GZCORS 在管线竣工验收测量中的应用

曾 波

（广州市城市规划勘测设计研究院 广东 广州 510060）

0 引言

地下管线是城市基础设施的重要组成部分，承担着输送能量、传递信息以及排放污染物等功能。 改革开放以来，我国的城市建设和发展步入了一个新的时期。 2010 年，广州市圆满成功的举办了第16 届亚运会和首届亚残会， 城市面貌发生了翻天覆地的变化。 如今，广州正在迈向国际化的大都市，城市建设高速发展，配套设施不断完善，城市地下管线也不断更新，形成了规模庞大、错综复杂的地下管网体系，原来的广州市二、三级平面控制网几乎全部被破坏，而基础测绘资料不齐备（比如平面控制点少等），给管线竣工验收测量带来了极大的不变。 如何解决管线量大与控制点少二者之间的矛盾，成为了管线竣工验收测量的关键之一。 为了2010 广州亚运会的城市建设的需要，我院承接了广州亚运城地下综合管线的竣工验收测量。 针对亚运城管线范围广、数量多，且无一个等级控制点的情况，我们应用GZCORS 有效的解决了亚运城缺乏等级控制点所带来的管线探测的问题，高效、圆满的完成了该项工程，保证了亚运会的顺利开展。

1 GZCORS 系统概况

1.1 定义

广州市连续运行卫星定位城市测量综合服务系统（简称GZCORS）是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。 它可以全自动、全天候、 实时的提供整个广州地区的高精度三维坐标和时间信息，是城市现代化管理和数字广州所不可缺少的重要组成部分。 该系统将取代传统导线测量方式，对全市建设工程情况进行动态实时监控,可以取代传统测绘基础控制网，提高测绘速度；系统还能为城市各行业提供实时定位导航服务,广泛应用于公安消防、交通物流、环境保护、城市规划、市政园林、电力通信、林业农业等与空间信息有关的领域。

1.2 构成及特点

作为一个城市级别的CORS 系统，GZCORS 系统由在广州市域范围内均匀分布的8 个基准站和1 个监控站组成，并通过SHD 光纤专线网络高速连接。 系统依托高精度、高分辨率的广州市似大地水准面，具备全动态、全覆盖、三维高精度的测量能力，能够以全自动、全天候、实时的高精度三维坐标为城市规划和建设提供基础地理信息服务，改变了传统的城市测量和GPS 作业模式。

1.3 虚拟参考站（VRS）技术

CORS 参考站建站的基本原理是基于Internet 数据通讯链来获取精确定位的网络RTK 技术。其中比较有代表性的有基于Trimble 的VRS（Virtual Reference Station）虚拟参考站技术、区域改正参数FKP（Flchen-korrektur-parameter）技术以及基于徕卡的MAC （Master-Auxiliary Concept） 主辅站技术。GZCORS 采用的即是虚拟参考站技术。

虚拟参考站是利用地面布设的多个基准站组成GPS 连续运行基准站网络（CORS），综合各个基准站观测信息，建立误差模型， 在移动站附近虚拟生成一个并不存在的参考基站（VRS）。VRS 的位置是通过移动站接收机的单点定位解来确定的，因此，VRS 与移动站构成的基线长度只有几米到十几米的距离。 移动站与虚拟参考站进行载波相位差分，从而实现高精度的实时动态定位。 VRS 技术的工作原理及流程如图1.1：

图1.1 VRS 技术工作原理

1）各个参考站通过Internet 连续不断地向数据控制中心发送观测数据。

2）控制中心实时在线解算各参考站网内的载波整周数，建立误差模型。

3）移动站将单点定位或DGPS 确定的概略坐标（NMEA格式），通过无线移动数据链路（GSM/GPRS、CDMA）传送给数据控制中心， 控制中心在移动站附近创建一个虚拟参考站（VRS），通过内插得到VRS 上各个误差源影响的改正值，并按照RTCM 格式通过NTRIP 协议发送给移动站用户。

4）移动站与VRS 构成短基线，移动站接收控制中心发送的VRS 的差分改正信息或者虚拟观测值，进行差分解算得到移动站用户的精确位置坐标。

经检测验证，GZCORS 外符合平面定位精度优于+1.6cm，高程精度优于+3.0cm， 并且绝大部分品牌GPS 接收机初始化时间都在一分钟之内，满足高精度动态GPS 快速定位的要求。

