丁玉臣

（黑龍江省第五地質(zhì)勘查院，黑龍江 哈爾濱150090）

隨著測(cè)繪新技術(shù)的快速發(fā)展，測(cè)繪新技術(shù)在天然氣管道的工程測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用。其中GPS-RTK 技術(shù)以及現(xiàn)代化測(cè)圖技術(shù)極大地便利了天然氣管道工程的測(cè)量工作，提升了天然氣管道測(cè)量實(shí)施的效率。大慶- 哈爾濱天然氣管道工程的投產(chǎn)和使用是我國(guó)北氣南用的重要舉措，在工程測(cè)量實(shí)踐的過(guò)程中，通過(guò)GPS 控制測(cè)量、GPS 控制網(wǎng)加密、管道工程中線實(shí)施等測(cè)量過(guò)程對(duì)于天然氣管道工程的測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了解析，并分析了GPS-RTK 技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題與對(duì)策。

1 大慶- 哈爾濱天然氣管道工程概述

大慶- 哈爾濱天然氣管道工程是大慶油田石油管理局與2007 年開設(shè)的重要建設(shè)工程之一。工程的起點(diǎn)位于肇東市德昌鎮(zhèn)的大慶深層氣田區(qū)域東部，終點(diǎn)位于哈爾濱雙城市東宮鎮(zhèn)2km 處。工程建設(shè)總路線總長(zhǎng)為78km，工期為2006 年10 月8日至2007 年12 月5 日。建設(shè)投入資金為39121 萬(wàn)元。設(shè)計(jì)天然氣輸入量為50×108m3/a，采用L485711 螺旋縫埋弧焊和直縫埋弧焊鋼管，管線沿路的抗震烈度未6 度。于2007 年12 月5 日按工期完工，投產(chǎn)成功并平穩(wěn)運(yùn)行。

2 GPS-RTK 管道工程測(cè)量技術(shù)解析

2.1 GPS 控制測(cè)量

本次工程按照比例尺為1：50000 的地形圖進(jìn)行管道鋪設(shè)路線的選取，并在管道鋪設(shè)路線中選定管道鋪設(shè)的中線樁以及工程測(cè)量控制網(wǎng)。在選定好路線和中線控制樁后即開始GPS 控制測(cè)量，控制網(wǎng)坐標(biāo)系選擇北京1954，6°分帶，高程采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1985 高程基準(zhǔn)，并由大慶當(dāng)?shù)販y(cè)繪局提供GPS 控制測(cè)量起算點(diǎn)的坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)。在控制測(cè)量的過(guò)程中，首先要進(jìn)行GPS控制網(wǎng)的架設(shè)，GPS 控制網(wǎng)由E 級(jí)首級(jí)控制網(wǎng)以及通過(guò)GPS-RTK 加密而成的次級(jí)加密控制網(wǎng)組成。根據(jù)管道鋪設(shè)控制測(cè)量的需求，選擇一定密度的控制點(diǎn)展開GPS 控制測(cè)量。在GPS 控制測(cè)量的過(guò)程中，嚴(yán)格按照GPS 控制網(wǎng)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)于測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)的測(cè)量誤進(jìn)行分析和校正。

2.1.1 平面控制測(cè)量

全區(qū)共布設(shè)48 對(duì)二級(jí)點(diǎn)，組網(wǎng)時(shí)每組任選一個(gè)觀測(cè)條件的點(diǎn)組成靜態(tài)網(wǎng)，另一點(diǎn)則采用快速靜態(tài)定位。靜態(tài)定位網(wǎng)以3邊同步環(huán)連接再通過(guò)長(zhǎng)邊同步環(huán)整體構(gòu)網(wǎng)形成異步環(huán)，最多為7 條邊?？焖凫o態(tài)定位以兩個(gè)靜態(tài)點(diǎn)作固定站進(jìn)行觀測(cè)。因GPS網(wǎng)的基本圖形為同步三角形，所以開始作業(yè)及每天觀測(cè)前必須根據(jù)氣象、交通、車輛情況編制好觀測(cè)計(jì)劃，確定各測(cè)站的觀測(cè)線路和點(diǎn)位，預(yù)計(jì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題并提出處理意見，以便做到緊張有序的工作。同時(shí)根據(jù)星歷預(yù)報(bào)表，安排好觀測(cè)時(shí)間，從而避開星歷較差的時(shí)間段。

