地下管线测量中的现代测绘技术应用

韦庆礼，姜宗波

摘 要：随着近年来城市发展进程不断加快，各项新型技术的进步，地下管线已经无法满足人们的生活生产所需，加大地下管线的建设已成必然。立足该背景对现代测绘技术应用于地下管线测量工作展开研究，分析了实时定位RTK技术、全站仪测绘技术，探索了地下管线应用现代化测绘方式，对GPS网络下RTK技术应用于地下管线测量的应用展开分析，包括在参数转换，外业施测，精度分析3方面。最后地下管线测量中现代测绘技术的应用注意事项，以期为地下管线测量工作提供参考借鉴。

关键词：地下管线;控制测量;GPS;水准仪;全站仪

中图分类号：TU990.3 文献标识码：A     文章编号：1001-5922（2021）11-0154-04

Application of Modern Surveying and Mapping Technology in Underground Pipeline Survey

Wei Qingli， Jiang Zongbo

（Shandong Zhengyuan Geophysical Information Technology Co.， Ltd.， Ji nan 250101， China）

Abstract：With the continuous acceleration of the urban development process in recent years， the progress of various new technologies， the underground pipelines have been unable to meet people's living and production needs， and it is inevitable to increase the construction of the underground pipelines. Based on the background， the modern surveying and mapping technology to underground pipelines， The real-time positioning RTK technology and the whole station instrument mapping technology are analyzed， and the modern mapping method of underground pipeline application is explored， the application of RTK technology to underground pipeline measurement under GPS network are analyzes， including three aspects： parameter conversion， field measurement and precision analysis. Finally， the application of modern surveying and mapping technology in underground pipeline measurement is order to provide reference for underground pipeline measurement.

Key words：underground pipeline; control and measurement; GPS; leveling instrument; full station instrument

在近年城市建設发展中，需要不断解决人们的各类生活问题，地下管线以最合理、经济方式需要顺应城市的规划发展要求，采用现代化管理确保城市正常运行。那么地下管线的问题就与城市建设发展息息相关，就要对地下管线建设安全加大重视，选用合理的测绘技术，能够对地下管线的工作测量效率充分提升，减少不必要的人力成本投入[1]。对地下管线测量规划至设计、管理、施工的任何环节，都能够做好充分准备，将现代测绘技术应用于地下管线测量中，避免造成不必要的损失增加成本，影响人们的生产生活[2]。文章将对现代测绘技术应用于地下管线测量工作中展开分析。

1 地下管线测绘应用测绘技术

1.1 实时定位RTK技术

实时定位RTK技术作为全球定位技术的一种，基于GPS技术基础上改进获得技术，能够有效融合无线电、数字通讯、动态测量三种技术，实际应用中可以对融合的这三类技术做到优势互补，弥补各自缺陷保证测量所得数据的精确性[3]。RTK技术在应用过程中，可以做到每一次地下管线测量获得数据，都避免所受上次测量数据影响，这样也就避免发生多次测量存在的累积误差问题，所以测量工作精度较高，可以简便操作排除外界干扰完成全天候测量作业。RTK如今已经可以精确至毫米，在当前市场上多采用的RTK技术为厘米级，实际应用中实时定位RTK系统包括以下组成，1个基准站、多个流动站，采用通讯系统连接各组成[4]。在流动站内含有GPS接收机、流动站控制电源及装置，无线电通讯系统。基准站包括了电源、GPS接收机、天线、无线电发射系统。在地下管线测量中应用RTK测绘技术优势为：①可以在多个流动站实现循环运行测量，这样能够缩减不必要的耗时，提高了测量工作效率也加快了整体工程进度;②二保证了地下管线测量工作的精准度，保证每一次RTK测量工作都是独立进行的，减少了多次测量所受其他测量数据影响的误差发生可能[5];③几秒内就可完成测量，较快的测量速度提升了测量工作效率。

当然RTK技术在应用中也有自身技术缺陷，前提是需要保证技术应用满足环境条件标准，假若在测量工程范围中未满足卫星高度角限值，因为高大建筑物和数目的存在导致超出15°，则会所致信号遮挡干扰，影响测量工作正常开展。

1.2 全站仪测绘技术

全站仪测绘仪器设备在实践测量工作中广泛应用，能够突破RTK技术的应用局限，在高大树木及建筑物超出卫星高度角限值，受到意外遮挡和干扰无法正常开展测量工作时，应用全站仪可以同样顺利完成测量工作，并且保证了测量工作的精准度，同样在短时间内完成测量，排除天气因素影响还能够提高测量效率缩减工期。但是应用全站仪测绘技术同样存在技术缺点，就是工期进展迟缓工作效率不高，假若在实际地下管线项目工期要求较高的情况下，应用全站仪测绘技术需要繁琐的测量过程，需要在测量中投入大量人力、时间、精力，产生海量数据所以后续数据处理工作也同样复杂[6]。

