GPS定位技術在燃氣工程測量的應用

摘 要：和常規測量比較，網絡RTK實時動態定位技術以其速度快、精度高、成本低、效率高等特點，正在取代傳統的測量技術，在各個方面逐步開始應用，本文對GPS定位技術在燃氣工程測量的應用進行了探討。

關鍵詞：GPS定位；燃氣工程測量；靜態測量

1.GPS RTK的工作原理

RTK技術屬于動態定位，其精度能夠達到厘米級的野外定位。RTK測量技術是經載波相位測量與數據傳輸技術相結合的以載波相位測量為依據的實時差分GPS測量技術。通過高處GPS接收機基準站和觀測點接收機基準站的接收信號對比，形成GPS的差分改正值，通過無線電數據鏈的改正值及時傳輸能夠實現GPS的觀測值修正，從而得到更加準確的實時位置。網絡RTK技術，這種技術通過多基準站將來自多個參考站的數據通過計算機網絡，無線通信及GPS定位技術來形成一體系統。RTK系統正常工作須具備三個條件：基準站與移動站同時接收衛星信號和基準站臺發出的差分信號；基準站和移動站同時接收5顆以上的GPS衛星信號；移動站要連續接收GPS衛星信號和基準站發出的差分信號。

RTK系統主要由基準站接收機、數據鏈及移動接收機三部分組成，通常是利用2臺以上的GPS接收機同時接收衛星信號，其中一臺安置在已知點上作為基準點，另一臺用來測量未知點坐標稱移動站，基準站根據該點的準確坐標可求出其他衛星的距離改正數并將這一改正數發送給移動站，移動站根據距離改正數來改正其定位結果，大大提高了定位精度，從而使實時提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果達到厘米級精度。

2.燃氣工程測量

2.1測量范圍

燃氣工程測量主要是對埋地燃氣管道的測量，其內容包括定線測量和竣工測量。定線測量主要依據地下燃氣管道施工圖，將設計的燃氣管道平面位置在現場放出，并確定高程控制點點開挖深度。燃氣工程竣工測量主要在覆土前對燃氣管道的起點、終點、坡度變化點、轉折點、閥門、三通、直線點（直線段兩點距離不大于50m）、管道附屬設備等管道節點進行平面和高程測量，出具測量報告和燃氣管道測量成果表。

2.2燃氣工程測量精度要求

隨著城市地下管線日益復雜化，燃氣工程對于測量技術的精度要求也在逐漸提升。在地下管線探測技術規程之中，對于地下管線的測量精度提出了明確要求，管線點平面誤差不得大于5cm，即測點相對于鄰近平面的控制點誤差不得大于5cm，管線點的高程誤差的高程控制點不得大于3cm。GPS定位技術出現后，主要用于精度要求不高、誤差在5～15m范圍的車載定位導航。近幾年隨著通信和網絡技術發展，GPS定位技術定位精度不斷提高，達到工程測量厘米級精度的要求，傳統的測量角度、距離、高程的測量方法，正在逐步被GPS定位測量的新技術替代，GPS定位技術在工程測量中開始了廣泛的應用。

3.GPS測量技術在燃氣工程測量中的特點

3.1準確定位燃氣節點的三維坐標

網絡RTK的定位測量，只需通過一臺動態GPS接收機和一些配套的通信模塊，就可實現數據的讀取和站點觀測。當需要變換測區時，只需要重新進行參數轉換即可，操作相對簡單，且具有較高的自動化程度。

3.2測量速度快

無論是燃氣工程的定線測量中，還是在竣工測量中，利用網絡RTK測量技術，在測區都可將燃氣工程的節點高程和坐標直接測出來，進行施工測量以及竣工測量，在采集燃氣節點數據上有著明顯地提高。一般來說，在下一個燃氣特征點測量的30s中就可完成數據的采集，圖根控制測量只需要觀測時間超出3min就可完成。無論是節點的測量，還是圖根的控制測量，由一位測量人員操作一臺接收機，就可將測量工作完成。但是傳統的測量工作，需要三位人員完成工程。由操作人員在測站利用操作儀器與立桿人員相互的配合，平均一個燃氣節點需要2min才可完成測量，而圖根的控制測量，需要10min左右的時間才可完成。所以，利用網絡RTK測量，測量的速度快。

