地下金属管线测量与定位技术的发展及应用

2021-01-25刘振华万丽娟

世界有色金属 2020年20期

刘振华，万丽娟

（1.南京市江宁区左宜测绘有限公司，江苏南京 210000；2.江苏省南京工程高等职业学校，江苏南京 211135）

近年来通讯、电力电能、天然气行业的高速发展，同时随着铁路、水力发电、输电等工程设施的频繁兴建，地下金属管线建设得到广泛关注。地下金属管线是维持人们日常生活的物质基础条件之一，不管是在经济建设方面还是经济发展方面都有着不可忽视的作用。地下金属管线测量与定位技术作为地下金属管线运作中不可或缺的技术之一，其发展程度也广泛得到人们关注。在卫星定位技术充分得到发展的基础上，进一步促进了RTK实时定位技术和全站仪测绘技术在地下金属管线测量与定位上的应用。结合互联网，在需测量的区域使用RTK技术，直接对坐标进行实测，达到精度检测的目的;如果测量区域达不到RTK技术的测量要求，应先在布置图根控制点，在此基础上，再使用全站仪完成地下金属管线测量与定位。

1 地下金属管线概述

1.1 地下金属管线的种类

表1 金属管线种类汇总

地下金属管线种类众多，通常包括管道和电缆。由于金属管线材料属性以及形式的不同，可分为由钢铁类管道，其主要运用于燃气、工业、热力等方面，以及铜铝类电缆[1]，主要应用在电力、电信通讯方面。其种类汇总图如表1所示。

1.2 地下金属管线的特性

地下金属管线具有多元性、复杂性、隐蔽性、系统性和动态性五个特性[2]。由于地下金属管线的种类多种多样，且每年都有许多新增种类，功能也多种多样，因此，地下金属管线是多元的。周遭环境的复杂多变，空间的纵横交错，技术要求多样，设计步骤多且繁琐、地势的盘根错节等等，无不体现着其复杂的特性。地下金属管线的隐蔽性体现在其敷设的方式。地下金属管线具有系统性的特性。地下金属管线可抽象描述为由各管线点、段发展成根系状、环状或辐射状，进而形成系统。此外，各区域及各行业的逐渐扩大以及对管线用途、功能等的不断细分，使得地下金属管线处于一个新建、重建、改建等动态状况，因此动态性也是地下金属管线一大突出的特性。

2 地下金属管线测量技术的发展与应用

80年代末，地下金属管线普查开始兴起，各区域地方政府都在大力促进城市地下金属管线建设，加快了地下金属管线测量与定位技术的发展，优化了居民的生活，取得了一定的效果。地下金属管线测量工作是在探测工作之后进行的，有的时候根据需要还要建立地下管线信息管理系统，在GPS的基础上，利用RTK实时定位技术和全站仪测绘技术相互结合进行测量。结合互联网，在需测量的区域使用RTK技术，直接对坐标进行实测，达到精度检测的目的。其主要流程是在探测仪器查明地下管线的属性、埋深等等属性并标记在地面上之后，利用全站仪汇测技术对管线点的标记位置和高程完成测量，工作完成后绘制成图纸。地下金属管线测量主要有控制测量、管点线测量、地下管线图汇测以及地下管线图建库这几个步骤。其中，控制测量的对象有平面控制网和高程控制网。图1为地下金属管线数据处理工作流程：

图1 地下管线数据处理工作流程

管点线测量是在地下管线点探测完成之后根据物探人员标记在地面上的标志和编号对管线点进行的。它是对地形数据和地下管点线测量数据的采集集合。由管点线测量库和地形数据库完成地形图编排，再由数据库生成管线图，再由多个管线图进一步组合形成综合管线图。

3 地下金属管线定位技术的发展与应用

地下金属管线的定位技术多种多样，其中RTK测量技术和全站仪汇测技术是目前地下金属管线的定位测量中使用较多的两种技术。

3.1 RTK实时定位技术

RTK实时定位技术是以GPS为基础的，是地下金属管线的定位中必不可少的一种技术。近年来卫星定位系统正由单种趋向于多种方向发展，接收机也有向多个星座及多频接收机的多重方向发展的趋势。现在已有覆盖全球的卫星星座的三维定位系统，如美国的GPS和俄罗斯的GLONASS，都是采取被动式定位技术。我国采取的是二维定位系统，与美国和俄罗斯不同，采取主动式定位技术。RTK实时定位技术是在GPS/GLONASS兼容双频高精度接收技术基础上由静态相对定位向载波相位实时动态定位发展而来。

目前使用的RTK实时定位技术的在地下金属管线的定位测量步骤通常为：首先客户端负责接收卫星信号，并在坐标系中记下该信号所反馈的有效信息，根据所记录的信息进行整合、归纳、分析，随后就可以开始布置地下金属管线的相关定位测量作业了。随着GPS技术的不断完善也促进了RTK的发展，而RTK定时定位技术的快速发展也同时推动了无线电、通讯、智能、动态测量等多种技术的发展，而这些技术都是在地下金属管线的定位测量中与RTK定时定位技术相互配合的，这样有利于接收数据的及时以及给数据的精准度给予了保证，在一定程度上降低了误差，从整体上提高了测量效果。此外，随着RTK定时定位技术的不断优化，现在完成定位已经可以使用多个流动站同时进行了，极大程度上节省了施工时间，提高了工作的效率。除了这些，以前进行地下金属管线的定位测量时无法避免由于外部因素带来的影响，而现在则安全不用担心这个问题，现在完全可以实现全天候作业，并且在其工作时，几秒钟就能够完成一个数据的测量。目前，RTK几乎能够精确到±20mm，精度均匀，甚至有的已经达到毫米级别的精确度，只不过由于毫米级别的精确度成本比较大，测量顺序僵固，不够灵活等，因此目前大多使用的厘米级别的RTK当时定位技术。如此看来，RTK实时定位技术还是有很大的发展空间的。

3.2 全站仪测绘技术

实现定位结果的精准的前提，是要明白施工时我们处于一个怎样的环境和地质，而这些都需要依靠全站仪测绘技术来完成，以保证测量“透视化”。

60年代末期，随着电子测量技术和数据微型处理与存储性能的提高，全站仪从开始出现即显示了系械式的校正方法，瑞典的TeotronicsAB于1982年生产了具有动态测角系统的全站仪Geodimeter140。近年来全国各地都致力于研究全站仪的“三轴”补偿功能，现如今也得到了一定成效，且精度问题也得到解决。现行精度最高的全站仪TC2002的测距精度1mm+1ppm，全站仪这些功能技术的优化有利于其在地下金属管线的精准定位。另外，该技术在测量过程中还有很多优势，例如，以往地下金属管线的定位测量时，卫星信号常常会因为建筑物或者一些大树遮挡而受到干扰，而随着全站仪的逐步完善及改良，现在已经解决了这个问题，能够顺利完成测量。同时，也正是因为如此，应对周遭复杂多变的环境，也能够很好的适应，并且在缩短工期的前提下保证高精度、高速度的效果。