CORS在地下金屬管線定位測量中的應(yīng)用

李 陽

（重慶市萬州區(qū)規(guī)劃設(shè)計研究院，重慶 404000）

CORS通俗來講就是衛(wèi)星定位系統(tǒng)。CORS依托的是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，CORS系統(tǒng)包括空間站部分、數(shù)據(jù)處理部分、通信系統(tǒng)部分和地面用戶管理四部分組成。CORS應(yīng)用于測量技術(shù)的前提是擁有足夠的測量設(shè)備，測量的區(qū)域范圍內(nèi)要建立很多GPS參考站，參考站和參考站之間可以出現(xiàn)檢測范圍重疊狀況，但是不能留有不能被檢測的空白區(qū)域。而且要保證每個GPS參考站能夠24小時不間斷工作。GPS衛(wèi)星定位就是測量的數(shù)據(jù)來源，通過不斷地采集數(shù)據(jù)然后將數(shù)據(jù)傳輸進計算機中，計算機對數(shù)據(jù)進行預處理，最終獲得測量物的測量數(shù)據(jù)。

地下金屬管線的測量涉及了測繪學和地理學等多方面的技術(shù)應(yīng)用。在測量之前要進行測量規(guī)劃，測量過程不僅要實現(xiàn)管線位置的探測[1]，還要進行管線狀態(tài)的檢驗。很多事故的發(fā)生都是由于地下金屬管線的狀態(tài)檢測結(jié)果不準導致的。因此選擇一種誤差率小檢測方式對地下金屬管線的檢測具有積極影響。地下金屬管線的測量方式可以融合更加先進的技術(shù)。CORS技術(shù)在測繪領(lǐng)域的運用已經(jīng)爐火純青。CORS系統(tǒng)可以將測量數(shù)據(jù)進行儲存并直接通過計算機進行數(shù)據(jù)分析。地下金屬管線的測量

1 CORS在地下金屬管線定位測量中的具體應(yīng)用

1.1 布置測量控制網(wǎng)絡(luò)

測量控制網(wǎng)絡(luò)包含計算機網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)，在計算機網(wǎng)絡(luò)中將GPS與CORS系統(tǒng)相結(jié)合。就可以實現(xiàn)GPS與CORS的數(shù)據(jù)共享。同一地區(qū)的數(shù)據(jù)無需進行兩次收集節(jié)省了一步采集數(shù)據(jù)的時間。在計算機中將系統(tǒng)進行結(jié)合后先做好控制網(wǎng)絡(luò)的布置，然后再進行地下金屬管線的測量可以提高測量效率。在進行網(wǎng)絡(luò)布置的時候要根據(jù)地下金屬管線測量地的測量區(qū)域大小和管線大致的掩埋深度確定網(wǎng)絡(luò)布置的密度，首先布置一級測量網(wǎng)，根據(jù)一級測量網(wǎng)的密度來確定二級測量網(wǎng)的密度[2]，以此類推直到所有的測量網(wǎng)布置完成。如果測量地區(qū)的地形比較復雜，例如在丘陵聚集的地區(qū)進行地下金屬管線監(jiān)測，就必須增加監(jiān)測網(wǎng)的密度。如果檢測地處于地下水聚集區(qū)域，就需要增設(shè)加密點來輔助測量，加密點與控制網(wǎng)絡(luò)進行信號關(guān)聯(lián)。以防因為地形原因?qū)е碌叵陆饘俟芫€測量不準確。

測量控制網(wǎng)絡(luò)建立之后，就要進行參考站的選擇。參考站的選擇標準一是GPS的基站數(shù)量，二是GPS基站的信號輻射范圍。地下金屬管線的測量需要基站的信號覆蓋范圍在50km2左右，然后根據(jù)具體的測量需求決定基站的建設(shè)數(shù)量，GPS基站如圖1所示。

圖1 GPS基站實物圖

基站的建設(shè)數(shù)量和建設(shè)的地理位置是同一時間進行敲定的，數(shù)量和位置都布置合理是參考站建設(shè)的一大難點。需要借助計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)地形的復雜程度進行分析和計算。地下金屬管線地表出露部分可以采用直接檢測的方式，依靠CORS系統(tǒng)定位出露部分的具體位置，連接測量儀和金屬管線，開啟測量儀向金屬管線中輸入電流。控制電流輸入的大小，探測電流在管線中游走的路線探測金屬管線在地下部分的具體位置。地下掩埋較淺的金屬管線可以在管線上放置信號接收裝置，CORS系統(tǒng)發(fā)出探測信號，信號接收裝置接收到信號后直接將地下金屬管線地的數(shù)據(jù)信號傳輸回CORS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置。需要注意的是信號接收器的信號接收距離有限，不能探測掩埋過深的管線。掩埋較深的地下金屬管線可以使用電磁場感應(yīng)法進行檢測，直接向地下金屬管線發(fā)射電磁場，基于金屬的導電性，地下金屬管線會在接收到特定電磁場的情況下形成特有磁場。

