馬旭輝

[摘要] 通過對阿爾及利亞ZOUIA輸水工程項(xiàng)目中輸送管線測量應(yīng)用實(shí)例分析,對GPS RTK和全站儀在線路中的數(shù)字測量技術(shù)和項(xiàng)目施工管理提出了具體有益的結(jié)論和建議。

[關(guān)鍵詞] 線路測量GPS測量管線測量數(shù)字測量

引言

ZOUIA水源地位于阿爾及利亞與摩洛哥邊境交界處,此處地下水豐富,是阿爾及利亞西部為數(shù)不多的主要生活飲用地下水源地之一。ZOUIA輸水工程項(xiàng)目輸送目的地主要是內(nèi)陸的特萊姆森省及周邊地區(qū),該項(xiàng)目監(jiān)理單位是阿爾及利亞水利工程與技術(shù)咨詢公司(CTH),該工程有關(guān)地形圖測量由CTH聯(lián)合我駐阿單位進(jìn)行共同測量,包括海水淡化廠開工自來水輸送管線1:2000比例尺帶狀地形圖測量、BOUHLOU站址1:200比例尺地形圖測量及輸水線路縱斷面圖測量三部分內(nèi)容,采用GPS和全站儀等數(shù)字測量軟硬件技術(shù)進(jìn)行了聯(lián)合施測。

1. 作業(yè)依據(jù)

①業(yè)主提供的《ZOUIA輸水工程項(xiàng)目輸水管線及BOUHLOU站址地形測量工作要求》;②業(yè)主提供的測量范圍書《SCOPE OF WORK FOR TOPOGRAPHICAL SURVEY FOR PIPELINE ROUTES》;③中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》(GB/T 18314-2001);④中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)《工程測量規(guī)范》(GB 50026-93);⑤中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》(GB 12898-91);⑥阿爾及利亞國當(dāng)?shù)氐挠嘘P(guān)法律、法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn);

2. 測區(qū)已有資料和利用已知點(diǎn)情況

2.1 測區(qū)已有資料。在該管線附近有OGM3-2、D41兩個(gè)D級GPS已有測量控制點(diǎn),標(biāo)石保存完好。該已知D級GPS控制網(wǎng)(點(diǎn))的驗(yàn)算及平差后的精度。

上述兩個(gè)D級GPS控制點(diǎn)的坐標(biāo)和高程精度可滿足該管線E級GPS控制網(wǎng)的起算點(diǎn)精度要求。

2.2 利用已有資料情況

2.2.1參考坐標(biāo)系統(tǒng)。本地區(qū)所采用的平面坐標(biāo)系統(tǒng)為Clarke-1880施工坐標(biāo)系統(tǒng)(3E+)。

2.2.2 高程系統(tǒng)。采用地中海高程系統(tǒng),具體為平均海拔高(M.S.L.)。

2.2.3 WGS-84到施工坐標(biāo)系統(tǒng)(3E+)七參數(shù)的求解。使用臨近的已有的輸送管線線路測量項(xiàng)目的已有基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

本測區(qū)平面及高程控制測量采用GPS-RTK的方法施測。

3. 平面與高程控制測量

3.1 E級控制網(wǎng)的布設(shè)。E級GPS控制點(diǎn)在D級GPS控制點(diǎn)下按設(shè)計(jì)管線的轉(zhuǎn)點(diǎn)樁布設(shè),并在BOUHLOU站址附近布設(shè)了兩個(gè)施工控制點(diǎn)。

3.2 E級GPS控制點(diǎn)的測量方法。本測區(qū)E級GPS控制點(diǎn)采用GPS-RTK的方法施測。

GPS-RTK有一個(gè)參考站和數(shù)個(gè)流動(dòng)站組成,參考站設(shè)在D級GPS控制點(diǎn)上實(shí)時(shí)接收GPS衛(wèi)星信號并進(jìn)行載波相位和偽距測量,通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)將參考站的精確坐標(biāo)、觀測值、衛(wèi)星運(yùn)行情況以及參考站的工作狀態(tài)發(fā)送給流動(dòng)站。流動(dòng)站在接收GPS衛(wèi)星信號并進(jìn)行載波相位和偽距測量的同時(shí),實(shí)時(shí)接收參考站的觀測值和其他相關(guān)數(shù)據(jù),利用GPS控制器內(nèi)置的實(shí)時(shí)處理軟件,實(shí)時(shí)地解算出參考站到流動(dòng)站間的基線向量和流動(dòng)站的點(diǎn)位坐標(biāo)。本測區(qū)采用南方生產(chǎn)的天王星9800GPS-RTK雙頻接收機(jī)觀測,該儀器動(dòng)態(tài)測量的標(biāo)稱精度平面為:1cm+1ppm×D,高程為:2cm+1ppm×D;作業(yè)模式為1+2即一臺(tái)參考站2臺(tái)流動(dòng)站。