2 GZCORS 在广州亚运城管线竣工验收测量中的应用

2.1 任务来源及工程特点

为配合第16 届亚运会的胜利举行， 受广州市重点公共建设项目管理办公室委托，我院承接了广州亚运城地下综合管线的竣工验收测量。

广州亚运城位于广州南部，风景独特的莲花山风景区的南麓、莲花山水道西岸，用地面积2.73 平方公里。 由运动员村、媒体村、技术官员村、媒体中心、体育馆区、后勤服务区、亚运公园等7 大部分组成。 是亚运会期间，供各参赛国运动员和官员居住、生活、训练、休闲和娱乐的场所和完善的生活配套设施。 其中，运动员村、媒体村、技术官员村等居住建筑将在赛后进行必要的改造，并作为示范性的居住社区物业投放市场。 因此，了解地下综合管线布局对未来的升级改造是非常重要的。 广州亚运城地下综合管线有以下特点：（1）范围广、分片分区；（2）管线种类齐全，数量大；（3）广州亚运城全新建设，城内无一个等级控制点；（4）工期只有15 天，时间相当紧迫。

2.2 工程实施

地下综合管线竣工验收工作主要包括两个方面：地下管线信息的探查和管线坐标定位测量。

1）地下管线信息探查

地下管线信息探查是利用英国雷迪公司RD8000 管线定位仪的发射机输出有一定功率的电磁波到地下的金属管道（或与管道同埋的金属线）上，在管道上产生感应电流，此电流沿着管道流动的同时， 产生一个以管道为中心的圆形电磁场向四周辐射，其强度为管道正中上方最强。 当RD8000 探测仪的接收机的磁性探头在地面上来回移动探测时接收到该信号， 就能找到电磁场的中心最强的位置， 也就是管道的正上方，地下管线的位置即可探测到，整体实施流程如图1.2 所示。

图1.2 管线竣工验收流程图

2）控制测量

（1）根据亚运城区域的卫星信号接收条件和场地实况，采用GZCORS 代替等级控制导线进行控制测量。 充分利用GZCORS 参考站进行控制点加密。 由于亚运城内道路交通四通发达，故此在各个主要交通路口利用GZCORS 技术进行控制测量布设三级控制点和图根控制点。

GZCORS 技术实施控制测量布设方案以三点为1 组 （作为图根控制导线起算之用时可两点为1 组），两个方向通视，测设的通视控制点边长在200m 以下 （但须在120m 以上）时，可作为一级图根控制点使用；边长在200m 以上，满足精度要求时，可作为三级控制点。

（2）图根控制在已有的等级控制点和GZCORS 三级控制点的条件下， 根据管线的走向及带状地形分布情况加密布设，采用GZCORS 技术进行加密和图根控制导线测量。

GZCORS 技术测量应注意GPS 卫星数量和分布情况，根据广州特殊地理位置，建议避开下午2 点～5 点时段（该时间段电离层活跃，基准站同步固定卫星数少）。

GZCORS 技术测量的点位平面中误差（相对于起算点）应满足平面≤±5cm、高程≤±8cm。 GZCORS 技术测量必须在接收机已得到网络固定解状态下方可进行数据记录。 单测回应满足点位平面残差HRMS 小于±2cm、 高程残差VRMS 小于±3cm。GZCORS 技术测量控制点测回间观测记录的时间间隔不应小于一分钟。两次平面互差应≤±3cm，高程互差应≤±4cm。符合要求的取各次观测结果的平均值作为最终成果。

3）管线测量与数据采集

图根导线测量与管线点、 地形地物数据采集均采用全站仪施测并同时进行。全站仪连接E50 或PDA 掌上电脑进行外业数据采集，使用“SSDP”或“EPSW2008”进行坐标计算，野外测量的数据进行外业连线绘制草图，实现内外业一体化。

3 结论

RTK实时动态测量技术是继GPS 全球定位技术之后，测量领域又一次技术革命。它改变了传统的测量模式，能够实时提供厘米级定位精度， 在不通视的条件下远距离传输三维坐标。 应用于工程测量中，RTK 能够快速准确的布设导线网，弥补由于城市日星月异的发展造成的低等级导线点的毁坏，减轻由于城市高速发展而给测绘人员造成的时间压力。 RTK 测量需要的测量人员少、作业时间短，工作效率高，并且RTK 测量成果都是独立观测值， 不会像常规测量造成误差积累。GZCORS 的建设方便了控制点的建立， 用户可以实现实时动态厘米级精度的定位应用，适用于城市实时控制测量，特别是地下管线竣工验收测量。 GZCORS 系统建设和应用是广州市城市测量技术的一项重大改革， 真正实现了广州市城市三维空间定位，这将会极大地提高生产力，也为“数字市政”的实现打下一个良好的基础，具有重大的战略意义和应用价值。S

［1］刘业光，欧海平.GPS 网络RTK 虚拟参考站技术在广州的应用前景初探[J].城市勘测，2002（2）：528.

［2］张西军，等.广州市CORS 系统实时动态定位精度测试[J].测绘信息与工程，2008（5）：6-7.

［3］ 卢辉.CORS 系统的构建研究及其在江苏油田管线探测中的应用[D].2009.