大庆- 哈尔滨天然气管道工程测量技术解析

丁玉臣

（黑龙江省第五地质勘查院，黑龙江 哈尔滨150090）

随着测绘新技术的快速发展，测绘新技术在天然气管道的工程测量中得到了广泛应用。其中GPS-RTK 技术以及现代化测图技术极大地便利了天然气管道工程的测量工作，提升了天然气管道测量实施的效率。大庆- 哈尔滨天然气管道工程的投产和使用是我国北气南用的重要举措，在工程测量实践的过程中，通过GPS 控制测量、GPS 控制网加密、管道工程中线实施等测量过程对于天然气管道工程的测量技术进行了解析，并分析了GPS-RTK 技术应用过程中存在的问题与对策。

1 大庆- 哈尔滨天然气管道工程概述

大庆- 哈尔滨天然气管道工程是大庆油田石油管理局与2007 年开设的重要建设工程之一。工程的起点位于肇东市德昌镇的大庆深层气田区域东部，终点位于哈尔滨双城市东宫镇2km 处。工程建设总路线总长为78km，工期为2006 年10 月8日至2007 年12 月5 日。建设投入资金为39121 万元。设计天然气输入量为50×108m3/a，采用L485711 螺旋缝埋弧焊和直缝埋弧焊钢管，管线沿路的抗震烈度未6 度。于2007 年12 月5 日按工期完工，投产成功并平稳运行。

2 GPS-RTK 管道工程测量技术解析

2.1 GPS 控制测量

本次工程按照比例尺为1：50000 的地形图进行管道铺设路线的选取，并在管道铺设路线中选定管道铺设的中线桩以及工程测量控制网。在选定好路线和中线控制桩后即开始GPS 控制测量，控制网坐标系选择北京1954，6°分带，高程采用国家标准1985 高程基准，并由大庆当地测绘局提供GPS 控制测量起算点的坐标和高程数据。在控制测量的过程中，首先要进行GPS控制网的架设，GPS 控制网由E 级首级控制网以及通过GPS-RTK 加密而成的次级加密控制网组成。根据管道铺设控制测量的需求，选择一定密度的控制点展开GPS 控制测量。在GPS 控制测量的过程中，严格按照GPS 控制网进行测量，并对于测量过程中出现的测量误进行分析和校正。

2.1.1 平面控制测量

全区共布设48 对二级点，组网时每组任选一个观测条件的点组成静态网，另一点则采用快速静态定位。静态定位网以3边同步环连接再通过长边同步环整体构网形成异步环，最多为7 条边。快速静态定位以两个静态点作固定站进行观测。因GPS网的基本图形为同步三角形，所以开始作业及每天观测前必须根据气象、交通、车辆情况编制好观测计划，确定各测站的观测线路和点位，预计可能出现的问题并提出处理意见，以便做到紧张有序的工作。同时根据星历预报表，安排好观测时间，从而避开星历较差的时间段。

数据处理应用随机后处理软件，导入外业原始观测数据时，根据仪器号和测量时段录入站点名、仪器高、天线类型等信息。检查人员依据外业观测手簿，对录入数据进行100%校核。所有基线均采用双差固定解。

以网中观测时间最长的单点定位结果的平差值的WGS-84系三维坐标为起算，将三维基线向量及其相应的方差协方差作为观测信息，进行GPS 网的无约束平差。平差的主要目的是检验网本身的内部符合精度以及基线向量之间有无粗差。平差后提供各点WGS-84 系的三维坐标，各基线向量三个坐标差观测值的总改正数，边长以及点位和边长的精度信息。GPS 基线向量网的二维约束平差在1954 年北京坐标系中进行。约束条件是网中起算点的固定坐标，观测量应是将原始基线向量转换投影到国家坐标系的二维平面上的二维基线向量及其转换后的方差协方差阵。