3.3 參考站的選擇。參考站選在地勢較高、交通方便、周圍無高大障礙物、無大功率發(fā)射源(如電視臺(tái)、微波站、無線電發(fā)射站等)和高壓輸電設(shè)備以及影響GPS信號接收的反射物(如大面積水域、大型建筑物)并有利于衛(wèi)星信號的接收和電臺(tái)發(fā)射的D級GPS控制點(diǎn)上。本測區(qū)采用OGM3-2作為參考站。

3.4 觀測。觀測前首先將七參數(shù)、已知點(diǎn)坐標(biāo)和待測點(diǎn)精度要求(平面按E級GPS控制點(diǎn)的精度設(shè)置,高程按三角高程的精度設(shè)置)輸入流動(dòng)站終端(手簿)內(nèi);觀測時(shí),將流動(dòng)站對中桿扶直、扶穩(wěn),以保證其接收信號的穩(wěn)定性;當(dāng)流動(dòng)站終端(手簿)上顯示的點(diǎn)位中誤差符合要求后進(jìn)行坐標(biāo)數(shù)據(jù)的存貯,然后遷至下一站。每個(gè)E級GPS點(diǎn)獨(dú)立(關(guān)機(jī)或衛(wèi)星失鎖)觀測兩次,取中數(shù)作為該點(diǎn)的最終成果。為確保E級GPS點(diǎn)的精度,在作業(yè)的過程中對D級GPS控制點(diǎn)D41進(jìn)行了檢測,其坐標(biāo)較差為δx=1.2cm、δy=2.0cm、δh=2.6cm。該測區(qū)E級GPS控制點(diǎn)兩次測量較差

參考站到流動(dòng)站的距離最大為7.0km。

3.5 數(shù)據(jù)處理。外業(yè)觀測結(jié)束后,將流動(dòng)站終端(手簿)中采集的數(shù)據(jù)傳送到經(jīng)過鑒定的“DATA TANSFER”數(shù)據(jù)處理器中,然后按施工坐標(biāo)系(3E+)成果輸出。

3.6 高程控制測量,本測區(qū)E級控制點(diǎn)的高程采用水準(zhǔn)儀作業(yè)模式,并要根據(jù)工程需要沿線加設(shè)次級水準(zhǔn)控制點(diǎn)。

4. 管線中線定位及中線樁放樣數(shù)字測量

管線中線樁的定位及放樣采用天王星9800GPS-RTK雙頻雙頻接收機(jī)放樣,作業(yè)模式為1+2?；鶞?zhǔn)轉(zhuǎn)換所使用的參數(shù)與E級GPS測量相同,放樣點(diǎn)的精度為±0.05m,基準(zhǔn)站到放樣點(diǎn)的距離最大為7.0km。放樣點(diǎn)的坐標(biāo)由BOUHLOU站址起原則上每200m一點(diǎn),當(dāng)?shù)匦纹鸱^大時(shí)適當(dāng)加密,本測區(qū)共計(jì)放樣中線樁45點(diǎn)。為便于后續(xù)測圖,在放樣中線樁的同時(shí)用GPS-RTK的方法施測了中線樁點(diǎn)位的高程(這樣中線樁就可以作為圖根點(diǎn)使用),圖根控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程成果取值精確至0.01m。

5. 帶狀地形圖和縱斷面圖數(shù)字測量

采用拓普康全站儀極坐標(biāo)測記法施測出數(shù)字帶狀地形圖和縱斷面圖。外業(yè)數(shù)據(jù)直接存入全站儀內(nèi)存中,然后傳輸至計(jì)算機(jī)中,進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助成圖。外業(yè)測繪時(shí)同時(shí)繪出草圖,對各種地物、地貌特征點(diǎn)順序編號。所標(biāo)注的測點(diǎn)編號與儀器內(nèi)的記錄號相對應(yīng),草圖上注明各種地物名稱和地物屬性,對地形要素之間的相互關(guān)系標(biāo)注清楚后,對相關(guān)同類地物做出編輯處理,然后內(nèi)業(yè)編輯成圖。測繪碎部點(diǎn)時(shí),由全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)的數(shù)字測量及存儲(chǔ),現(xiàn)場計(jì)算出測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。其中水平角、豎直角、距離的觀測值限差,全站儀可自動(dòng)嚴(yán)格按規(guī)范技術(shù)指標(biāo)要求執(zhí)行,杜絕了數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)算上的錯(cuò)誤。在進(jìn)行縱斷面圖測量時(shí),對沿線路走向和與線路交叉的地下電纜、天然氣管線、水線等進(jìn)行了探測,測量定位了地下管線的走向和深度。

