地下金屬管線測量與定位技術的發展及應用

劉振華，萬麗娟

（1.南京市江寧區左宜測繪有限公司，江蘇 南京 210000；2.江蘇省南京工程高等職業學校，江蘇 南京 211135）

近年來通訊、電力電能、天然氣行業的高速發展，同時隨著鐵路、水力發電、輸電等工程設施的頻繁興建，地下金屬管線建設得到廣泛關注。地下金屬管線是維持人們日常生活的物質基礎條件之一，不管是在經濟建設方面還是經濟發展方面都有著不可忽視的作用。地下金屬管線測量與定位技術作為地下金屬管線運作中不可或缺的技術之一，其發展程度也廣泛得到人們關注。在衛星定位技術充分得到發展的基礎上，進一步促進了RTK實時定位技術和全站儀測繪技術在地下金屬管線測量與定位上的應用。結合互聯網，在需測量的區域使用RTK技術，直接對坐標進行實測，達到精度檢測的目的;如果測量區域達不到RTK技術的測量要求，應先在布置圖根控制點，在此基礎上，再使用全站儀完成地下金屬管線測量與定位。

1 地下金屬管線概述

1.1 地下金屬管線的種類

表1 金屬管線種類匯總

地下金屬管線種類眾多，通常包括管道和電纜。由于金屬管線材料屬性以及形式的不同，可分為由鋼鐵類管道，其主要運用于燃氣、工業、熱力等方面，以及銅鋁類電纜[1]，主要應用在電力、電信通訊方面。其種類匯總圖如表1所示。

1.2 地下金屬管線的特性

地下金屬管線具有多元性、復雜性、隱蔽性、系統性和動態性五個特性[2]。由于地下金屬管線的種類多種多樣，且每年都有許多新增種類，功能也多種多樣，因此，地下金屬管線是多元的。周遭環境的復雜多變，空間的縱橫交錯，技術要求多樣，設計步驟多且繁瑣、地勢的盤根錯節等等，無不體現著其復雜的特性。地下金屬管線的隱蔽性體現在其敷設的方式。地下金屬管線具有系統性的特性。地下金屬管線可抽象描述為由各管線點、段發展成根系狀、環狀或輻射狀，進而形成系統。此外，各區域及各行業的逐漸擴大以及對管線用途、功能等的不斷細分，使得地下金屬管線處于一個新建、重建、改建等動態狀況，因此動態性也是地下金屬管線一大突出的特性。

2 地下金屬管線測量技術的發展與應用

80年代末，地下金屬管線普查開始興起，各區域地方政府都在大力促進城市地下金屬管線建設，加快了地下金屬管線測量與定位技術的發展，優化了居民的生活，取得了一定的效果。地下金屬管線測量工作是在探測工作之后進行的，有的時候根據需要還要建立地下管線信息管理系統，在GPS的基礎上，利用RTK實時定位技術和全站儀測繪技術相互結合進行測量。結合互聯網，在需測量的區域使用RTK技術，直接對坐標進行實測，達到精度檢測的目的。其主要流程是在探測儀器查明地下管線的屬性、埋深等等屬性并標記在地面上之后，利用全站儀匯測技術對管線點的標記位置和高程完成測量，工作完成后繪制成圖紙。地下金屬管線測量主要有控制測量、管點線測量、地下管線圖匯測以及地下管線圖建庫這幾個步驟。其中，控制測量的對象有平面控制網和高程控制網。圖1為地下金屬管線數據處理工作流程：

圖1 地下管線數據處理工作流程

管點線測量是在地下管線點探測完成之后根據物探人員標記在地面上的標志和編號對管線點進行的。它是對地形數據和地下管點線測量數據的采集集合。由管點線測量庫和地形數據庫完成地形圖編排，再由數據庫生成管線圖，再由多個管線圖進一步組合形成綜合管線圖。

3 地下金屬管線定位技術的發展與應用

地下金屬管線的定位技術多種多樣，其中RTK測量技術和全站儀匯測技術是目前地下金屬管線的定位測量中使用較多的兩種技術。

3.1 RTK實時定位技術

RTK實時定位技術是以GPS為基礎的，是地下金屬管線的定位中必不可少的一種技術。近年來衛星定位系統正由單種趨向于多種方向發展，接收機也有向多個星座及多頻接收機的多重方向發展的趨勢。現在已有覆蓋全球的衛星星座的三維定位系統，如美國的GPS和俄羅斯的GLONASS，都是采取被動式定位技術。我國采取的是二維定位系統，與美國和俄羅斯不同，采取主動式定位技術。RTK實時定位技術是在GPS/GLONASS兼容雙頻高精度接收技術基礎上由靜態相對定位向載波相位實時動態定位發展而來。

目前使用的RTK實時定位技術的在地下金屬管線的定位測量步驟通常為：首先客戶端負責接收衛星信號，并在坐標系中記下該信號所反饋的有效信息，根據所記錄的信息進行整合、歸納、分析，隨后就可以開始布置地下金屬管線的相關定位測量作業了。隨著GPS技術的不斷完善也促進了RTK的發展，而RTK定時定位技術的快速發展也同時推動了無線電、通訊、智能、動態測量等多種技術的發展，而這些技術都是在地下金屬管線的定位測量中與RTK定時定位技術相互配合的，這樣有利于接收數據的及時以及給數據的精準度給予了保證，在一定程度上降低了誤差，從整體上提高了測量效果。此外，隨著RTK定時定位技術的不斷優化，現在完成定位已經可以使用多個流動站同時進行了，極大程度上節省了施工時間，提高了工作的效率。除了這些，以前進行地下金屬管線的定位測量時無法避免由于外部因素帶來的影響，而現在則安全不用擔心這個問題，現在完全可以實現全天候作業，并且在其工作時，幾秒鐘就能夠完成一個數據的測量。目前，RTK幾乎能夠精確到±20mm，精度均勻，甚至有的已經達到毫米級別的精確度，只不過由于毫米級別的精確度成本比較大，測量順序僵固，不夠靈活等，因此目前大多使用的厘米級別的RTK當時定位技術。如此看來，RTK實時定位技術還是有很大的發展空間的。

3.2 全站儀測繪技術

實現定位結果的精準的前提，是要明白施工時我們處于一個怎樣的環境和地質，而這些都需要依靠全站儀測繪技術來完成，以保證測量“透視化”。

60年代末期，隨著電子測量技術和數據微型處理與存儲性能的提高，全站儀從開始出現即顯示了系械式的校正方法，瑞典的TeotronicsAB于1982年生產了具有動態測角系統的全站儀Geodimeter140。近年來全國各地都致力于研究全站儀的“三軸”補償功能，現如今也得到了一定成效，且精度問題也得到解決。現行精度最高的全站儀TC2002的測距精度1mm+1ppm，全站儀這些功能技術的優化有利于其在地下金屬管線的精準定位。另外，該技術在測量過程中還有很多優勢，例如，以往地下金屬管線的定位測量時，衛星信號常常會因為建筑物或者一些大樹遮擋而受到干擾，而隨著全站儀的逐步完善及改良，現在已經解決了這個問題，能夠順利完成測量。同時，也正是因為如此，應對周遭復雜多變的環境，也能夠很好的適應，并且在縮短工期的前提下保證高精度、高速度的效果。

4 結束語

地下金屬管線的眾多種類及其五大特性決定了其測量及定位技術的發展趨勢，在GPS的基礎上，RTK實時定位技術和全站儀測繪技術的不斷完善提高，為二者相互結合，進而實現地下金屬管線的測量提供了基礎，也保證了其測量精準度，提高了效率。