GPS在管线测量三维控制网建立中的应用与分析研究

2014-04-17张金福

江苏科技信息 2014年22期

关键词：全球定位系统精准度管线

张金福

（中国建筑材料工业地质勘查中心江苏总队，江苏南京 210000）

0 引言

我国应用GPS 技术已经近20 年了，基本已经运用至一个较为成熟的阶段。随着经济的发展，测量度提高，传统的测量方法也不再满足于管线的应用和发展，所以GPS 凭借自身的特点优势，被大量运用于这项工程的管线测量中。

1 GPS

1.1 概述

1958 年，GPS（Global Positioning System）全球定位系统只是美国军方研究的一个项目，到了1964 年才开始投入使用。最开始GPS 全球定位系统是为海陆空这3 大领域提供导航服务的，主要用于军事。经过不断发展和研究，1994 年完成了达到GPS 全球覆盖率98%的卫星布设。目前GPS 在生活中主要用于车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控和导航等。

1.2 特点

GPS 全球定位系统的主要特点是：高精准度、全天候、多功能、高效率、操作简便、应用广泛等。

（1）高精准度。高精准度主要体现在定位精度高。经过GPS在生活中反复应用证明，它的相对定位精准度在50km 以内可以达到10～6m，1000km 可以达到10～9m。（2）全天候。GPS 全球定位系统靠发射的卫星来定位，不受气候的影响，所以不管是下雨还是下雪，GPS 全球定位系统都能使用。所以，目前GPS全球定位系统可以1 天24 小时不间断使用。（3）多功能。GPS系统不光能够用来确认位置，还能够用于测速、测时、导航等。随着科学的发展，许多专家学者对GPS 深入研究，使GPS 应用领域不断扩张。（4）高效率。以GPS 导航功能为例，GPS 全球定位系统在互联网中应用中更加方便了人们的生活。当人们出行时，遇到不熟悉的路，GPS 能快速的帮助，只要输入目的地，便能指引走到目的地，效率非常高。（5）操作简便。因为科技的不断发展，GPS 接收机也不断完善，为了方便GPS 的运用，GPS测量的自动化程度逐渐增高，甚至还出现了“一键操作”。

1.3 工作原理

GPS 全球定位系统的工作原理是根据卫星高速运动中位置的记录，作为开始计算的数据，然后再利用单幅影像解析中的空间距离后方交会法，确定要测量地点的位置。

2 GPS 在管线测量三维控制网建立中的具体应用

GPS 应用于管线工程起到的作用主要是测量作用，用到了GPS 的2 个功能：静态功能和动态功能。通过对卫星发射出信息的接收，确定三维坐标点，这就是静态功能；通过卫星系统把已知的三维坐标实地放在地面上，这就是动态功能。

2.1 建立三维控制网

（1）位置探测。以GPS 在某石化厂厂区吉安石化管线三维坐标测量中的应用为例，某石化厂的分厂之间是由各种管线相连接起来的，测量区域里面的管线极其复杂，因为管线是用来传送液体、气体或粉末类的固体，而化工厂的化学物质一般都会对人体产生伤害，所在进行测量的时候就要尤其小心。石化厂建立管线GPS 系统就可以测量弯曲、转角、高处的管线，石化厂的管线对管线测量的精准度必须在10cm 内，且不能出现任何的差错，因此，在控制网建立时，一定要按照管线的走向去测量，可是这样测量会增加工作量，所以必须要采用控制网分级布网的方式进行。这也就决定了GPS 四等作业时要求布设GPS 首控网，基于GPS 首控网上再实施二等控制网测量。最后，基于首控网和二等控制网布设四等附合导线、四等水准加密控制网点，达到满足三维石化管线测量的目的。在GPS 布网方案的选择上，为了加强GPS 观测网的精确度，应该选用边连式方案。（2）数据处理。在三维控制网的建立上，主要就是对GPS 提供的数据进行处理，这就要求数据的精准度，所以要求GPS 各项基线精准度高。在确定其数据准确后，就要把GPS网的坐标转换成立体的坐标系的坐标，比如坐标转换成城市坐标系坐标，就要选取3 个以上的控制点作为基本点，对基本点的可用性进行分析和筛选。一般可以采用Bursa 转换模型：XLi＝Xs＋（1＋K）R（Q1，Q2，Q3）XGi

2.2 GPS 在管线测量中的现状

（1）优点。GPS 在管线测量中的应用已经越来越成熟，尤其是在建立三维控制网中运用GPS 能够使GPS 测量的优越性得到充分的体现。具体表现在：①GPS 技术建立三维控制网更为简单。GPS 技术比普通的测量方法适应性强，且建立的的控制网更为简单易懂，就算远离要测量点，也能够通过GPS 技术连接测控。GPS 也解决了看不到点和位置之间的测量问题，而且也解决了因为天气原因无法进行测量的问题，使得在建立三维控制网上变得便捷。②精准度高。GPS 本身就具有高精准度的特点，把GPS 应用于管线测量三维控制网的建立上，就使得三维控制网精准高，不但满足了测量的要求，而且还具备了很大的精度储备空间。③为管线测量奠定基础。用GPS 技术建立三维控制网能够使图形数据立体化呈现，在城市管线测量比较缺少已知控制点的情况下，能够根据建立的三维控制网对实地情况进行一个全面的解读，然后为管线的测量打下良好的基础。④提高管线测量的速度。使用GPS 有关技术进行管线测量可以提高效率一倍以上，而且还能减少人力资源的投入，相比原始的测量法来说，不光是提高了效率，还降低了投入成本。GPS观测点只需要2 个相关的技术人员就可以了，不需要指挥大量的人进行测量，有时候一个人可以完成。特别是在测量范围大的时候，利用GPS 测量管线，才能快速且准确的建立三维控制网，从而提高整个工程的施工效率。（2）不足。虽然GPS 技术目前在工程中已经应用较为成熟，但是仍然存在着不足之处。①受大气影响计算出现小范围误差。GPS 是通过卫星和接收器之间距离的计算来定位，固定的计算方式是：距离=速度×时间，但是从卫星到接收器测量的距离来看，是需要一定时间的，而在时间确定后，电磁波在大气层受到电离层和对流层的干扰，就会使信息在传达的过程中受到一定的影响，在某些具体的区域，肯定会存在一些微小的误差，而一些地方可能会因为树木、房屋的阻挡，也使得测量的数据出现一些误差，到最后计算时，这些误差也会计算入内。②需要其他仪器辅助。在GPS 应用于管线测量中时，还需要借助其他仪器的辅助，也就是说，如果其他仪器出现了问题，也可能会影响到GPS 测量数据的准确性。然而，GPS 测量的精准性也离不开常规仪器的配合。