曾 波

（廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 廣東 廣州 510060）

0 引言

地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，承擔(dān)著輸送能量、傳遞信息以及排放污染物等功能。 改革開放以來，我國(guó)的城市建設(shè)和發(fā)展步入了一個(gè)新的時(shí)期。 2010 年，廣州市圓滿成功的舉辦了第16 屆亞運(yùn)會(huì)和首屆亞殘會(huì)， 城市面貌發(fā)生了翻天覆地的變化。 如今，廣州正在邁向國(guó)際化的大都市，城市建設(shè)高速發(fā)展，配套設(shè)施不斷完善，城市地下管線也不斷更新，形成了規(guī)模龐大、錯(cuò)綜復(fù)雜的地下管網(wǎng)體系，原來的廣州市二、三級(jí)平面控制網(wǎng)幾乎全部被破壞，而基礎(chǔ)測(cè)繪資料不齊備（比如平面控制點(diǎn)少等），給管線竣工驗(yàn)收測(cè)量帶來了極大的不變。 如何解決管線量大與控制點(diǎn)少二者之間的矛盾，成為了管線竣工驗(yàn)收測(cè)量的關(guān)鍵之一。 為了2010 廣州亞運(yùn)會(huì)的城市建設(shè)的需要，我院承接了廣州亞運(yùn)城地下綜合管線的竣工驗(yàn)收測(cè)量。 針對(duì)亞運(yùn)城管線范圍廣、數(shù)量多，且無一個(gè)等級(jí)控制點(diǎn)的情況，我們應(yīng)用GZCORS 有效的解決了亞運(yùn)城缺乏等級(jí)控制點(diǎn)所帶來的管線探測(cè)的問題，高效、圓滿的完成了該項(xiàng)工程，保證了亞運(yùn)會(huì)的順利開展。

1 GZCORS 系統(tǒng)概況

1.1 定義

廣州市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位城市測(cè)量綜合服務(wù)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱GZCORS）是衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)等高新科技多方位、深度結(jié)晶的產(chǎn)物。 它可以全自動(dòng)、全天候、 實(shí)時(shí)的提供整個(gè)廣州地區(qū)的高精度三維坐標(biāo)和時(shí)間信息，是城市現(xiàn)代化管理和數(shù)字廣州所不可缺少的重要組成部分。 該系統(tǒng)將取代傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量方式，對(duì)全市建設(shè)工程情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控,可以取代傳統(tǒng)測(cè)繪基礎(chǔ)控制網(wǎng)，提高測(cè)繪速度；系統(tǒng)還能為城市各行業(yè)提供實(shí)時(shí)定位導(dǎo)航服務(wù),廣泛應(yīng)用于公安消防、交通物流、環(huán)境保護(hù)、城市規(guī)劃、市政園林、電力通信、林業(yè)農(nóng)業(yè)等與空間信息有關(guān)的領(lǐng)域。

1.2 構(gòu)成及特點(diǎn)

作為一個(gè)城市級(jí)別的CORS 系統(tǒng)，GZCORS 系統(tǒng)由在廣州市域范圍內(nèi)均勻分布的8 個(gè)基準(zhǔn)站和1 個(gè)監(jiān)控站組成，并通過SHD 光纖專線網(wǎng)絡(luò)高速連接。 系統(tǒng)依托高精度、高分辨率的廣州市似大地水準(zhǔn)面，具備全動(dòng)態(tài)、全覆蓋、三維高精度的測(cè)量能力，能夠以全自動(dòng)、全天候、實(shí)時(shí)的高精度三維坐標(biāo)為城市規(guī)劃和建設(shè)提供基礎(chǔ)地理信息服務(wù)，改變了傳統(tǒng)的城市測(cè)量和GPS 作業(yè)模式。

1.3 虛擬參考站（VRS）技術(shù)

CORS 參考站建站的基本原理是基于Internet 數(shù)據(jù)通訊鏈來獲取精確定位的網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)。其中比較有代表性的有基于Trimble 的VRS（Virtual Reference Station）虛擬參考站技術(shù)、區(qū)域改正參數(shù)FKP（Flchen-korrektur-parameter）技術(shù)以及基于徠卡的MAC （Master-Auxiliary Concept） 主輔站技術(shù)。GZCORS 采用的即是虛擬參考站技術(shù)。

