阻焊接鋼管，管道全線總長為八十點五九千米。

3.2 GPS測量控制網的布設

長輸管線工程項目的控制測量工作中首先要做的就是控制測量的布設，控制測量主要有平面控制測量以及高程控制測量。其中平面控制測量一半都是使用靜態的GPS測量控制網，而對于高程控制測量則是使用GPS高程擬合法與此同時再和國家等級水準點進行聯合測量，以此確保測量精度。在GPS的測量控制網布設中，要按照《長距離輸油輸氣管道測量規范》進行測量控制點的布設，對線路起點、終點以及長度大于三十千米的點都要和國家控制點進行聯測，并采取一定的措施防治長度變形。布設時應注意以下要求：第一，導線起閉點的GPS必須要成對出現；第二，布設的位置交通應該盡量方便，在布設邊長較長時，要注意和周圍通信設施的協調處理；第三，每對點和相鄰對點之間的距離不能大于十千米。

3.3 靜態GPS控制測量

第一，作業時間段時的選擇。因為工程項目的管線沿途地貌復雜，為確保能獲取較為完整的數據，一定要根據天氣預報衛星的可見預報挑選最佳的觀測時間。一般而言衛星幾何分布好的話那么定位的精度也就會比較高。衛星分布情況可以使用Planning軟件進行預測查看，然后按照預測安排工作。第二，基準站的選定。在這一階段的工作中基準站的架設位置非常重要，除了要滿足GPS靜態測量的要求外，基準站架設對周圍的環境也有一定的要求，其必須開闊且比較高，這樣能方便電臺的發射。為確保測量精度，接收機應架設在測量段的中間位置。

3.4 RTK控制測量

測量中采用如下的工作模式：基準站一人，流動站四人，這四人中兩人負責操作GPS，另外兩人負責記錄。具體作業時，中線各一百米采點均勻，而且對中線附近也要采點仔細。流動站接收機開機之后，先要進行系統設置，然后輸入相應的參數，接著進行流動站的設置。為保證RTK的準確性，可使用以下方法：第一，求轉換參數。測量中，每站都要選那些殘差比較少，而且精度較穩定的點解算轉換參數。第二，減小作業半徑。一般而言基準站和流動站之間的距離越短，計算的固定解也就越穩定，當然精度就會越高。第三，基準站盡量設在地勢開闊且比較高的點上，以此保證信號發射和接收不會受干擾。第四，對干擾大的地方在數據采集時可延長觀測時間。

4 結束語

我國的GPS技術應用已經經歷了大致二十多年，總體上比較成熟。文章在分析了GPS技術的相關概念的基礎上，對長輸管線GPS控制測量應用進行了研究，旨在能為同類工程提供有價值的理論參考，進而提高工作效率并降低工程成本，從而實現其社會經濟效益。

參考文獻

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