城市管线设施测量定位方法分析

李景

摘要：城市管线设施的测量和定位均是市政建设管理中的重要内容，几年来随着测绘技术的不断发展革新，基于GPS、COPS等测量定位方法的应用很大程度上提高市政人员的工作效率和准确度，同时降低了操作的难度。但是基于不同平台的测量定位方法其优缺点各有不同，因此在实践操作过程中可以将多种测定方法联合使用，在规避其缺点的同时确保测绘的精确度和效率，本文则简单探讨GPS-RTK协同全站仪在城市管线设施测量定位中的应用。

关键词：城市管线设施；全站仪；GPS-RTK；精确度

中图分类号：TU990.3文献标识码：A文章编号：1674-3024（2016）09-156-02

前言

随着国内城镇化进程的不断推进，城市的数量和规模日益扩大，为了满足居民的生活、生产等需求，城市间管线如水管道、电路、燃气等排布越来越密集和复杂；与此同时被称之为“生命线”的城市管线设施肩负能源、水资源、电、数据信息等的传输和传送功能，是整个城市得以快速、健康、稳定发展的保证。所以一旦设施出现人为、自然破损，市政工作者需要快速定位和响应，本文则简单探讨传统全站仪测定联合基于GPS的GPS-RTK测量定位法在城市管线测定中的应用。

1.全站仪、GPS-RTK测定方法的基本原理

1.1全站仪的基本原理

全站型电子速测仪简称“全站仪”，其主要有3个功能即距离测定、角度测定和数据处理系统，可以实现距离、角度自动测量，同时快速测算高度差、水平距以及坐标增量，所测量和计算的数据均自动显示、传输和储存。全站仪使用极坐标方式获取待定点的坐标数据，即以测站为中心，借助故障发生位置附近的己知方向，测量故障点和已知方向问的夹角最终计算出所求点的实际距离。

全站仪的优点即集合了水平距离测定、角度测定、高差测定、数据计算/传输/存储等功能；其缺点也比较明显，即很容易受到通视条件、地形条件等客观因素的影响。比如某些地区测站不能直接使用仪器进行观测，相应的极坐标的使用受限，必须配合其他测量方法确定坐标，增加了测量、定位的难度。

1.2 GPS-RTK的基本原理

RTK是以载波相位观测值的实时动态进行定位的新技术，其将数字通讯、计算机、GPS技术、无线电技术等集合在一起形成了功能齐全的系统。近几年随着测绘技术的突飞猛进，RTK技术在发展的过程中日趋成熟，现如今用户只需单手操作GPS接收设备，便可以实现任何等级的快速定位，最精密的定位甚至可以超越毫米级（nun级），大幅度提升了测绘的精确度和效率。

RTK的原理是在基准站上放置一个接收机，然后将其他的接收机放置于流动站上，接收机所接收的信号均是同时、同卫星所发射，获得观测值之后和已知位置信息进行对比计算出差分改正值。再将计算出的改正实时传输给流动站促使所检测的数值更为精确。

2.全站仪联合GPS-RTK定位测量系统的构建

由于GPS-RTK技术必须确保基准站上方无遮挡物，所以为了避免各种客观因素对定位测量工作造成的影响，可以使用全站仪和RTK技术联合构建一套适用于任何地形且能够克服-任何客观条件的定位测量系统。其全站仪RTK技术定位测量系统的作业流程，详见图1所示。合适的测量系统，然后分别由2个系统测量出待定点的数据，然后对数据进行计算处理，最终完成图形编辑计算出发生损坏的管线位置，派遣市政人员前去维修。

3.应用实例分析

3.1任务概况

本次任务是对我国沿海某城市在进行的市政规划和地下管线建设和管理过程，开展地下管线网络定期检查维修工作。检查的范围包括该市新建的两条市政道路，包括道路延伸的街巷等。检查维修的管线包括给排水、居民/工厂用电线路、办公家居的电信线路等；分别检查管线数量、负载、埋藏深度等数据。管线探测点的高程、平面坐标等数据全部采用全解析方式予以测定；彩色管线测绘图则利用数字成图技术按照1：1000的比例绘制。

3.2测定区域的情况介绍

该市位于我国东南沿海地区，该地区地形以滨海平原、丘陵和台地为主，地势由西北逐渐向东南方倾斜，地势的构成类型多样化，比如高低丘、滩涂、中低山等。年降水量在1200mm左右，雨季分布在5月18月份。由于经济特区的缘故，该市已成为了两岸具有现代化服务合作示范区、金融服务中心和贸易中心等，经济相对比较发达，全市境内气温适宜、环境优美、高楼林立。测量区域有1985年国家高程基准的Ⅱ等、Ⅲ等水准点成果资料，依据这些资料作为起算数据。

3.3测定操作的依据

①《城市地下管线探测技术相关规程》2003版，文件号为CJJ61；②《GPS城市测量技术规程》1997版，文件号为CJJ73；③不同比例地形图式；④测绘产品验收和评定的标准和规定，1995版。