虛擬參考站是利用地面布設(shè)的多個(gè)基準(zhǔn)站組成GPS 連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)（CORS），綜合各個(gè)基準(zhǔn)站觀測(cè)信息，建立誤差模型， 在移動(dòng)站附近虛擬生成一個(gè)并不存在的參考基站（VRS）。VRS 的位置是通過移動(dòng)站接收機(jī)的單點(diǎn)定位解來確定的，因此，VRS 與移動(dòng)站構(gòu)成的基線長(zhǎng)度只有幾米到十幾米的距離。 移動(dòng)站與虛擬參考站進(jìn)行載波相位差分，從而實(shí)現(xiàn)高精度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位。 VRS 技術(shù)的工作原理及流程如圖1.1：

圖1.1 VRS 技術(shù)工作原理

1）各個(gè)參考站通過Internet 連續(xù)不斷地向數(shù)據(jù)控制中心發(fā)送觀測(cè)數(shù)據(jù)。

2）控制中心實(shí)時(shí)在線解算各參考站網(wǎng)內(nèi)的載波整周數(shù)，建立誤差模型。

3）移動(dòng)站將單點(diǎn)定位或DGPS 確定的概略坐標(biāo)（NMEA格式），通過無線移動(dòng)數(shù)據(jù)鏈路（GSM/GPRS、CDMA）傳送給數(shù)據(jù)控制中心， 控制中心在移動(dòng)站附近創(chuàng)建一個(gè)虛擬參考站（VRS），通過內(nèi)插得到VRS 上各個(gè)誤差源影響的改正值，并按照RTCM 格式通過NTRIP 協(xié)議發(fā)送給移動(dòng)站用戶。

4）移動(dòng)站與VRS 構(gòu)成短基線，移動(dòng)站接收控制中心發(fā)送的VRS 的差分改正信息或者虛擬觀測(cè)值，進(jìn)行差分解算得到移動(dòng)站用戶的精確位置坐標(biāo)。

經(jīng)檢測(cè)驗(yàn)證，GZCORS 外符合平面定位精度優(yōu)于+1.6cm，高程精度優(yōu)于+3.0cm， 并且絕大部分品牌GPS 接收機(jī)初始化時(shí)間都在一分鐘之內(nèi)，滿足高精度動(dòng)態(tài)GPS 快速定位的要求。

2 GZCORS 在廣州亞運(yùn)城管線竣工驗(yàn)收測(cè)量中的應(yīng)用

2.1 任務(wù)來源及工程特點(diǎn)

為配合第16 屆亞運(yùn)會(huì)的勝利舉行， 受廣州市重點(diǎn)公共建設(shè)項(xiàng)目管理辦公室委托，我院承接了廣州亞運(yùn)城地下綜合管線的竣工驗(yàn)收測(cè)量。

廣州亞運(yùn)城位于廣州南部，風(fēng)景獨(dú)特的蓮花山風(fēng)景區(qū)的南麓、蓮花山水道西岸，用地面積2.73 平方公里。 由運(yùn)動(dòng)員村、媒體村、技術(shù)官員村、媒體中心、體育館區(qū)、后勤服務(wù)區(qū)、亞運(yùn)公園等7 大部分組成。 是亞運(yùn)會(huì)期間，供各參賽國(guó)運(yùn)動(dòng)員和官員居住、生活、訓(xùn)練、休閑和娛樂的場(chǎng)所和完善的生活配套設(shè)施。 其中，運(yùn)動(dòng)員村、媒體村、技術(shù)官員村等居住建筑將在賽后進(jìn)行必要的改造，并作為示范性的居住社區(qū)物業(yè)投放市場(chǎng)。 因此，了解地下綜合管線布局對(duì)未來的升級(jí)改造是非常重要的。 廣州亞運(yùn)城地下綜合管線有以下特點(diǎn)：（1）范圍廣、分片分區(qū)；（2）管線種類齊全，數(shù)量大；（3）廣州亞運(yùn)城全新建設(shè)，城內(nèi)無一個(gè)等級(jí)控制點(diǎn)；（4）工期只有15 天，時(shí)間相當(dāng)緊迫。

2.2 工程實(shí)施

地下綜合管線竣工驗(yàn)收工作主要包括兩個(gè)方面：地下管線信息的探查和管線坐標(biāo)定位測(cè)量。

1）地下管線信息探查

地下管線信息探查是利用英國(guó)雷迪公司RD8000 管線定位儀的發(fā)射機(jī)輸出有一定功率的電磁波到地下的金屬管道（或與管道同埋的金屬線）上，在管道上產(chǎn)生感應(yīng)電流，此電流沿著管道流動(dòng)的同時(shí)， 產(chǎn)生一個(gè)以管道為中心的圓形電磁場(chǎng)向四周輻射，其強(qiáng)度為管道正中上方最強(qiáng)。 當(dāng)RD8000 探測(cè)儀的接收機(jī)的磁性探頭在地面上來回移動(dòng)探測(cè)時(shí)接收到該信號(hào)， 就能找到電磁場(chǎng)的中心最強(qiáng)的位置， 也就是管道的正上方，地下管線的位置即可探測(cè)到，整體實(shí)施流程如圖1.2 所示。