2 GPS网络下RTK技术应用于地下管线测量

2.1 转换参数

在在地下管线测量工作中应用传统GPS模式，多集中应用WGS-84坐标系，每一次测量除了84坐标系，也可以应用80坐标、54坐标，和独立地方坐标，所以可以转化地方独立坐标[7]。那么GPS网络中RTK系统技术在应用中，想要对测量管线工作转换坐标，可以通过四参数法、七参数法、坐标矫正法完成[8]。通常应用坐标矫正法时，要确定超过两个可测量区域保证均匀分布各参数，如果并未提前设定坐标校正参数，要将GPS连接移动站作為参考站测量地下管线。测量过程中需要及时记录发生固定解情况，对于需要校正测量点，可以应用GPS网络RTK技术自带软件，校正已知点、测量点所在坐标，获取转换参数后控制参数误差值在5 cm以内，并运用RTK技术测量地下管线。

2.2 外业施测

GPS系统在应用于地下管线测量中，能够通过用户密码设置使用权，利用GPS网络内RTK资源，获得差分数信息，提供服务端IP、口号、用户名、密码相关信息，设置RTK接入软件商后，可以接入GPS，通过CMR、RTCM两种方法，向用户传输网络差分数据，并展开后续的地下管线测量。在测量管线点时，可以通过GPS网络RTK技术，对管线点所在三维坐标迅速获取，控制测量时厉远数的数量能够在5个以内，1 s为1个样本取值频率，实际测量中设置中杆，确保整个测量过程的定位状态稳定。固定解VRMS≤0.05 cm，HRMS≥0.03 cm情况下，采集数据信息。GPS网络RTK技术对地下管线测量中，需要控制测量点精准度与标准相符，并且根据测量需求增设控制点，可以应用三脚架固定接收机，观测中分别对控制点完成独立2次初始操作，采集两组控制点信息，保证每组信息的采集时间在10 s以上，控制数据差别在2 cm以内，任何数据都可以作为测量参照依据。

2.3 精度分析

在测量地下管线时为了保障测绘技术所测量数据的精准度，可以采用同规格全站仪重复测量管线坐标与图根控制点，这样能够通过重复测量完成测量精度分析。

3 项目概况

以某市的自来水管线项目为例，通过前期普查该管线约达55.4 km总长，本工程项目为了对地下管线具体情况查明在录，包括所在位置、性质、材质、高程、走向、规格、建设单位、建设时间等。结合该工程项目的实际情况选用了2台全站仪，2台自动安平水准仪，6台GPS接收机。

对于该地下管线项目来说要求精度达到以下标准：

（1）地下管线隐蔽管线点要达到δts （平面位置限差）为0.1h，δth（埋深限差）为0.15h这两个探查精度要求。其中用“h”表示管线中心埋深，在 h 低于100 cm情况下直接代入100 cm。

（2）对于地下管线的明显管线点，要求δth量测为5 cm，中误差量测为2.5 cm。

（3）对于地下管线点控制测量精度，在管线点和临近的平面控制点之间测量要小于等于±5 cm，管线高程测量时控制管线点和临近高程控制点的测量要小于等于±2 cm。

（4）在测量地下管线所在线位和地下管线图中所示邻近道路中心线、建构物、管线之间的间距，量测误差控制在小于等于±0.5 mm。

3.1 GPS配合全站仪与水准仪

城市地下管线种类多样复杂，以带状分布埋设于地面下方，因为地下管线的敷设复杂性，在测绘地下管线时距离较久，测点较多所以在外业测量中的工作量较大，应用常规全站仪、水准仪在收集中，需要以管线方向为依据，建立平面与高程控制网。在地下管线测量中人员较多，所受通视条件影响测绘工作开展效率不高，所获得的测量精准度也不符合标准。GPS技术在应用中不仅简便快速，可以一定程度上提升地下管线的测量工作精度，以及实际测量中所受GPS因素影响，可以结合应用GPS、全站仪、水准仪，这样能够对该自来水地下管线测量工程效率有效提升，保障高效率完成测量工作任务。

3.2 现代测绘技术应用于地下管线测量方法

3.2.1 图根导线控制

通过结合上文提出的布设图根控制点，具体布设以串测方式完成导线布设，具体的布设高程需要以自来水管线排布线路为依据，也可以根据三角高程测距展开测量。采用电磁波测距设计图根导线控制的技术标准（如表1所示），应用三角高程测量进行测距过程中，需要同步导线测量，运用获得符合检验标准的钢尺，完成仪高、镜高测量精度控制在毫米，线路长度限差控制在4 km，测距限差长度控制在100 m，高程闭合差限差控制在±10     。

将加密图根导线设计在一次附合导线点，根据上面所述的技术限差标准，测距边要控制在200 m以内，不可以超出定向边长，在检测已知点时需要超过2个方向，在已经将其中1个点使用时，完成平面检测和高程检测。电磁波测距设计图根导线时，因为所受该项目的实际地形条件，无法完全符合可以在四条边分别布设，保证导线长度在450 m以内，水平角观测首站需要与两个已知方向联测，分别从左侧、右侧完成水平角测回。在固定角不符值和测站圆周角之间，形成的闭合差要控制在±40以内，完成两次独立重复的侧边观测，两次相较差值要在15 mm以内。图根光电测距导线和水准，要保证符合边数规定，最多要控制在高等控制点，一旦超出就要布设节点网。

