GPS在长输管道同沟光缆施工中的应用①

徐向阳，岳 庆

（新疆石油工程建设有限责任公司，新疆 克拉玛依834000）

0 引 言

利用GPS的精确定位功能，将管道线路桩号坐标输入GPS，把到货的光缆按出厂盘号顺序初次配盘。再用输入数据的GPS到现场查看光缆接头坑位置，如位置不符合施工规范要求，要用不同盘长的光缆做调整，直至全线配盘验证完毕，绘制最终配盘图作为施工的参照依据。施工时如进行跳跃不连续性施工，可利用GPS和配盘图迅速判断出此段线路应放哪盘光缆，放多少光缆，盘留多少，由此节省了不少人力和大量测量时间。有利于管沟及时回填；同时也减少了光缆材料的浪费，避免因搭接不上而增加光缆接头数量，在一定程度上保证了施工质量，降低了施工成本。

1 GPS概述

1.1 GPS现状

GPS由美国国防部开发，并提供标准定位（SPS）和精密定位（PPS）两种服务。前者应用于民用用户，后者应用于美国国防部授权用户。GPS由空间段，控制段，和用户段三部分构成。民用用户只能接受到每颗卫星上L1频段（1 575.42 MHz）上的C／A码（粗码），因受电离层、对流层、多径，以及接收机和噪声的影响，目前GPS手持机水平精度误差指标为11m［1]，利用差分定位可进一步提高精度，如采用高精度GIS手持数据采集器，精度可以达到亚米级。

1.2 GPS设置

GPS卫星星历是以世界大地坐标系 WGS－84为根据而建立的，我国目前应用的工程图采用1954年北京坐标系或1980年国家大地坐标系；因为不同坐标系之间存在着平移和旋转关系，所以，在我国应用GPS进行绝对定位时必须进行坐标系统转换。常见的坐标转换问题，多数为 WGS－84转换成北京54或西安80坐标系。其中 WGS－84坐标系属于大地坐标，就是常说的经纬度坐标，而北京54或者西安80属于平面直角坐标。需要转换不同的椭球基准。这需要两个很重要的转换参数dA、dF.dA的含义是两个椭球基准之间长半轴的差；dF的含义是两个椭球基准之间扁率倒数的差［2]。在进行坐标转换时，这两个转换参数是固定的：WGS－84＞北京54：DA：－108；DF：0.000000 5，一般见到的施工图坐标都是北京54平面直角坐标，求出DX，DY，DZ.即利用 WGS－84坐标系的X、Y、Z值，减去我国坐标系的对应值，得出实现坐标系统转换的三个参数（应算出 WGS－84与北京和西安坐标系两套参数）。要在GPS位置格式的地方，选择用户自定义方式，输入如下参数：中央经线：视当地经度确定；投影比例：1；东西偏差：500 000；南北偏差：0，也可向当地测量、设计部门索要以上参数。在新疆沙湾地区演算的参数在彩南－乌鲁木齐天然气管线、石西油田也可使用（误差在5m左右）。

GPS设定完毕，需要输入管道桩号坐标和高程，拿手持机到线路实际验证。验证的方法是在应用区域内选择5个以上已知桩号、水准点进行实测，实测值与测绘部门提供的理论值和管道桩号对比，如果最大误差不大于8m，平均误差不大于5 m（实际测量桩号误差范围在4m左右），则计算出的参数可以使用，否则需要重新计算或查找出现问题的原因。

2 操作要点

2.1 GPS数据录入

把管道线路桩号坐标数据全部输入GPS，可直接输入，也可用GPS专用软件进行输入，因数据量大，应仔细检查核对，尤其是横坐标（Y）和纵坐标（X）的数据不能弄反。横坐标（Y）一般为6位数，有的图纸给的是8位数，则输入最后6位数，前两位为度带数。输入时最好有两人配合进行，为避免输错造成敷设光缆失误，可反复对照检查和在施工现场的每段施工时进行最后的检查验证，发现数据错误要及时改正。

2.2 光缆配盘及施工

2.2.1 光缆配盘

光缆配盘是根据管道桩号为参照物。根据光缆施工规范要求，每盘光缆长度应减去线路敷设自然弯曲损耗7m／km，每个光缆接头坑盘留8m～12m.如有管道阀池等需要盘留光缆的特殊地点，可根据情况再相应减去光缆米数。如一盘光缆是4 052m，经过配盘后这盘光缆地面距离应计为：4 052m－2m（盘测使用）－7m／km×4km－8m×2（接头坑盘留）＝4 006m.