3.4设备仪器的准备

①本次任务中使用的GPS-RTK接收器型号为Trimble46001s，共使用该种接收器7套，测定任务时均设置为精测模式，即垂直精度为10mm±lppm；水平精度为5mm±lppm；②全站仪由天宝测绘仪器生产有限公司提供的型号为M3的设备，共4台设备，角度精度控制在±5”，距离精度为2mm～2ppm。

3.5作业过程

3.5.1测量控制

大量工程实例和实验数据均表明，基于GPS的RTK测定系统都能够满足图根控制的高要求。RTK系统精度控制在合理范围内其信号接收的半径<5km，如果接收到卫星的数量≥5个，则获得的三维坐标测量精度便能够满足任务要求。市面上常使用的TrimbleA6001S型号的RTK接收器，其高程精度可以达到lOmm±lppm，而水平精度则可以达到5mm±lppm的要求。

RTK系统进行图根控制时有几个要点需要特别注意：首先，观测结果尽量使用多历元类型，然后计算其平均值，从而消除因为外界干扰因素（如偶然噪音、电磁波等）的影响，尽可能的提升定位的精确度；其次，观测点区域视野必须足够的开阔，周围没有任何高大植被、房屋、工程建筑等，同时观测点地势要明显较高且交通相对比较便利（便于仪器设备的运送）；再者，控制点的数量设置上必须尽可能的科学、合理，避免后期再进行支点，影响观测进度；最后在使用RTK系统进行测定时需要使用全站仪对其控制点进行检验、核对，降低其他因素的影响。

3.5.2碎步测量

根据地形、环境等因素合理的选择测量定位系统，比如相对开阔区域直接由单人持RTK系统进行测量并采集存储数据；若测量点有植被、建筑遮挡则先使用RTK确定坐标，再使用全.站仪结合测计法进行作业。

碎步测量的作业过程主要包括4个步骤，①启动基准站。首先将基准站架设于开阔地带（即基准站上方空旷，且周围没有强电磁的干扰），然后将各个仪器的线路连接并打开电源开关，并将测量模式调整为动态测量。②定义坐标系统。工程项目确定好之后，需要另建一个文件夹，将测量仪器中的参数设置归纳整理并存档于文件夹中，文件的格式有*cot、*dat、*ini等。③点校正。RTK测量系统多是基于WCS-84坐标，但是工程实践中实时显示地域独立坐标系或者国家坐标系，为了满足测量的需求则应该满足各种坐标系的实时转换，而转换系统则就是校正点。而坐标系转换过程中存在两种情况：情况一，即转换参数已知。该种情况下便可以在测量控制设备中直接输入转换参数，从而建立良好的坐标转换关系。比如某城市管线测量是基于国家坐标系统，以明确掌握基准点坐标、投影方式和椭球参数，便可以直接定义坐标系统。情况二即转换参数不知。此时便可以直接使用点校正方式构建一个坐标的转换关系，平面水准点应该3-4个左右。④流动站。单点测量，即在页面打开“测量”图标，方式选择RTK然后再点开测量点，便可以进行单点的测量任务。单点测量的精确度、耗时与卫星精度、数量、精度要求密切相关；放样测量，放样前应该将道路的各项数据输入进去，主要包括曲线道路、直线道路以及DTM等，初始化完成后选择RTK测量模式，然后点击放样测量进行作业。

3.5.3业内数据处理

本次任务使用的软件分别为CASS7.3软件和Auto CAD绘图软件，而CASS7.3是编程人员以Auto CAD制图软件为平台开发的智能型数字化地籍测量软件。和其他测图软件相比CASS7.3的优势表现在其成图功能更加快捷、便利，易于工作人员掌握和操作。在测量工作中由于全站仪、RTK坐标数据格式与该软件存在差异，所以为了确保测量的效率必须将数据的格式转化和CASS7.3格式保持一致，即文件格式为+.dat，东坐标为x坐标，北坐标为Y坐标，高程则用“H”表示。

3.5.4测绘定位精度分析

首先使用RTK测量系统将待测点的东坐标、北坐标和高程测量出来，使用计算机直接阅读出坐标数值，然后对照真实数据，测量误差最好控制在<±5cm，该任务中共有检查点612个，误差最大的为3.2cm小于±5cm的要求，因此本次任务的测量定位精度满足相关测量规范中的基本要求。详见表2所示。

4.结束语

随着测绘技术的不断改进和完善，市政管线测量定位等作业精确度越来越高、工作效率也明显得到提升。为了满足显示测量的需求，基于不同平台的测量定位系统被人们开发和应用，很好的解决了客观因素对测量带来的影响。目前施工作业实践中常用到的测量方式有已知坐标测量法、CORS测量法、相对测量法和RTK测量法。本文着重讲解了全站仪和基于GPS开发的RTK测量系统，通过二者基本原理、优缺点的讲解，发现二者在城市管线测量定位作业中具有互补属性，为以后的市政设施测量提供了很好的依据，能够提升市政测量的效率和精确性。