6. BOUHLOU站址數(shù)字地形測量

采用全站儀極坐標(biāo)測記法施測數(shù)字地形圖,地形點(diǎn)的間距為10m,等高距為0.5米。

7. 內(nèi)業(yè)成圖

內(nèi)業(yè)成圖采用中國南方測繪儀器公司開發(fā)的CASS5.1繪圖編輯軟件配合繪圖機(jī)輸出。內(nèi)業(yè)成圖中的地物、地貌的顯示原則及整飾、注記的方法均按有關(guān)規(guī)范和圖式要求執(zhí)行,由于甲方要求為法語,所以又將圖件中的中文標(biāo)注全部翻譯成法語。

8. 結(jié)論

①過以上分析,并且通過對帶狀地形圖和縱斷面圖等的質(zhì)量檢查,確定該測量工程成果質(zhì)量可靠、精度優(yōu)良,完全滿足今后規(guī)劃設(shè)計(jì)及施工的需要。②在進(jìn)行靜態(tài)GPS外業(yè)觀測過程時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范中的操作規(guī)程進(jìn)行,尤其注意:每一觀測時(shí)段,接收機(jī)不得關(guān)閉和重新啟動(dòng);不準(zhǔn)中途改變衛(wèi)星高度角的限值和天線高,不得碰動(dòng)天線和阻擋信號;應(yīng)在每觀測時(shí)段前后量取天線高各1次取平均值等。③RTK在樹多、靠近房屋的地方接受信號難,固定太慢,此時(shí)除要盡量使RTK基準(zhǔn)站立在較為有利的地方外,若用全站儀與GPS RTK技術(shù)聯(lián)合作業(yè),可以優(yōu)勢互補(bǔ),大大提高作業(yè)效率。④一般要求RTK在一個(gè)工作區(qū)域范圍內(nèi)至少有4個(gè)校正點(diǎn),而且最好使工作區(qū)域包含在校正點(diǎn)所形成的區(qū)域內(nèi),因在之外的工作區(qū)域測量精度會(huì)有所降低,隨距離漸降。還有,校正點(diǎn)宜盡量在工作區(qū)域內(nèi)分布均勻。⑤GPS得到的是大地高,而實(shí)際采用的是正常高。需要將大地高轉(zhuǎn)化為正常高。而測區(qū)的高程異常是未知數(shù),且高程異常的變化較復(fù)雜,特別在山區(qū)精度差。此外,線路要求約每隔4公里設(shè)置水準(zhǔn)點(diǎn),而有些環(huán)境不能滿足GPS觀測的條件,采用高程擬合的方法擬合的高程精度不能得保證,完全用GPS替代等級水準(zhǔn)難度度,因此本次作業(yè)采用水準(zhǔn)測量獲取高程成果。⑥經(jīng)實(shí)地測量比較,采用GPS高程測量可部分代替線路測量中的山地或丘陵等困難地區(qū)及常規(guī)的跨越障礙的高程測量。⑦對交叉跨越物進(jìn)行測量,可利用RTK設(shè)備放樣指示功能確定施工線路同被跨越物的走向范圍等,按技術(shù)要求的允許跨越距離,通過采集偏移數(shù)據(jù),對跨越物碎部點(diǎn)測量,可計(jì)算出跨越物是否拆除及拆除面積等。⑧內(nèi)外業(yè)質(zhì)量檢查應(yīng)包括數(shù)學(xué)基礎(chǔ)(圖廓點(diǎn)、公里網(wǎng)交點(diǎn)、控制點(diǎn)等)檢查、平面和高程精度檢查、接邊精度的檢測、屬性精度的檢測、邏輯一致性檢測、整飾質(zhì)量檢查及附件質(zhì)量檢查等全部規(guī)范要求的內(nèi)容。檢測結(jié)果應(yīng)建立并保留可靠的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表格和野外檢測報(bào)告。⑨在進(jìn)行坐標(biāo)和高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換時(shí),應(yīng)首先按照已知點(diǎn)資料和業(yè)主的技術(shù)要求檢測已知點(diǎn)的可靠性;并在有條件時(shí)聯(lián)測當(dāng)?shù)貒一虻胤阶鴺?biāo)系統(tǒng)的高精度的測量控制點(diǎn),最后應(yīng)提交至少包括WGS-84及當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)和高程系統(tǒng)兩套成果;若在無控制點(diǎn)區(qū)域,應(yīng)盡量采用全球通用坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-84及符合當(dāng)?shù)貒业耐队胺绞絹碓O(shè)置站址坐標(biāo)系,以方便今后長遠(yuǎn)擴(kuò)建發(fā)展使用。⑩在進(jìn)行線路測量時(shí),應(yīng)充分利用先進(jìn)的手持、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)的GPS和對講機(jī)及全站儀等數(shù)字測量軟硬件技術(shù)優(yōu)勢,尤其是其測圖及施工放樣功能,這樣能顯著地提高作業(yè)質(zhì)量和效率。

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