2.1.2 高程控制测量

表1 四等水准测量观测限差要求

2.1.3 图根控制测量

图根点可采用图根导线、GPS-RTK 等方法加密。起闭于二级以上平面控制点，一般不宜超过二次附合。图根导线测量的技术要求见表2。

表2 图根导线测量技术要求

当采用GPS-RTK 方法加密时，流动站至基准站的最大距离不应大于8Km，每一次设立基准站首末各检测一个已知点。平坦开阔地区图根点的密度要求，见表3。

表3 图根点的密度要求

地形复杂、隐蔽以及城市建筑区，应以满足测图需要并结合具体情况加大密度。图根点采用临时标志，但应有能保存一个时期的点位，以便检查应用。

图根水准计算可简单配赋，高程应取至厘米。图根光电测距三角高程测量技术要求，见表4。

表4 图根光电测距三角高程测量技术要求

2.2 GPS 控制网加密及中线实施

GPS 控制网对于GPS 控制测量至关重要，本工程使用的GPS 控制网包括了首级控制网、GPS-RTK 加密控制网两部分。因此需要对于GPS 控制网进行加密，即在每一段测量线路均开展WGS-84 坐标以及北京54 坐标的转换，以实现中线控制坐标和GPS 控制网坐标的一致性。在GPS 坐标转换时可以通过RTK 的手簿进行坐标参数的计算，在控制点选择上可以采取灵活搬动的方案，选择可靠的控制点位进行测量，减少地形或者外界因素的影响。在选择好控制点测量方案以及完成坐标参数转换后在开展相应的PTK 碎步测量；碎步测量要保证在测量时基准站和流动站的信号传播奥不少于5 颗卫星，信号传播的精度要尽可能保证为固定，然后进行工程坐标的测量。测量过程中要注意保存好观测点的点名，坐标观测值等信息；要注意规避测量区域内的密集建筑物、天线架台等确保观测数据的准确性。最后测量完成后要对于测量完成的不同观测站坐标的检核，要保证测量的纵横误差不超过20cm，高程误差不超过40cm。

3 管道测量中存在的问题与对策

由于大庆- 哈尔滨天然气管道铺设距离为78km，因此需要建设多个中线控制桩，将管道铺设路线进行分段处理。这就不可避免地会导致在测量的过程中出现误差较大，测量精度不高的现象。除此以外，由于受到不同地区时间段和气候的影响，通过GPS-RTK 技术进行测量的GPS 卫星信号精度存在差异，这也导致了GPS 控制测量精度不高的问题。基准站的架设也关乎到GPS 测量的精确度，但是由于测量区域地形和其他因素的影响，会导致基准站架设出现一定的误差，或者受到周围地物多路径效应的影响，无法很好的传播GPS 卫星信号进行相应的坐标计算；移动站的使用也关乎到GPS 测量的精度，由于移动站测量时出现倾斜或者受到测量区域地物遮盖的影响，会导致其接受的GPS 卫星信号为浮动或者伪距，这就会在一定程度上影响GPS 控制测量的精度。最后阶段的网络平差计算也会影响到GPS 整体测量的精度，但是由于数据转换格式的问题，导致网络平差计算的效率十分低下。

针对天然气管道工程测量中出现的问题，首先要建立起一个完善的GPS 控制网，要对于首级控制网和次级控制网进行精度评价。此外，在进行GPS 测量时要提前预测测量区域不同时段的天气状况，检测GPS 卫星信号强度，确保在GPS 接收信号良好的情况下开展GPS 测量。对于GPS 移动站接收信号出现浮动或者伪距的情况，可以先到开阔的地方接收GPS 信号，然后再进行坐标测量。对于基准站出现测量误差的情况，就需要提前指定控制点选择方案，选择周围视野开阔，地面平整的地区开展测量工作；对于流动站测量时出现的误差可以通过稳定移动站，寻固定源的方法减小误差。最后在继续宁网络平差计算时可以将数据导出为RINEX 的格式，并通过网络平差分析软件进行平差分析，减小GPS 测量误差。

4 结论

大庆- 哈尔滨天然气管道工程时东北天气燃气工程的重要组成部分，对于哈尔滨的经济发展具有十分重要的促进作用。本文首先概述了大庆- 哈尔滨天然气工程，然后对于工程测量技术进行了解析，最后分析了工程测量中存在的问题，提出了相应的解决对策。