图1 704泵站至独山子天然气管道同沟光缆配盘图

2.2.2 光缆配盘的要求

必须遵守光缆施工规范要求：尽量保证相邻盘号的配盘、A－B端布放方式［3]，如图1所示。因为，同一批次出厂的光缆光纤是由一根光纤母棒拉出的，厂家按一个批次的光缆顺序设定盘号，这样纤芯模场直径和模场同心误差几乎一致。在实际的光缆接续中，也验证了相邻盘号的光缆接续损耗极低，接续质量好的特点。

2.2.3 检查验证配盘数据

把设定好的GPS、初步配盘图和施工图带到施工现场，检查配盘后光缆接头坑的具体所在位置。因为光缆接头坑一般应设在可靠、安全、无水干燥、便于今后维护的地方，所以应尽最大努力避免设在农田、水沟等不适宜的地方设置光缆接头坑。现场找到GPS和配盘图上的接头坑位置，如不合适可在配盘图上调整光缆盘长并改动数据，直到全部接头坑检查完毕。根据现场勘察结果重新制作配盘图，交甲方项目部、设计、监理公司、管道、土方施工单位，让他们了解光缆敷设接头坑具体位置和整盘光缆走向，便于在征地、管道施工时的协调。

2.2.4 光缆配盘的调整

要提前考虑管道征地协调的难点，如大河、水渠、国道或地质条件复杂的地段。尽量把光缆接头点设在大河、水渠、国道、铁路较难穿越点的旁边，以免出现这些地段因管道无法施工或施工缓慢，造成此段光缆无法穿越而影响大段管沟的回填和施工进度。这类问题应及早发现，可根据项目部征地和管道施工进度、线路路由的改变，随时调整光缆配盘图，为下一步施工做好施工准备。

2.2.5 同沟光缆敷设方法

利用GPS存储的管道桩点数据和配盘图指导光缆敷设。光缆整盘一般为4km规格，因长输管道沟渠、穿越点多，不适合整盘布放。加上线路长需要施工人员多，不易协调指挥，监护不力容易造成光缆损伤或打折，为光缆线路质量留下隐患。采取在一盘光缆线路的中间点向两边分段敷设的方式，这样就节省了人工费用和方便施工监督、保证光缆敷设质量。用GPS找到光缆布放的中间点位置，要特别注意的是GPS测量的点是GPS测量位置与管道桩点的直线距离，而管道路由是非直线的。为保证布放点位准确，必须用离中间点最近的管道桩点为参照物，根据GPS上的数据和配盘图确定光缆敷设起始点。布放完2km光缆后，须验证和预先设置的接头位置是否相符，然后进行剩余2km的光缆敷设工作。

2.2.6 正确使用GPS定位，减少测量误差

在使用中发现，GPS测量的点是一个4m左右的圆，不是直线的偏差量。为了光缆布放准确，在实际应用中应减少此误差。测量时要在开阔地带把GPS尽量置于管道中心或桩点位置，采取多次测量两端桩号和就近对比的方法，尽最减少测量误差带来的施工风险。

2.3 GPS在数字化资料报送方面的优越性

现在长输管线施工资料和日常管理正在向数字化方向发展，要求能远程检查每天的工程进度。就需要采集每天施工进度的相应坐标，并录入、上报到专用的软件系统，远程就能及时掌握现场进度，便于项目科学管理［4]。GPS采集现场坐标非常简单、便捷，一个人就能操作。

3 结 论

经过在2007年、2008年新疆克拉玛依704泵站至独山子105km光缆工程和2009年中石油西部管道克乌成品油复线100km光缆工程中的实际应用，78盘光缆全部达到精确配盘要求，准确无误。达到了节省人工测量时间、降低施工成本、查找敷设光缆施工点准确、提高功效、减少光缆材料浪费、工程质量优良的效果。

［1]陈小忠，吴海涛，卢晓春，等.GPS民用信号的改进与发展［J].全球定位系统，2006，31（6）：26－31.

［2]程鹏飞，文双江，成英燕，等.2000国家大地坐标系椭球参数与GRS80和 WGS84的比较［J].测绘学报，2009，6（3）：189－194.

［3]中国通信建设第三工程局.YD5121－2005.长途通信光缆线路工程验收规范［S].2005.

［4]杨 茂，牟 健，刘 兵.管道数字化施工管理［J].天然气与石油，2010，28（3）：1－3.