地下管線測量中的現代測繪技術應用

韋慶禮，姜宗波

摘 要：隨著近年來城市發展進程不斷加快，各項新型技術的進步，地下管線已經無法滿足人們的生活生產所需，加大地下管線的建設已成必然。立足該背景對現代測繪技術應用于地下管線測量工作展開研究，分析了實時定位RTK技術、全站儀測繪技術，探索了地下管線應用現代化測繪方式，對GPS網絡下RTK技術應用于地下管線測量的應用展開分析，包括在參數轉換，外業施測，精度分析3方面。最后地下管線測量中現代測繪技術的應用注意事項，以期為地下管線測量工作提供參考借鑒。

關鍵詞：地下管線;控制測量;GPS;水準儀;全站儀

中圖分類號：TU990.3 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1001-5922（2021）11-0154-04

Application of Modern Surveying and Mapping Technology in Underground Pipeline Survey

Wei Qingli， Jiang Zongbo

（Shandong Zhengyuan Geophysical Information Technology Co.， Ltd.， Ji nan 250101， China）

Abstract：With the continuous acceleration of the urban development process in recent years， the progress of various new technologies， the underground pipelines have been unable to meet people's living and production needs， and it is inevitable to increase the construction of the underground pipelines. Based on the background， the modern surveying and mapping technology to underground pipelines， The real-time positioning RTK technology and the whole station instrument mapping technology are analyzed， and the modern mapping method of underground pipeline application is explored， the application of RTK technology to underground pipeline measurement under GPS network are analyzes， including three aspects： parameter conversion， field measurement and precision analysis. Finally， the application of modern surveying and mapping technology in underground pipeline measurement is order to provide reference for underground pipeline measurement.

Key words：underground pipeline; control and measurement; GPS; leveling instrument; full station instrument

在近年城市建設發展中，需要不斷解決人們的各類生活問題，地下管線以最合理、經濟方式需要順應城市的規劃發展要求，采用現代化管理確保城市正常運行。那么地下管線的問題就與城市建設發展息息相關，就要對地下管線建設安全加大重視，選用合理的測繪技術，能夠對地下管線的工作測量效率充分提升，減少不必要的人力成本投入[1]。對地下管線測量規劃至設計、管理、施工的任何環節，都能夠做好充分準備，將現代測繪技術應用于地下管線測量中，避免造成不必要的損失增加成本，影響人們的生產生活[2]。文章將對現代測繪技術應用于地下管線測量工作中展開分析。

1 地下管線測繪應用測繪技術

1.1 實時定位RTK技術

實時定位RTK技術作為全球定位技術的一種，基于GPS技術基礎上改進獲得技術，能夠有效融合無線電、數字通訊、動態測量三種技術，實際應用中可以對融合的這三類技術做到優勢互補，彌補各自缺陷保證測量所得數據的精確性[3]。RTK技術在應用過程中，可以做到每一次地下管線測量獲得數據，都避免所受上次測量數據影響，這樣也就避免發生多次測量存在的累積誤差問題，所以測量工作精度較高，可以簡便操作排除外界干擾完成全天候測量作業。RTK如今已經可以精確至毫米，在當前市場上多采用的RTK技術為厘米級，實際應用中實時定位RTK系統包括以下組成，1個基準站、多個流動站，采用通訊系統連接各組成[4]。在流動站內含有GPS接收機、流動站控制電源及裝置，無線電通訊系統。基準站包括了電源、GPS接收機、天線、無線電發射系統。在地下管線測量中應用RTK測繪技術優勢為：①可以在多個流動站實現循環運行測量，這樣能夠縮減不必要的耗時，提高了測量工作效率也加快了整體工程進度;②二保證了地下管線測量工作的精準度，保證每一次RTK測量工作都是獨立進行的，減少了多次測量所受其他測量數據影響的誤差發生可能[5];③幾秒內就可完成測量，較快的測量速度提升了測量工作效率。

當然RTK技術在應用中也有自身技術缺陷，前提是需要保證技術應用滿足環境條件標準，假若在測量工程范圍中未滿足衛星高度角限值，因為高大建筑物和數目的存在導致超出15°，則會所致信號遮擋干擾，影響測量工作正常開展。

