GPS RTK 技術在地下金屬管線控制測量中的應用研究

楊立樹，姚益峰，路 佳

（湖州創新國土測繪規劃設計有限公司，浙江 湖州 313000）

GPS RTK 技術借助廣域差分和多個基準站局域差分，增加流動站與基準站的距離，提高定位結果精度[1]。因此本文對GPS RTK 技術在地下金屬管線控制測量中的應用進行研究，提高管線控制測量的精度和可靠性，對城市規劃建設提供指導。

1 GPS RTK技術在地下金屬管線控制測量中的應用

1.1 提取明顯管線點屬性特征

由于城市地下管線種類繁多，因此需要首先對地下管線類型特征進行區分。地下管線按材料屬性分為金屬管線和非金屬管線，本文主要對金屬管線的特征進行提取。明顯管線點和附屬設施，可采用實地調查取樣的方式，獲取其屬性信息。有些區域道路狹窄和草叢樹木等的遮蔽作用，更加劇了測量難度。但由于金屬管線與周圍介質存在物理差異，隨埋深和規模的不同，介質差異也發生變化，因此可憑借此異常特征，將管線從復雜區域中分離出來，從而掌握大致分布情況。對明顯管線點的探測，需要確定其平面位置和埋深等數據。首先，確定埋深；其次，確定管徑和斷面尺寸；最后，確定材質和埋深方式。對于不規則管組，選取最大斷面進行量測。當窖井被雜物堵塞時，難以準確調查時，可參照相鄰井孔屬性進行確定。對于被植物、石塊或雜物覆蓋的窖井，應在征求有關部門意見后進行調查。若存在與原有圖件信息不相符的情況，應重新進行探查，保證探查的準確性。將探查屬性特征分類匯總，編制現況調繪圖，根據明顯管線點的屬性、規格和性質等信息，確定相應的項目屬性，標注好權屬單位，以此完成對明顯管線點的探測。

1.2 利用GPS RTK 技術探明隱蔽管線點位置

由于地下金屬管線通常是埋藏在地下的隱蔽物體，具有未知性，不容易被觀察，在此情況下地下金屬管線屬于隱蔽管線點，需要借助物探專用儀器設備才能實現有效探測。本文采用GPS RTK 技術，探明隱蔽管線點位置。在靜態控制網建立后，將已知的坐標數據與目標測量點的數據進行對比，將改正數據發送至其他接收機，從而實現對目標觀測點位置數據的實時改正，從而獲得可靠的平面坐標和高程值。首先處理基準站的觀測數據，對比實測空間定位坐標與控制網內平差坐標后，形成基準站的修正數據，再將此數據發送至移動站，移動站數據也因此得到修正。在地下金屬管線探測中，基準站和移動站位置選擇十分關鍵。由于實際工作環境的復雜性，在單基線處理過程中存在障礙物的影響，因此設立中繼站轉發信號，增強定位效果。根據探查結果，分別計算平面位置和埋深的誤差和限差，計算公式如下：

其中，ep表示平面位置誤差；ed表示埋深誤差；εp表示平面位置限差；εd表示埋深限差；n 表示管線點檢查數；Δsi表示平面位置偏差；Δhi表示埋深偏差；li表示管線中心埋深。按照記錄表核對屬性，確定管線點的連接關系。必要時需進行重復探查，使探查點具有代表性并均勻分布，保證其屬性和幾何精度。

1.3 設計地下金屬管線控制測量

探明位置后，在地面對應位置標記地下管線點標志，按照標注編號，繪制探查草圖。探查草圖需要對管線點、附屬設施中心點和線路特征點進行標注，主要在管線出現位置變化的區域，主要包括交叉分支處、變材變徑變坡處和轉折起訖處等。對于一段沒有明顯走向變化特征的長直管線，需要在起點、中心和終點進行標記；對于彎曲度較大的管線，除了在起點、中心和終點進行標記外，還應在變彎處適當增加管線點。地下金屬管線的控制測量應以城市基本控制網為基礎，確定根控制點，并適當對其進行加密。具體控制測量步驟如下：

（1）測量圖根導線。以探查草圖為依據，按照相關規定布設導線。其中附和導線應小于1.2km，平均邊長不應超過0.1km，相對閉合差不超過1/4000，結點間距離不應超過0.84km。

（2）測量圖根水準。圖根起點和終點都應為等級高程點，按照附和路線、閉合環或結點網布設地下金屬管線。附和路線和閉合環長度應在8km 以下，結點間長度應在6km 以下。對于閉合環，需要首先檢測水準點高程，以此為基礎進行圖根起閉。

（3）高程控制測量。測量技術要求需要符合相關標準。

（4）加密圖根控制測量。加密圖根控制測量包括以下內容：首先，對邊長進行檢核，測距中誤差不超過20mm，較差相對中誤差不超過1/2500；其次，對角度進行檢核，測角中誤差小于20″，較差限差小于60″；最后，聯測檢核，角度閉合差小于60，a 表示測站數。

（5）測定圖根點高程。測量出目標點的大地坐標系坐標，利用城市似大地水準面模型，獲取目標點高程。缺少模型的情況下，在地勢平坦的地區，對高程進行擬合，檢測較差需要在[-100，+100]的范圍內。控制測量后需要進行質量檢查，主要檢測指標為管線點平面位置和高程測量誤差，具體計算公式表示為：

其中，δcp表示平面位置測量誤差；δch表示高程測量誤差；Δxi表示平面位置較差；Δyi表示高程較差；m 表示測量點數。記錄質量檢查后，編寫檢查報告，并繪制綜合管線圖或專業管線圖，并在地下管線數據信息系統中進行保存。

2 實驗結果與分析

圖1 平面位置檢驗結果

為檢驗GPS RTK 技術在地下金屬管線控制測量中的應用效果，將本文方法與傳統測量方法進行對比實驗。傳統方法1 利用電磁感應，傳統方法2 利用地質雷達對地下金屬管線進行控制測量。以某城市區域的地下管線探測項目為研究對象，對比探測精度。

2.1 數據質量檢驗

首先對探測數據進行質量檢驗，平面位置檢驗結果見圖1，高程檢驗結果見圖2。

圖2 高程檢驗結果

根據圖1和圖2的質量檢驗結果，本文方法在平面位置和高程的測量上，誤差均小于傳統方法，說明本文方法具有較好的地下金屬管線控制測量質量，符合實際工程的檢驗標準。

2.2 探測精度測試

在對控制測量質量檢驗的基礎上，進一步測試探測精度。以坐標殘差和埋深殘差為衡量精度的指標。平面位置精度和埋深精度的對比結果見表1。

表1 平面精度測試結果

根據表1 的測試結果，本文方法的平面坐標殘差和埋深殘差均小于傳統方法，說明在探測精度上，本文方法優于傳統方法，具有較高的精度，為地下金屬管線控制測量提供了保障。

3 結束語

地下金屬管線是城市基礎設施的重要組成部分，管線鋪設在城市空間各個角落，負責整個城市信息和能量運輸工作，對城市發展發揮巨大作用。本文對GPS RTK 技術在地下金屬管線控制測量中的應用進行研究，實驗結果表明，本文方法提高了管線控制測量精度，具有廣闊的應用前景。由于地下管線探測的復雜性，本文研究還存在不足之處。后續可對實景模型的精確建立進行研究，提高地下管線測量的效率。