GPS在管线控制测量中的应用浅析

杨文俊+杨炳旭

摘要：随着经济的发展，为了满足市场需求，我国先后铺设了西气东输、川气东送等管线，这些管线无论是规模，还是测量精度都要求比较高，在这种情况下，传统的测量方法早已不能满足管线的应用和发展。凭借自身的优势，在长输管线的初测及详勘放样中，GPS技术的作用越加凸显，可以说GPS是长输管线测量作业的一次技术创新。本文针对长输管线测量进行了分析与论述，为GPS在长输管线测量中应用提供了新的实践。

关键词：无人机 大比例尺 测图 精度

1 概述

建设长距离运输管道必须建立测量控制网，应用传统测量方法，也就是通过经纬仪、全站仪、水准仪等测量设备来建立边角网、测角网或测边网。这些常规的控制测量手段工作量大，作业时间长，受气候、环境等条件影响较大，而且误差积累显著，很大程度满足不了当前工程的精度要求。随着对大型管道工程高精度的不断要求，用传统测量方法直接布设大型管道工程测量控制网是非常困难的，代价很高，而GPS技术的产生和发展给解决此类问题提供了可能。凭借自身的技术优势，通过GPS进行测量，在一定程度上提高了生产效率和观测的可靠性，同时降低了现场的施工成本，进一步为管道建设做出巨大贡献，其实用价值非常高。

2 GPS的组成及定位原理及特点

全球卫星定位系统的简称GPS，是Global Positioning System的缩写，该系统由美国组建。通过该系统，在全球范围内，无论任何气候、任何时间，用户可以实现连续的三维导航定位和测速。在该系统的帮助下，用户可以进行高精度的时间传递，以及精密的定位等。对于该卫星导航系统来说，通常情况下主要分为三部分：空间部分（GPS卫星星座）、地面控制部分（地面监控系统）、用户设备部分（GPS信号接收机）。

对于卫星导航系统的定位原理，与测量学中有测距交会确定点位的方法十分相似。在利用无线电进行导航定位时，通常情况下，假设地面上设有三个无线电信号发射台，并且其坐标已经知道，通过无线电测距，测得某一时刻用户接收机与三个发射台之间的距离分别为D1、D2、D3。然后以D1、D2、D3为半径，以三个发射台为球心做三个定位球面，用户接收机的空间位置就坐落在三个球面的焦点上。

通常情况下，GPS的定位方法主要包括：绝对定位、相对定位。其中，绝对定位也称单点定位。对于单点定位来说，一般情况下又分为静态绝对定位和动态绝对定位。绝对定位在精度方面比较低，进而在一定程度上满足不了大地测量精度的需要。GPS相对定位，其定位方式是借助两台GPS接收机，对相同的GPS卫星实施同步观测，进一步确定两台接收机天线之间的相对位置，当前，这种定位方式的精度比较高，这种定位方式，主要应用于大地测量、精密工程测量。

对于GPS系统来说，通常情况下，其特点主要表现为：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。

3 GPS基线向量网的等级及布网形式

按照我国颁布的全球定位系统测量规范的相关规定，对于GPS基线向量网，通常情况下可以将其分成五个级别，分别为A、B、C、D、E。GPS网的布网形式通常情况下分为五种，这五种分别为：跟踪站式、会战式、多基准站式（枢纽点式）、同步图形扩展式以及单基准站式。

在布设一般工程控制网的过程中，比较常用的是同步图形扩展式。所谓同步图形扩展式，就是在不同测站上进行同步观测，其同步观测主要是通过多台接收机来进行，某一时段的同步观测完成后，在这种情况下，需要将其迁移到其它测站进行同步观测，每次进行同步观测时，往往都可以形成一个同步图形，在进行测量的过程中，不同的同步图形间通常情况下会有若干个公共点相连，这些同步图形再构成整个GPS网。

通常情况下，在对GPS基线向量网进行布设的过程中，通过同步图形扩展的方式进行观测，其形式主要包括四种，分别为点连式、边连式、网连式、混连式。

4 案例应用分析

本项目以神渭输煤管道线路五标控制测量为例分析。该项目位于陕西延长到延川县，全长约65公里，控制等级为D级网，项目区域交通便利。

4.1 GPS控制网的布网、观测方案

在实际外业观测时，使用4台南方S86 GPS接收机，此次采用GPS静态相对定位方法应观测的基本条件：

①卫星高度角≥15°；

②PDOP值≤6；

③有效观测卫星总数≥4颗；

④数据采样间隔为20秒；

⑤每个时段观测时间长度≥45分钟。

4.2 数据处理及检核

按照《GPS规范》要求，对外业观测质量进行检核，各级GPS基线精度、同步环检验、异步环检验均满足规范要求，结果可靠，没有含粗差的基线向量存在。

在计算时为控制变形采用两个抵偿投影带，G基线解算和网平差采用南方Gnssadj软件进行计算。计算分别采用3个国家点作为平面起算点。使用前对起算点分别进行验证，检验结果显示起算点保存完好，精度满足要求。平差后的四等GPS点最弱点点位中误差为2.46mm，最弱边边长相对中误差为1/300874。平面坐标最大差17mm。高程用曲面拟合高程的方法进行，最大控制点的高程较差大于15cm，最小的为1.3cm，拟合精度较好，高程成果可以参考使用。

5 结束语

国际上，对GPS平面控制和高程控制技术的研究已有较多的研究成果。我国GPS技术的应用经过最近20年的广泛使用，也基本成熟，在工程建设各阶段，本文结合GPS技术的实际经验，通过对比分析，对长输管线GPS控制网的设计与实施、GPS平面控制网的数据处理等进行了研究，同时总结了一些有益于实际工作的经验，在一定程度上对于降低长输管线工程中测量外业的劳动强度，提高作业效率，降低作业成本，具有明显的经济和社会效益。

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作者简介：杨文俊（1968-），男，陕西周至人，工程师，主要从事测绘工程工作。endprint