1.2 全站儀測繪技術

全站儀測繪儀器設備在實踐測量工作中廣泛應用，能夠突破RTK技術的應用局限，在高大樹木及建筑物超出衛星高度角限值，受到意外遮擋和干擾無法正常開展測量工作時，應用全站儀可以同樣順利完成測量工作，并且保證了測量工作的精準度，同樣在短時間內完成測量，排除天氣因素影響還能夠提高測量效率縮減工期。但是應用全站儀測繪技術同樣存在技術缺點，就是工期進展遲緩工作效率不高，假若在實際地下管線項目工期要求較高的情況下，應用全站儀測繪技術需要繁瑣的測量過程，需要在測量中投入大量人力、時間、精力，產生海量數據所以后續數據處理工作也同樣復雜[6]。

2 GPS網絡下RTK技術應用于地下管線測量

2.1 轉換參數

在在地下管線測量工作中應用傳統GPS模式，多集中應用WGS-84坐標系，每一次測量除了84坐標系，也可以應用80坐標、54坐標，和獨立地方坐標，所以可以轉化地方獨立坐標[7]。那么GPS網絡中RTK系統技術在應用中，想要對測量管線工作轉換坐標，可以通過四參數法、七參數法、坐標矯正法完成[8]。通常應用坐標矯正法時，要確定超過兩個可測量區域保證均勻分布各參數，如果并未提前設定坐標校正參數，要將GPS連接移動站作為參考站測量地下管線。測量過程中需要及時記錄發生固定解情況，對于需要校正測量點，可以應用GPS網絡RTK技術自帶軟件，校正已知點、測量點所在坐標，獲取轉換參數后控制參數誤差值在5 cm以內，并運用RTK技術測量地下管線。

2.2 外業施測

GPS系統在應用于地下管線測量中，能夠通過用戶密碼設置使用權，利用GPS網絡內RTK資源，獲得差分數信息，提供服務端IP、口號、用戶名、密碼相關信息，設置RTK接入軟件商后，可以接入GPS，通過CMR、RTCM兩種方法，向用戶傳輸網絡差分數據，并展開后續的地下管線測量。在測量管線點時，可以通過GPS網絡RTK技術，對管線點所在三維坐標迅速獲取，控制測量時厲遠數的數量能夠在5個以內，1 s為1個樣本取值頻率，實際測量中設置中桿，確保整個測量過程的定位狀態穩定。固定解VRMS≤0.05 cm，HRMS≥0.03 cm情況下，采集數據信息。GPS網絡RTK技術對地下管線測量中，需要控制測量點精準度與標準相符，并且根據測量需求增設控制點，可以應用三腳架固定接收機，觀測中分別對控制點完成獨立2次初始操作，采集兩組控制點信息，保證每組信息的采集時間在10 s以上，控制數據差別在2 cm以內，任何數據都可以作為測量參照依據。

2.3 精度分析

在測量地下管線時為了保障測繪技術所測量數據的精準度，可以采用同規格全站儀重復測量管線坐標與圖根控制點，這樣能夠通過重復測量完成測量精度分析。

3 項目概況

以某市的自來水管線項目為例，通過前期普查該管線約達55.4 km總長，本工程項目為了對地下管線具體情況查明在錄，包括所在位置、性質、材質、高程、走向、規格、建設單位、建設時間等。結合該工程項目的實際情況選用了2臺全站儀，2臺自動安平水準儀，6臺GPS接收機。

對于該地下管線項目來說要求精度達到以下標準：

（1）地下管線隱蔽管線點要達到δts （平面位置限差）為0.1h，δth（埋深限差）為0.15h這兩個探查精度要求。其中用“h”表示管線中心埋深，在 h 低于100 cm情況下直接代入100 cm。