3.2.2 GPS控制测量

（1）选点布网原则。首先在GPS控制测量中的选点布网，应当遵循具体规范标准，GPS网需要设计超过3个的联测控制点，每两条以上可以通视GPS边，设计点位方便常规测量手段观测，确保测量作业点所在安全位置。GPS點位要保证与施工区域的举例充分，稳固埋设监测点确保视野开阔，卫星高程角控制在15°以内，与大功率反射体远离设计4～6条的附和路线边数，同步完成临近基线边的观测工作。

（2）观测方法及技术要求。在观测前期需要监测GPS接收机，保证GPS接收机的设备状态运行性，结合该项目的实际情况编制GPS卫星可见性报表，包括了卫星编号、高度角、方位角、最佳观测点、最佳观测时间、PDOP等内容，明确卫星观测的基本时间、位置、时段条件后严格执行。控制卫星天线的平面、高程，对中误差在2 mm以内，每一个观测时段都各取前测、后测1次，这两次观测中控制误差在2 mm以内，之后取2次获得的均值用于最终观测结果。在操作人员进行观测过程中，保证不可以擅自离开观测站，也不可以私自操作破坏卫星观测作业进展，防止不明物和不相关人员靠近天线，避免影响最终的GPS测量精度。

（3）GPS网测量数据处理。在完成测量后将采集数据传输至计算机存储器内，经基线处理软件检验审核采集数据，包括同步环、移步环各自闭合差，复测基线较差与GPS基线和电磁波测距边较差的具体数值。应用GPS数据处理软件来进行GPS网平差检测，先计算获得三维无约束平差结果后，形成所有独立基线的闭合图形，根据其中已知点WGS-84系三维坐标用于基准位，GPS网测量所的基线值作为观测值，权阵是基线协方差，完成三维无约束平差计算。之后选取已知的观测控制点用于初始数据，在评定精度计算约束平差后，在对应坐标体内输入坐标、方位角、基线边长、转换参数、精度等相关信息，筛选起算控制点后，选取平差最优结果即最终GPS网测量数据的最终处理最优化结果。

结合该地下管线测量工程的实际情况，采用Ashtech静态GPS接收设备，达到基线测量这一精准度布设工程GPS数据采集网。在进行GPS测绘作业过程中，保证达到超过15°的卫星截止高度角，能够成功观测4个以上的卫星有效观测数，且超过1.6以上的平均重复测绘站点数量，超过60 min的测绘时段。每一个测绘时段取天线高度两次观测误差值要控制在3 mm以内，最终选择最后测得的天线高作为均值。在应用GPS测绘技术观测该水利工程时，要控制在10%以内的数据剔除率。

本次该水利工程测量工作进行中，统计最终所得的环闭合差值结果、测绘基线的残差值结果以及平面平差测绘基线的相对精度结果（如表2所示）。

对点平面所在位采用基于GPS网的RTK测绘技术进行测定图根控制点，要保证满足3点技术标准：①尽可能选择高处设计基准站所在位;②首先获得基准站的准确WGS-84坐标;③以具体测区的大小，完成超过3个且分布均匀的高级等级控制点，获得测区所在坐标的转换参数，每次完成1个控制点检测，逐次完成全部控制点;④尽可能优先选择在超过5颗卫星，和较好的卫星时段展开测量作业，并且控制流动站观测精度能够在±2 cm范围内;⑤重复两次完成每一个观测点的独立测量，所得每一个观测点的两次点位差在5 cm以内。

3.2.3 高程控制测量

可以通过应用光电测距三角高程法，或是设计图根水准法来获取高程，可以布设附和路线，一般情况下附和次数要控制在2次以内，还要与地区实际情况结合，对于不具备布设附和路线的困难地区，可以选择性的布设支线方案，但是在实际操作中需要加强检查。应用图根水准法时要保证所使用的水准仪超过DS10级，与水准尺配合完成单程高程观测，精确至mm，在实际观测工作中需要应用尺垫。在测量光电测距三角高程时，需要同步导线测量同样精确至mm，在具体操作中的技术标准要达到对向观测，一测绘数，中丝法，边长要低于100 m，测量高程闭合差最终控制在±12       。

4 结语

总而言之，在城市建设发展中地下管线作为不可或缺的关键组成，对城市的生产发展和人民生活作用重大，那么在地下管线测量中，应用GPS技术可以突破常规测量手段无法完成的技术弊端，达到良好的测绘操作适应性和优越性。文章则在概述实时定位RTK技术、全站仪测绘技术、GPS网络下RTK技术基础上，结合某市自来水管线测量项目实际情况，应用了现代测绘技术完成图根导线控制、GPS控制测量、高程控制测量。将来随着社会发展现代测绘技术水平的不断提升，也会在地下管线测量工作中应用愈来愈多的测绘技术，使得地下管线测量工作更加便捷、易操作。

参考文献

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