數(shù)據(jù)處理應(yīng)用隨機(jī)后處理軟件，導(dǎo)入外業(yè)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)儀器號(hào)和測(cè)量時(shí)段錄入站點(diǎn)名、儀器高、天線類型等信息。檢查人員依據(jù)外業(yè)觀測(cè)手簿，對(duì)錄入數(shù)據(jù)進(jìn)行100%校核。所有基線均采用雙差固定解。

以網(wǎng)中觀測(cè)時(shí)間最長(zhǎng)的單點(diǎn)定位結(jié)果的平差值的WGS-84系三維坐標(biāo)為起算，將三維基線向量及其相應(yīng)的方差協(xié)方差作為觀測(cè)信息，進(jìn)行GPS 網(wǎng)的無(wú)約束平差。平差的主要目的是檢驗(yàn)網(wǎng)本身的內(nèi)部符合精度以及基線向量之間有無(wú)粗差。平差后提供各點(diǎn)WGS-84 系的三維坐標(biāo)，各基線向量三個(gè)坐標(biāo)差觀測(cè)值的總改正數(shù)，邊長(zhǎng)以及點(diǎn)位和邊長(zhǎng)的精度信息。GPS 基線向量網(wǎng)的二維約束平差在1954 年北京坐標(biāo)系中進(jìn)行。約束條件是網(wǎng)中起算點(diǎn)的固定坐標(biāo)，觀測(cè)量應(yīng)是將原始基線向量轉(zhuǎn)換投影到國(guó)家坐標(biāo)系的二維平面上的二維基線向量及其轉(zhuǎn)換后的方差協(xié)方差陣。

2.1.2 高程控制測(cè)量

表1 四等水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)限差要求

2.1.3 圖根控制測(cè)量

圖根點(diǎn)可采用圖根導(dǎo)線、GPS-RTK 等方法加密。起閉于二級(jí)以上平面控制點(diǎn)，一般不宜超過(guò)二次附合。圖根導(dǎo)線測(cè)量的技術(shù)要求見表2。

表2 圖根導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)要求

當(dāng)采用GPS-RTK 方法加密時(shí)，流動(dòng)站至基準(zhǔn)站的最大距離不應(yīng)大于8Km，每一次設(shè)立基準(zhǔn)站首末各檢測(cè)一個(gè)已知點(diǎn)。平坦開闊地區(qū)圖根點(diǎn)的密度要求，見表3。

表3 圖根點(diǎn)的密度要求

地形復(fù)雜、隱蔽以及城市建筑區(qū)，應(yīng)以滿足測(cè)圖需要并結(jié)合具體情況加大密度。圖根點(diǎn)采用臨時(shí)標(biāo)志，但應(yīng)有能保存一個(gè)時(shí)期的點(diǎn)位，以便檢查應(yīng)用。

圖根水準(zhǔn)計(jì)算可簡(jiǎn)單配賦，高程應(yīng)取至厘米。圖根光電測(cè)距三角高程測(cè)量技術(shù)要求，見表4。

表4 圖根光電測(cè)距三角高程測(cè)量技術(shù)要求

2.2 GPS 控制網(wǎng)加密及中線實(shí)施

GPS 控制網(wǎng)對(duì)于GPS 控制測(cè)量至關(guān)重要，本工程使用的GPS 控制網(wǎng)包括了首級(jí)控制網(wǎng)、GPS-RTK 加密控制網(wǎng)兩部分。因此需要對(duì)于GPS 控制網(wǎng)進(jìn)行加密，即在每一段測(cè)量線路均開展WGS-84 坐標(biāo)以及北京54 坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)中線控制坐標(biāo)和GPS 控制網(wǎng)坐標(biāo)的一致性。在GPS 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)可以通過(guò)RTK 的手簿進(jìn)行坐標(biāo)參數(shù)的計(jì)算，在控制點(diǎn)選擇上可以采取靈活搬動(dòng)的方案，選擇可靠的控制點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)量，減少地形或者外界因素的影響。在選擇好控制點(diǎn)測(cè)量方案以及完成坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換后在開展相應(yīng)的PTK 碎步測(cè)量；碎步測(cè)量要保證在測(cè)量時(shí)基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的信號(hào)傳播奧不少于5 顆衛(wèi)星，信號(hào)傳播的精度要盡可能保證為固定，然后進(jìn)行工程坐標(biāo)的測(cè)量。測(cè)量過(guò)程中要注意保存好觀測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)名，坐標(biāo)觀測(cè)值等信息；要注意規(guī)避測(cè)量區(qū)域內(nèi)的密集建筑物、天線架臺(tái)等確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。最后測(cè)量完成后要對(duì)于測(cè)量完成的不同觀測(cè)站坐標(biāo)的檢核，要保證測(cè)量的縱橫誤差不超過(guò)20cm，高程誤差不超過(guò)40cm。