（2）對于地下管線的明顯管線點，要求δth量測為5 cm，中誤差量測為2.5 cm。

（3）對于地下管線點控制測量精度，在管線點和臨近的平面控制點之間測量要小于等于±5 cm，管線高程測量時控制管線點和臨近高程控制點的測量要小于等于±2 cm。

（4）在測量地下管線所在線位和地下管線圖中所示鄰近道路中心線、建構物、管線之間的間距，量測誤差控制在小于等于±0.5 mm。

3.1 GPS配合全站儀與水準儀

城市地下管線種類多樣復雜，以帶狀分布埋設于地面下方，因為地下管線的敷設復雜性，在測繪地下管線時距離較久，測點較多所以在外業測量中的工作量較大，應用常規全站儀、水準儀在收集中，需要以管線方向為依據，建立平面與高程控制網。在地下管線測量中人員較多，所受通視條件影響測繪工作開展效率不高，所獲得的測量精準度也不符合標準。GPS技術在應用中不僅簡便快速，可以一定程度上提升地下管線的測量工作精度，以及實際測量中所受GPS因素影響，可以結合應用GPS、全站儀、水準儀，這樣能夠對該自來水地下管線測量工程效率有效提升，保障高效率完成測量工作任務。

3.2 現代測繪技術應用于地下管線測量方法

3.2.1 圖根導線控制

通過結合上文提出的布設圖根控制點，具體布設以串測方式完成導線布設，具體的布設高程需要以自來水管線排布線路為依據，也可以根據三角高程測距展開測量。采用電磁波測距設計圖根導線控制的技術標準（如表1所示），應用三角高程測量進行測距過程中，需要同步導線測量，運用獲得符合檢驗標準的鋼尺，完成儀高、鏡高測量精度控制在毫米，線路長度限差控制在4 km，測距限差長度控制在100 m，高程閉合差限差控制在±10? ? ?。

將加密圖根導線設計在一次附合導線點，根據上面所述的技術限差標準，測距邊要控制在200 m以內，不可以超出定向邊長，在檢測已知點時需要超過2個方向，在已經將其中1個點使用時，完成平面檢測和高程檢測。電磁波測距設計圖根導線時，因為所受該項目的實際地形條件，無法完全符合可以在四條邊分別布設，保證導線長度在450 m以內，水平角觀測首站需要與兩個已知方向聯測，分別從左側、右側完成水平角測回。在固定角不符值和測站圓周角之間，形成的閉合差要控制在±40以內，完成兩次獨立重復的側邊觀測，兩次相較差值要在15 mm以內。圖根光電測距導線和水準，要保證符合邊數規定，最多要控制在高等控制點，一旦超出就要布設節點網。

3.2.2 GPS控制測量

（1）選點布網原則。首先在GPS控制測量中的選點布網，應當遵循具體規范標準，GPS網需要設計超過3個的聯測控制點，每兩條以上可以通視GPS邊，設計點位方便常規測量手段觀測，確保測量作業點所在安全位置。GPS點位要保證與施工區域的舉例充分，穩固埋設監測點確保視野開闊，衛星高程角控制在15°以內，與大功率反射體遠離設計4～6條的附和路線邊數，同步完成臨近基線邊的觀測工作。

（2）觀測方法及技術要求。在觀測前期需要監測GPS接收機，保證GPS接收機的設備狀態運行性，結合該項目的實際情況編制GPS衛星可見性報表，包括了衛星編號、高度角、方位角、最佳觀測點、最佳觀測時間、PDOP等內容，明確衛星觀測的基本時間、位置、時段條件后嚴格執行。控制衛星天線的平面、高程，對中誤差在2 mm以內，每一個觀測時段都各取前測、后測1次，這兩次觀測中控制誤差在2 mm以內，之后取2次獲得的均值用于最終觀測結果。在操作人員進行觀測過程中，保證不可以擅自離開觀測站，也不可以私自操作破壞衛星觀測作業進展，防止不明物和不相關人員靠近天線，避免影響最終的GPS測量精度。

（3）GPS網測量數據處理。在完成測量后將采集數據傳輸至計算機存儲器內，經基線處理軟件檢驗審核采集數據，包括同步環、移步環各自閉合差，復測基線較差與GPS基線和電磁波測距邊較差的具體數值。應用GPS數據處理軟件來進行GPS網平差檢測，先計算獲得三維無約束平差結果后，形成所有獨立基線的閉合圖形，根據其中已知點WGS-84系三維坐標用于基準位，GPS網測量所的基線值作為觀測值，權陣是基線協方差，完成三維無約束平差計算。之后選取已知的觀測控制點用于初始數據，在評定精度計算約束平差后，在對應坐標體內輸入坐標、方位角、基線邊長、轉換參數、精度等相關信息，篩選起算控制點后，選取平差最優結果即最終GPS網測量數據的最終處理最優化結果。

