GPS RTK 技术在地下金属管线控制测量中的应用研究

杨立树，姚益峰，路 佳

（湖州创新国土测绘规划设计有限公司，浙江 湖州 313000）

GPS RTK 技术借助广域差分和多个基准站局域差分，增加流动站与基准站的距离，提高定位结果精度[1]。因此本文对GPS RTK 技术在地下金属管线控制测量中的应用进行研究，提高管线控制测量的精度和可靠性，对城市规划建设提供指导。

1 GPS RTK技术在地下金属管线控制测量中的应用

1.1 提取明显管线点属性特征

由于城市地下管线种类繁多，因此需要首先对地下管线类型特征进行区分。地下管线按材料属性分为金属管线和非金属管线，本文主要对金属管线的特征进行提取。明显管线点和附属设施，可采用实地调查取样的方式，获取其属性信息。有些区域道路狭窄和草丛树木等的遮蔽作用，更加剧了测量难度。但由于金属管线与周围介质存在物理差异，随埋深和规模的不同，介质差异也发生变化，因此可凭借此异常特征，将管线从复杂区域中分离出来，从而掌握大致分布情况。对明显管线点的探测，需要确定其平面位置和埋深等数据。首先，确定埋深；其次，确定管径和断面尺寸；最后，确定材质和埋深方式。对于不规则管组，选取最大断面进行量测。当窖井被杂物堵塞时，难以准确调查时，可参照相邻井孔属性进行确定。对于被植物、石块或杂物覆盖的窖井，应在征求有关部门意见后进行调查。若存在与原有图件信息不相符的情况，应重新进行探查，保证探查的准确性。将探查属性特征分类汇总，编制现况调绘图，根据明显管线点的属性、规格和性质等信息，确定相应的项目属性，标注好权属单位，以此完成对明显管线点的探测。

1.2 利用GPS RTK 技术探明隐蔽管线点位置

由于地下金属管线通常是埋藏在地下的隐蔽物体，具有未知性，不容易被观察，在此情况下地下金属管线属于隐蔽管线点，需要借助物探专用仪器设备才能实现有效探测。本文采用GPS RTK 技术，探明隐蔽管线点位置。在静态控制网建立后，将已知的坐标数据与目标测量点的数据进行对比，将改正数据发送至其他接收机，从而实现对目标观测点位置数据的实时改正，从而获得可靠的平面坐标和高程值。首先处理基准站的观测数据，对比实测空间定位坐标与控制网内平差坐标后，形成基准站的修正数据，再将此数据发送至移动站，移动站数据也因此得到修正。在地下金属管线探测中，基准站和移动站位置选择十分关键。由于实际工作环境的复杂性，在单基线处理过程中存在障碍物的影响，因此设立中继站转发信号，增强定位效果。根据探查结果，分别计算平面位置和埋深的误差和限差，计算公式如下：

其中，ep表示平面位置误差；ed表示埋深误差；εp表示平面位置限差；εd表示埋深限差；n 表示管线点检查数；Δsi表示平面位置偏差；Δhi表示埋深偏差；li表示管线中心埋深。按照记录表核对属性，确定管线点的连接关系。必要时需进行重复探查，使探查点具有代表性并均匀分布，保证其属性和几何精度。

1.3 设计地下金属管线控制测量

探明位置后，在地面对应位置标记地下管线点标志，按照标注编号，绘制探查草图。探查草图需要对管线点、附属设施中心点和线路特征点进行标注，主要在管线出现位置变化的区域，主要包括交叉分支处、变材变径变坡处和转折起讫处等。对于一段没有明显走向变化特征的长直管线，需要在起点、中心和终点进行标记；对于弯曲度较大的管线，除了在起点、中心和终点进行标记外，还应在变弯处适当增加管线点。地下金属管线的控制测量应以城市基本控制网为基础，确定根控制点，并适当对其进行加密。具体控制测量步骤如下：

（1）测量图根导线。以探查草图为依据，按照相关规定布设导线。其中附和导线应小于1.2km，平均边长不应超过0.1km，相对闭合差不超过1/4000，结点间距离不应超过0.84km。

（2）测量图根水准。图根起点和终点都应为等级高程点，按照附和路线、闭合环或结点网布设地下金属管线。附和路线和闭合环长度应在8km 以下，结点间长度应在6km 以下。对于闭合环，需要首先检测水准点高程，以此为基础进行图根起闭。

（3）高程控制测量。测量技术要求需要符合相关标准。

（4）加密图根控制测量。加密图根控制测量包括以下内容：首先，对边长进行检核，测距中误差不超过20mm，较差相对中误差不超过1/2500；其次，对角度进行检核，测角中误差小于20″，较差限差小于60″；最后，联测检核，角度闭合差小于60，a 表示测站数。

（5）测定图根点高程。测量出目标点的大地坐标系坐标，利用城市似大地水准面模型，获取目标点高程。缺少模型的情况下，在地势平坦的地区，对高程进行拟合，检测较差需要在[-100，+100]的范围内。控制测量后需要进行质量检查，主要检测指标为管线点平面位置和高程测量误差，具体计算公式表示为：

其中，δcp表示平面位置测量误差；δch表示高程测量误差；Δxi表示平面位置较差；Δyi表示高程较差；m 表示测量点数。记录质量检查后，编写检查报告，并绘制综合管线图或专业管线图，并在地下管线数据信息系统中进行保存。

2 实验结果与分析

图1 平面位置检验结果

为检验GPS RTK 技术在地下金属管线控制测量中的应用效果，将本文方法与传统测量方法进行对比实验。传统方法1 利用电磁感应，传统方法2 利用地质雷达对地下金属管线进行控制测量。以某城市区域的地下管线探测项目为研究对象，对比探测精度。

2.1 数据质量检验

首先对探测数据进行质量检验，平面位置检验结果见图1，高程检验结果见图2。

图2 高程检验结果

根据图1和图2的质量检验结果，本文方法在平面位置和高程的测量上，误差均小于传统方法，说明本文方法具有较好的地下金属管线控制测量质量，符合实际工程的检验标准。

2.2 探测精度测试

在对控制测量质量检验的基础上，进一步测试探测精度。以坐标残差和埋深残差为衡量精度的指标。平面位置精度和埋深精度的对比结果见表1。

表1 平面精度测试结果

根据表1 的测试结果，本文方法的平面坐标残差和埋深残差均小于传统方法，说明在探测精度上，本文方法优于传统方法，具有较高的精度，为地下金属管线控制测量提供了保障。

3 结束语

地下金属管线是城市基础设施的重要组成部分，管线铺设在城市空间各个角落，负责整个城市信息和能量运输工作，对城市发展发挥巨大作用。本文对GPS RTK 技术在地下金属管线控制测量中的应用进行研究，实验结果表明，本文方法提高了管线控制测量精度，具有广阔的应用前景。由于地下管线探测的复杂性，本文研究还存在不足之处。后续可对实景模型的精确建立进行研究，提高地下管线测量的效率。