3 管道測(cè)量中存在的問(wèn)題與對(duì)策

由于大慶- 哈爾濱天然氣管道鋪設(shè)距離為78km，因此需要建設(shè)多個(gè)中線控制樁，將管道鋪設(shè)路線進(jìn)行分段處理。這就不可避免地會(huì)導(dǎo)致在測(cè)量的過(guò)程中出現(xiàn)誤差較大，測(cè)量精度不高的現(xiàn)象。除此以外，由于受到不同地區(qū)時(shí)間段和氣候的影響，通過(guò)GPS-RTK 技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的GPS 衛(wèi)星信號(hào)精度存在差異，這也導(dǎo)致了GPS 控制測(cè)量精度不高的問(wèn)題。基準(zhǔn)站的架設(shè)也關(guān)乎到GPS 測(cè)量的精確度，但是由于測(cè)量區(qū)域地形和其他因素的影響，會(huì)導(dǎo)致基準(zhǔn)站架設(shè)出現(xiàn)一定的誤差，或者受到周圍地物多路徑效應(yīng)的影響，無(wú)法很好的傳播GPS 衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的坐標(biāo)計(jì)算；移動(dòng)站的使用也關(guān)乎到GPS 測(cè)量的精度，由于移動(dòng)站測(cè)量時(shí)出現(xiàn)傾斜或者受到測(cè)量區(qū)域地物遮蓋的影響，會(huì)導(dǎo)致其接受的GPS 衛(wèi)星信號(hào)為浮動(dòng)或者偽距，這就會(huì)在一定程度上影響GPS 控制測(cè)量的精度。最后階段的網(wǎng)絡(luò)平差計(jì)算也會(huì)影響到GPS 整體測(cè)量的精度，但是由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式的問(wèn)題，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)平差計(jì)算的效率十分低下。

針對(duì)天然氣管道工程測(cè)量中出現(xiàn)的問(wèn)題，首先要建立起一個(gè)完善的GPS 控制網(wǎng)，要對(duì)于首級(jí)控制網(wǎng)和次級(jí)控制網(wǎng)進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。此外，在進(jìn)行GPS 測(cè)量時(shí)要提前預(yù)測(cè)測(cè)量區(qū)域不同時(shí)段的天氣狀況，檢測(cè)GPS 衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度，確保在GPS 接收信號(hào)良好的情況下開展GPS 測(cè)量。對(duì)于GPS 移動(dòng)站接收信號(hào)出現(xiàn)浮動(dòng)或者偽距的情況，可以先到開闊的地方接收GPS 信號(hào)，然后再進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量。對(duì)于基準(zhǔn)站出現(xiàn)測(cè)量誤差的情況，就需要提前指定控制點(diǎn)選擇方案，選擇周圍視野開闊，地面平整的地區(qū)開展測(cè)量工作；對(duì)于流動(dòng)站測(cè)量時(shí)出現(xiàn)的誤差可以通過(guò)穩(wěn)定移動(dòng)站，尋固定源的方法減小誤差。最后在繼續(xù)寧網(wǎng)絡(luò)平差計(jì)算時(shí)可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為RINEX 的格式，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平差分析軟件進(jìn)行平差分析，減小GPS 測(cè)量誤差。

4 結(jié)論

大慶- 哈爾濱天然氣管道工程時(shí)東北天氣燃?xì)夤こ痰闹匾M成部分，對(duì)于哈爾濱的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的促進(jìn)作用。本文首先概述了大慶- 哈爾濱天然氣工程，然后對(duì)于工程測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了解析，最后分析了工程測(cè)量中存在的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的解決對(duì)策。