徐向陽,岳 慶
(新疆石油工程建設有限責任公司,新疆 克拉瑪依834000)
利用GPS的精確定位功能,將管道線路樁號坐標輸入GPS,把到貨的光纜按出廠盤號順序初次配盤。再用輸入數(shù)據(jù)的GPS到現(xiàn)場查看光纜接頭坑位置,如位置不符合施工規(guī)范要求,要用不同盤長的光纜做調整,直至全線配盤驗證完畢,繪制最終配盤圖作為施工的參照依據(jù)。施工時如進行跳躍不連續(xù)性施工,可利用GPS和配盤圖迅速判斷出此段線路應放哪盤光纜,放多少光纜,盤留多少,由此節(jié)省了不少人力和大量測量時間。有利于管溝及時回填;同時也減少了光纜材料的浪費,避免因搭接不上而增加光纜接頭數(shù)量,在一定程度上保證了施工質量,降低了施工成本。
GPS由美國國防部開發(fā),并提供標準定位(SPS)和精密定位(PPS)兩種服務。前者應用于民用用戶,后者應用于美國國防部授權用戶。GPS由空間段,控制段,和用戶段三部分構成。民用用戶只能接受到每顆衛(wèi)星上L1頻段(1 575.42 MHz)上的C/A碼(粗碼),因受電離層、對流層、多徑,以及接收機和噪聲的影響,目前GPS手持機水平精度誤差指標為11m[1],利用差分定位可進一步提高精度,如采用高精度GIS手持數(shù)據(jù)采集器,精度可以達到亞米級。
GPS衛(wèi)星星歷是以世界大地坐標系 WGS-84為根據(jù)而建立的,我國目前應用的工程圖采用1954年北京坐標系或1980年國家大地坐標系;因為不同坐標系之間存在著平移和旋轉關系,所以,在我國應用GPS進行絕對定位時必須進行坐標系統(tǒng)轉換。常見的坐標轉換問題,多數(shù)為 WGS-84轉換成北京54或西安80坐標系。其中 WGS-84坐標系屬于大地坐標,就是常說的經(jīng)緯度坐標,而北京54或者西安80屬于平面直角坐標。需要轉換不同的橢球基準。這需要兩個很重要的轉換參數(shù)dA、dF.dA的含義是兩個橢球基準之間長半軸的差;dF的含義是兩個橢球基準之間扁率倒數(shù)的差[2]。在進行坐標轉換時,這兩個轉換參數(shù)是固定的:WGS-84>北京54:DA:-108;DF:0.000000 5,一般見到的施工圖坐標都是北京54平面直角坐標,求出DX,DY,DZ.即利用 WGS-84坐標系的X、Y、Z值,減去我國坐標系的對應值,得出實現(xiàn)坐標系統(tǒng)轉換的三個參數(shù)(應算出 WGS-84與北京和西安坐標系兩套參數(shù))。要在GPS位置格式的地方,選擇用戶自定義方式,輸入如下參數(shù):中央經(jīng)線:視當?shù)亟?jīng)度確定;投影比例:1;東西偏差:500 000;南北偏差:0,也可向當?shù)販y量、設計部門索要以上參數(shù)。在新疆沙灣地區(qū)演算的參數(shù)在彩南-烏魯木齊天然氣管線、石西油田也可使用(誤差在5m左右)。
GPS設定完畢,需要輸入管道樁號坐標和高程,拿手持機到線路實際驗證。驗證的方法是在應用區(qū)域內選擇5個以上已知樁號、水準點進行實測,實測值與測繪部門提供的理論值和管道樁號對比,如果最大誤差不大于8m,平均誤差不大于5 m(實際測量樁號誤差范圍在4m左右),則計算出的參數(shù)可以使用,否則需要重新計算或查找出現(xiàn)問題的原因。
把管道線路樁號坐標數(shù)據(jù)全部輸入GPS,可直接輸入,也可用GPS專用軟件進行輸入,因數(shù)據(jù)量大,應仔細檢查核對,尤其是橫坐標(Y)和縱坐標(X)的數(shù)據(jù)不能弄反。橫坐標(Y)一般為6位數(shù),有的圖紙給的是8位數(shù),則輸入最后6位數(shù),前兩位為度帶數(shù)。輸入時最好有兩人配合進行,為避免輸錯造成敷設光纜失誤,可反復對照檢查和在施工現(xiàn)場的每段施工時進行最后的檢查驗證,發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤要及時改正。
2.2.1 光纜配盤
光纜配盤是根據(jù)管道樁號為參照物。根據(jù)光纜施工規(guī)范要求,每盤光纜長度應減去線路敷設自然彎曲損耗7m/km,每個光纜接頭坑盤留8m~12m.如有管道閥池等需要盤留光纜的特殊地點,可根據(jù)情況再相應減去光纜米數(shù)。如一盤光纜是4 052m,經(jīng)過配盤后這盤光纜地面距離應計為:4 052m-2m(盤測使用)-7m/km×4km-8m×2(接頭坑盤留)=4 006m.
