GPS技术在长距离输气管道测量中的应用

河南省濮阳市中原石油勘探局勘察设计研究院测绘大队 周义高 胡玉芹 黄建安

GPS技术在长距离输气管道测量中的应用

河南省濮阳市中原石油勘探局勘察设计研究院测绘大队 周义高 胡玉芹 黄建安

一、GPS技术使用概况

随着技术的发展，GPS的作业模式已从静态测量、快速静态测量、后处理高精度动态测量，发展到动态初始化（OTF）厘米级实时RTK测量作业。GPS可以高精度并快速地测定各级控制点的坐标，应用RTK技术，甚至可以不布设各级控制点，仅依据一定数量的基准控制点，便可以高精度并快速地测定地形点、地物点的坐标，利用测图软件可以在野外测绘成地形图，然后通过计算机和绘图仪打印输出各种比例尺的图件。

采用RTK技术进行测图，仅需一人背着仪器在要测的碎部点上呆上几秒钟并同时输入特征编码，通过电子手簿或便携微机记录，在点位精度合乎要求的情况下，把一个区域内的地形地物点位测定后，在室内或野外，均可由专业测图软件输出所要求的地形图。用RTK技术测定点位不要求点间通视，1或2人便可完成测图工作，大大提高了测图的工作效率。

二、GPS技术在川气东送管道工程测量中的应用

1. 项目概述。川气东送管道工程西起川东北普光首站，东至上海末站，自西向东途经四川、重庆、湖北、安徽、江苏、浙江、上海五省二市，全长1 702km，天然气主供江浙沪目标市场，兼顾沿线主要城市居民用气，并适当考虑四川、重庆、河南和山东的需求。

2. 仪器、设备与工具的使用及其检验情况。本测区控制网的观测使用经检验合格的三台套Trimble 4700和四台套Trimlbe5700接收机，其标称精度为静态平面5mm+0.5ppm，高程5mm +1ppm；动态平面10mm+1ppm， 高程20mm+2ppm ;测图软件采用CASS6.0，绘图仪为HP design jet 3500CP，东芝便携式笔记本电脑及相关软件。

3. GPS控制测量坐标及高程系统。

（1）GPS测量采用WGS-84大地坐标系，该坐标系的椭球基本参数及主要几何和物理常数：a=6 378 137，f=1/298.257 223 563。GPS数据记录时间为世界协调时间（UTC），手簿记录时间为北京时间，时差8h。

管道测量坐标系统：1954年北京坐标系，按6°分带投影。本测区投影中央子午线为111°，117°，第19，20带。其椭球基本参数及主要几何和物理常数：a=6 378 245，f=1/298.3。

高程系统：1985国家高程基准。

（2）已有数据及利用。笔者所在单位收集有“仙桃—安庆”管道设计线路附近国家II、III等三角点和一等水准点成果。该成果为1954年北京坐标系、1985国家高程基准。经实地踏勘检核，证明其埋设稳固，精度可靠。

本项目采用了“杜家窑、小淌子、鸭子岭、天子山、笔架寨、丰谷寨、徐家铺、雨山寨、黄家河塌、王居山、丰谷寨、兴安岭”等点作为本区控制测量的平面起算点；同时，采用“V5、LV23、Ⅱ武九48、Ⅱ武九52、Ⅱ公武96、Ⅲ-20-9、Ⅲ-18-25、Ⅲ-18-6-2、Ⅱ江左-139、皖水Ⅲ16-34-3”等国家水准点作为控制测量的高程起算点。

（3）布网情况。按照“线路测量规定”要求，采用D级GPS网作为本测区的基本控制。从仙桃至安庆整体布设D级GPS网，点距6～8km，每隔20～30km左右联测了一个国家II、III等三角点。由于测区高程相差很大，D级GPS网除利用四等水准或四等三角高程进行足够的大地正常高联测外，直接将沿线部分一等水准点（如Ⅲ-18-25等）直接纳入GPS控制网，进行GPS观测。

本区域D级GPS网由66点组成，其中联测国家三角点和水准点。GPS D级网按边连式连接，以大地四边形为基本图形组网观测，进行了整体平差。

（4）观测方法。利用7台Trimble 4700LS及Trimble 5700LS接收机采用静态测量方法进行观测，接收机的标称精度技术措施如下。

联测已知点有效观测时间为120min左右，其他D级点的观测60min（每分钟4个历元）；两图形（两时段）间采用边连接的方式向前推进。

天线高测前测后取中数（两次量高互差应不大于3mm）。

同步观测时各站做到了同时跟踪视野内相同的卫星，起始、结束时间一致。

在同步观测过程中，观测者将手机、对讲机远离GPS接收天线。

每日观测结束后，及时将采集的数据传输到计算机中，然后进行基线向量的解算，进行了同步环和异步的检验。

（5）数据处理和GPS网平差。对所有GPS采集的数据，用Trimble GPS接收机随机预处理软件Trimble GPSurvey2.35进行预处理，对合格的基线向量所构建的GPS基线向量网进行平差解算，求出网中各点的坐标成果，同时根据GPS网中各点的正高或正常高进行高程拟合，求得各GPS点的高程。

基线解算：解算当天时段的所有同步基线，并进行同步环的检验，解算同步基线及重复基线。

平差后GPS控制网中最弱边的相对精度为1/60万，高程中误差的最大值为0.045m，达到了“GPS测量规范”中D级GPS控制网的精度，完全能够满足此项工程的精度要求。

4. RTK测量。RTK是指载波相位实时动态差分定位（Real-Time Kinematic），它是GPS发展的最新形式。静态GPS测量采用相位差分可以达到厘米甚至毫米级精度，但缺点是经过事后处理才知道结果，而RTK通过实时处理即能达到厘米级精度。

三、结论

GPS技术应用于川气东送管道工程（仙桃—安庆段）测量，使得线路测量的效率、质量大大提高，而且节省了测量人员体力的支配。另外减少了对树木的砍伐，起到了一定的环保作用。GPS技术已成为长距离输气管道测量的一个重要组成部分，随着GPS技术不断的提高以及广大测绘工作者的不断探索，GPS会逐步深入到更具体的工作中并满足更多工程的需要。