3.3工作量少

在燃氣工程測量中使用網絡RTK觀測不會受到天氣因素的限制，可進行全天候的作業。由一位測量人員，使用一臺接收機，就可利用網絡RTK來完成燃氣節點的測量，可將測區的基本控制與圖根控制測量減少，降低了工作量，同時能夠將測區內尋找控制點的工作減少，其余的工作完全可由接收機自行完成，這樣既可減少一定的工作量，又可減少勞動強度。傳統模式下的測量需要兩人進行測點立桿，然后由另外一個人在測站操作儀器來進行觀測。綜上所述，原本一個測區的工作需要3d才可完成，但是利用網絡RTK測量，就可讓燃氣工程的測區工作實踐縮短到1d內，提高了燃氣工程的測量效率。

3.4無累計誤差

在燃氣工程的觀測中，可在電子手簿上實時地顯示平面和高程測量中存在的誤差：即平面誤差顯示為2cm，高程誤差為3cm。這樣的誤差是相對于傳統的對燃氣工程管道節點的坐標與高程進行直接測量產生的誤差，且消除了累計誤差，精度得到大大地提高。網絡RTK可實現全市的覆蓋，確保GPS測量成果精度的均等，但是傳統的測量模式只能夠從整體到局部進行測量，這樣很容易積累誤差。利用GPS測量，可將傳統測量的累計誤差消除，提升成果可靠性，對于測量精度也有所保障。

4.GPS在工程測量中的應用

4.1常規靜態測量

這種模式可達5mm+lppm的相對定位精度。常規靜態測量常用于建立全球性或國家級大地控制網，建立地殼運動監測網、建立長距離檢校基線等。采用兩臺（或兩臺以上）GPS接收機，分別安置在一條或數條基線的兩端，同步觀測4顆以上衛星，每時段根據基線長度和測量等級觀測45min以上的時間。

4.2快速靜態測量

移動站接收機依次到各待測測站，每測站觀測數分鐘。這種模式常用于控制網的建立及其加密、工程測量、地籍測量等。在一個已知測站上安置一臺GPS接收機作為基準站，連續跟蹤所有可見衛星。需要注意的是這種方法要求在觀測時段內確保有5顆以上衛星可供觀測；流動點與基準點相距應不超過20km。

4.3實時動態測量

在一個已知測站上架設GPS基準站接收機和數據鏈，連續跟蹤所有可見衛星，并通過數據鏈向移動站發送數據。實時動態測量則是實時得到高精度的測量結果。移動站接收機通過移動站數據鏈接收基準站發射來的數據，并在機進行處理，從而實時得到移動站的高精度位置。

4.4 準動態測量

移動站接收機在進行初始化后依次到各待測測站，每測站觀測幾個歷元數據。這種模式可用于開闊地區的加密控制測量、工程定位及碎部測量、剖面測量及線路測量等。在一個已知測站上安置一臺GPS接收機作為基準站，連續跟蹤所有可見衛星。需要注意的是這種方法要求在觀測時段內確保有5顆以上衛星可供觀測；流動點與基準點相距應不超過20km。另外，有一種連續動態測量，也屬于這種模式。

5.結束語

GPS測量消除了傳統誤差累積，通過移動站對管道節點的坐標和高程測量，提升了測量精度。極大的滿足了城市測量規范中的精度要求。據報道，到2020年，我國北斗衛星導航系統將發射5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，成為面向全球提供服務的衛星導航系統。屆時接收機可同時接收北斗系統和GPS系統信號，成本更低，定位速度更快、精度更高，衛星定位技術將有更廣泛的應用。

參考文獻：

[1]陳力.地下燃氣管線地面和地上標志的設置[J].城市燃氣.2013（10）.

作者簡介：

鄒海軍（1963年8月）男，漢族，大學本科，教授級高級工程師，從事測繪工程技術工作