圖1 704泵站至獨山子天然氣管道同溝光纜配盤圖
2.2.2 光纜配盤的要求
必須遵守光纜施工規(guī)范要求:盡量保證相鄰盤號的配盤、A-B端布放方式[3],如圖1所示。因為,同一批次出廠的光纜光纖是由一根光纖母棒拉出的,廠家按一個批次的光纜順序設定盤號,這樣纖芯模場直徑和模場同心誤差幾乎一致。在實際的光纜接續(xù)中,也驗證了相鄰盤號的光纜接續(xù)損耗極低,接續(xù)質量好的特點。
2.2.3 檢查驗證配盤數(shù)據(jù)
把設定好的GPS、初步配盤圖和施工圖帶到施工現(xiàn)場,檢查配盤后光纜接頭坑的具體所在位置。因為光纜接頭坑一般應設在可靠、安全、無水干燥、便于今后維護的地方,所以應盡最大努力避免設在農(nóng)田、水溝等不適宜的地方設置光纜接頭坑?,F(xiàn)場找到GPS和配盤圖上的接頭坑位置,如不合適可在配盤圖上調整光纜盤長并改動數(shù)據(jù),直到全部接頭坑檢查完畢。根據(jù)現(xiàn)場勘察結果重新制作配盤圖,交甲方項目部、設計、監(jiān)理公司、管道、土方施工單位,讓他們了解光纜敷設接頭坑具體位置和整盤光纜走向,便于在征地、管道施工時的協(xié)調。
2.2.4 光纜配盤的調整
要提前考慮管道征地協(xié)調的難點,如大河、水渠、國道或地質條件復雜的地段。盡量把光纜接頭點設在大河、水渠、國道、鐵路較難穿越點的旁邊,以免出現(xiàn)這些地段因管道無法施工或施工緩慢,造成此段光纜無法穿越而影響大段管溝的回填和施工進度。這類問題應及早發(fā)現(xiàn),可根據(jù)項目部征地和管道施工進度、線路路由的改變,隨時調整光纜配盤圖,為下一步施工做好施工準備。
2.2.5 同溝光纜敷設方法
利用GPS存儲的管道樁點數(shù)據(jù)和配盤圖指導光纜敷設。光纜整盤一般為4km規(guī)格,因長輸管道溝渠、穿越點多,不適合整盤布放。加上線路長需要施工人員多,不易協(xié)調指揮,監(jiān)護不力容易造成光纜損傷或打折,為光纜線路質量留下隱患。采取在一盤光纜線路的中間點向兩邊分段敷設的方式,這樣就節(jié)省了人工費用和方便施工監(jiān)督、保證光纜敷設質量。用GPS找到光纜布放的中間點位置,要特別注意的是GPS測量的點是GPS測量位置與管道樁點的直線距離,而管道路由是非直線的。為保證布放點位準確,必須用離中間點最近的管道樁點為參照物,根據(jù)GPS上的數(shù)據(jù)和配盤圖確定光纜敷設起始點。布放完2km光纜后,須驗證和預先設置的接頭位置是否相符,然后進行剩余2km的光纜敷設工作。
2.2.6 正確使用GPS定位,減少測量誤差
在使用中發(fā)現(xiàn),GPS測量的點是一個4m左右的圓,不是直線的偏差量。為了光纜布放準確,在實際應用中應減少此誤差。測量時要在開闊地帶把GPS盡量置于管道中心或樁點位置,采取多次測量兩端樁號和就近對比的方法,盡最減少測量誤差帶來的施工風險。
現(xiàn)在長輸管線施工資料和日常管理正在向數(shù)字化方向發(fā)展,要求能遠程檢查每天的工程進度。就需要采集每天施工進度的相應坐標,并錄入、上報到專用的軟件系統(tǒng),遠程就能及時掌握現(xiàn)場進度,便于項目科學管理[4]。GPS采集現(xiàn)場坐標非常簡單、便捷,一個人就能操作。
經(jīng)過在2007年、2008年新疆克拉瑪依704泵站至獨山子105km光纜工程和2009年中石油西部管道克烏成品油復線100km光纜工程中的實際應用,78盤光纜全部達到精確配盤要求,準確無誤。達到了節(jié)省人工測量時間、降低施工成本、查找敷設光纜施工點準確、提高功效、減少光纜材料浪費、工程質量優(yōu)良的效果。
[1]陳小忠,吳海濤,盧曉春,等.GPS民用信號的改進與發(fā)展[J].全球定位系統(tǒng),2006,31(6):26-31.
[2]程鵬飛,文雙江,成英燕,等.2000國家大地坐標系橢球參數(shù)與GRS80和 WGS84的比較[J].測繪學報,2009,6(3):189-194.
[3]中國通信建設第三工程局.YD5121-2005.長途通信光纜線路工程驗收規(guī)范[S].2005.
[4]楊 茂,牟 健,劉 兵.管道數(shù)字化施工管理[J].天然氣與石油,2010,28(3):1-3.