地下金屬管線在測量的時候，地表的信號發(fā)射站、電纜等基礎(chǔ)設(shè)施都會對測量儀發(fā)射的測量信號造成干擾。干擾信號會造成管線測量誤差，CORS系統(tǒng)的定位系統(tǒng)可以輔助測量儀將因為信號干擾造成的測量誤差降低到最小。在管線測量結(jié)束后，要隨機在管線點中抽出一部分進行再次測量，結(jié)果與正式測量的結(jié)果進行對比，誤差率小于2%才能證明此次測量的數(shù)據(jù)有效。

1.2 采集數(shù)據(jù)信息

CORS是以GPS為核心的測量技術(shù)，在實際的測量中采集信息可以通過傳感器完成。傳感器的設(shè)計運用了數(shù)字化技術(shù)，對地下金屬管線的測量數(shù)據(jù)通過電磁波傳遞出去，CORS的衛(wèi)星系統(tǒng)接收到信號之后，對測量數(shù)據(jù)進行預處理，完成預處理數(shù)據(jù)經(jīng)過真?zhèn)伪鎰e，將錯誤的數(shù)據(jù)進行剔除，真實的數(shù)據(jù)保留下來并傳輸?shù)接嬎銠C中。在測量數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，很多地下金屬測量工程想要完整的拿到金屬管線的數(shù)據(jù)，需要使用各種儀器進行多次測量。而多次測量意味著多次誤差疊加，測量精度值直線下降。利用CORS只需要一次測量就可以采集到所有的數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)采集的精確性，也節(jié)省了很多工作時間。

1.3 實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與儲存

地下金屬管線定位測量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中后，需要對數(shù)據(jù)的準確性進行二次驗證，以防有漏測錯測的現(xiàn)象發(fā)生。由于地下金屬管線不會在短時間內(nèi)出現(xiàn)很大變化，所以即使出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失只要進行補救測量就可以將數(shù)據(jù)直接進行補充。確認過測量數(shù)據(jù)準確無誤后[3]，就可以利用CAD軟件進行測繪圖紙的制作。探測數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換為金屬管線的屬性數(shù)據(jù)。金屬管線屬性分為點屬性和線屬性。測量數(shù)據(jù)按照屬性分類分別填入屬性表中。再將測量的平面坐標與點屬性和線屬性進行一一對應(yīng)。填好的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)檢查，首先檢查管線屬性表中的數(shù)據(jù)是否與作業(yè)人員入庫的數(shù)據(jù)一致，數(shù)據(jù)存疑的地方進行標記，將普通數(shù)據(jù)進行分類儲存。然后將生成的圖像進行檢查，CORS中的三維建模功能可以將二維圖紙轉(zhuǎn)換為三維立體圖像，可以更加直觀的展示出地下金屬管線的測量結(jié)果。檢查合格后直接形成金屬管線測量的完整數(shù)據(jù)。

2 仿真實驗

為了驗證本文所設(shè)計的運用CORS對地下金屬管線定位的方法是否滿足地下金屬管線的測量要求設(shè)計了本次對比實驗，使用文獻中提到的金屬管線電磁感應(yīng)測量方法和直接測量法以及本文設(shè)計的方法對地下金屬管線進行定位，在三種測量方式下，將金屬管線測量定位誤差進行對比。

2.1 實驗準備

實驗需要準備充電器、測量儀、電容箱、計算機。在仿真軟件中構(gòu)建金屬管線的仿真模型，管線的地下掩埋深度為50m，模擬軟件運行3s時開始進行測量，CORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)密度為每100km3設(shè)置三個基站。電容箱實時進行充電，以免在進行直接測量的時候充電器斷電導致產(chǎn)生設(shè)備故障誤差。

2.2 實驗結(jié)果

利用上述實驗儀器對金屬管線進行仿真測量，測量定位數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理后與實際位置進行對比，計算出誤差值，結(jié)果如下表。

由表1可知，本文設(shè)計的方法的定位誤差和定深誤差都小于電磁感應(yīng)測試方法和直接測量法的測量誤差，直接測量方法由于信號干擾嚴重，定位誤差偏差較大。電磁感應(yīng)方法的信號發(fā)射機可以避開一些信號干擾大的干擾設(shè)施，定位誤差比直接測量法小一些，但電磁感應(yīng)測量方法只能控制信號的發(fā)射，不能控制金屬管線的磁場變化，因此定深誤差較大。本文設(shè)計的方法融合了CORS強大的衛(wèi)星定位技術(shù)，因此本文設(shè)計的方法可以有效的減少地下金屬管線中的測量誤差。

表1 不同方式測量地下金屬管線的誤差對比

3 結(jié)語

本文設(shè)計了將CORS融入地下金屬管線測量的方法，并通過實驗驗證該方式可以有效減少測量誤差。但是本次驗證實驗是在仿真軟件中完成的，與實際操作相比簡化了很多步驟，希望在日后的研究中可以將實驗細節(jié)完善，得出更加準確的結(jié)果。