結合該地下管線測量工程的實際情況，采用Ashtech靜態GPS接收設備，達到基線測量這一精準度布設工程GPS數據采集網。在進行GPS測繪作業過程中，保證達到超過15°的衛星截止高度角，能夠成功觀測4個以上的衛星有效觀測數，且超過1.6以上的平均重復測繪站點數量，超過60 min的測繪時段。每一個測繪時段取天線高度兩次觀測誤差值要控制在3 mm以內，最終選擇最后測得的天線高作為均值。在應用GPS測繪技術觀測該水利工程時，要控制在10%以內的數據剔除率。

本次該水利工程測量工作進行中，統計最終所得的環閉合差值結果、測繪基線的殘差值結果以及平面平差測繪基線的相對精度結果（如表2所示）。

對點平面所在位采用基于GPS網的RTK測繪技術進行測定圖根控制點，要保證滿足3點技術標準：①盡可能選擇高處設計基準站所在位;②首先獲得基準站的準確WGS-84坐標;③以具體測區的大小，完成超過3個且分布均勻的高級等級控制點，獲得測區所在坐標的轉換參數，每次完成1個控制點檢測，逐次完成全部控制點;④盡可能優先選擇在超過5顆衛星，和較好的衛星時段展開測量作業，并且控制流動站觀測精度能夠在±2 cm范圍內;⑤重復兩次完成每一個觀測點的獨立測量，所得每一個觀測點的兩次點位差在5 cm以內。

3.2.3 高程控制測量

可以通過應用光電測距三角高程法，或是設計圖根水準法來獲取高程，可以布設附和路線，一般情況下附和次數要控制在2次以內，還要與地區實際情況結合，對于不具備布設附和路線的困難地區，可以選擇性的布設支線方案，但是在實際操作中需要加強檢查。應用圖根水準法時要保證所使用的水準儀超過DS10級，與水準尺配合完成單程高程觀測，精確至mm，在實際觀測工作中需要應用尺墊。在測量光電測距三角高程時，需要同步導線測量同樣精確至mm，在具體操作中的技術標準要達到對向觀測，一測繪數，中絲法，邊長要低于100 m，測量高程閉合差最終控制在±12? ? ? ?。

4 結語

總而言之，在城市建設發展中地下管線作為不可或缺的關鍵組成，對城市的生產發展和人民生活作用重大，那么在地下管線測量中，應用GPS技術可以突破常規測量手段無法完成的技術弊端，達到良好的測繪操作適應性和優越性。文章則在概述實時定位RTK技術、全站儀測繪技術、GPS網絡下RTK技術基礎上，結合某市自來水管線測量項目實際情況，應用了現代測繪技術完成圖根導線控制、GPS控制測量、高程控制測量。將來隨著社會發展現代測繪技術水平的不斷提升，也會在地下管線測量工作中應用愈來愈多的測繪技術，使得地下管線測量工作更加便捷、易操作。

參考文獻

[1]趙 謙. 地下管線普查與更新中現代測繪技術的應用分析[J]. 中華建設，2019（8）：267-268.

[2]陳? ? 慶. 現代測繪技術在地下電纜管線測量中的應用研究[J]. 科技經濟導刊，2019（27）：77-77.

[3]張財棟. 地籍測量工作中現代測繪相關技術的應用分析[J]. 中華民居（下旬刊），2014（05）：142-143.

[4]陳秋林，陳若薇. 現代測繪技術在竣工測量中的應用[J].? 黑龍 江科學，2019，10（14）：82-83.

[5]宋鶴寧. 地下管線普查工作中不同階段的質量控制[J]. 地礦測繪（2630-4732），2020，3（01）：10-11.

[6]史劍杰.工程測量中地下城市管線探測技術的應用[J]. 現代物業（中旬刊），2019（05）：66.

[7]陳功亮，劉? ? 剛. 大型城市地下管線多源異構數據融合探討[J]. 城市勘測，2020（05）：79-84+89.

[8]李? ? 偉. 工程測量中現代測繪技術的應用與優化對策分析[J]. 科學大眾，2020（04）：109-109.