圖1.2 管線竣工驗(yàn)收流程圖

2）控制測(cè)量

（1）根據(jù)亞運(yùn)城區(qū)域的衛(wèi)星信號(hào)接收條件和場(chǎng)地實(shí)況，采用GZCORS 代替等級(jí)控制導(dǎo)線進(jìn)行控制測(cè)量。 充分利用GZCORS 參考站進(jìn)行控制點(diǎn)加密。 由于亞運(yùn)城內(nèi)道路交通四通發(fā)達(dá)，故此在各個(gè)主要交通路口利用GZCORS 技術(shù)進(jìn)行控制測(cè)量布設(shè)三級(jí)控制點(diǎn)和圖根控制點(diǎn)。

GZCORS 技術(shù)實(shí)施控制測(cè)量布設(shè)方案以三點(diǎn)為1 組 （作為圖根控制導(dǎo)線起算之用時(shí)可兩點(diǎn)為1 組），兩個(gè)方向通視，測(cè)設(shè)的通視控制點(diǎn)邊長(zhǎng)在200m 以下 （但須在120m 以上）時(shí)，可作為一級(jí)圖根控制點(diǎn)使用；邊長(zhǎng)在200m 以上，滿足精度要求時(shí)，可作為三級(jí)控制點(diǎn)。

（2）圖根控制在已有的等級(jí)控制點(diǎn)和GZCORS 三級(jí)控制點(diǎn)的條件下， 根據(jù)管線的走向及帶狀地形分布情況加密布設(shè)，采用GZCORS 技術(shù)進(jìn)行加密和圖根控制導(dǎo)線測(cè)量。

GZCORS 技術(shù)測(cè)量應(yīng)注意GPS 衛(wèi)星數(shù)量和分布情況，根據(jù)廣州特殊地理位置，建議避開下午2 點(diǎn)～5 點(diǎn)時(shí)段（該時(shí)間段電離層活躍，基準(zhǔn)站同步固定衛(wèi)星數(shù)少）。

GZCORS 技術(shù)測(cè)量的點(diǎn)位平面中誤差（相對(duì)于起算點(diǎn)）應(yīng)滿足平面≤±5cm、高程≤±8cm。 GZCORS 技術(shù)測(cè)量必須在接收機(jī)已得到網(wǎng)絡(luò)固定解狀態(tài)下方可進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。 單測(cè)回應(yīng)滿足點(diǎn)位平面殘差HRMS 小于±2cm、 高程殘差VRMS 小于±3cm。GZCORS 技術(shù)測(cè)量控制點(diǎn)測(cè)回間觀測(cè)記錄的時(shí)間間隔不應(yīng)小于一分鐘。兩次平面互差應(yīng)≤±3cm，高程互差應(yīng)≤±4cm。符合要求的取各次觀測(cè)結(jié)果的平均值作為最終成果。

3）管線測(cè)量與數(shù)據(jù)采集

圖根導(dǎo)線測(cè)量與管線點(diǎn)、 地形地物數(shù)據(jù)采集均采用全站儀施測(cè)并同時(shí)進(jìn)行。全站儀連接E50 或PDA 掌上電腦進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，使用“SSDP”或“EPSW2008”進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算，野外測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行外業(yè)連線繪制草圖，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化。

3 結(jié)論

RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)是繼GPS 全球定位技術(shù)之后，測(cè)量領(lǐng)域又一次技術(shù)革命。它改變了傳統(tǒng)的測(cè)量模式，能夠?qū)崟r(shí)提供厘米級(jí)定位精度， 在不通視的條件下遠(yuǎn)距離傳輸三維坐標(biāo)。 應(yīng)用于工程測(cè)量中，RTK 能夠快速準(zhǔn)確的布設(shè)導(dǎo)線網(wǎng)，彌補(bǔ)由于城市日星月異的發(fā)展造成的低等級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)的毀壞，減輕由于城市高速發(fā)展而給測(cè)繪人員造成的時(shí)間壓力。 RTK 測(cè)量需要的測(cè)量人員少、作業(yè)時(shí)間短，工作效率高，并且RTK 測(cè)量成果都是獨(dú)立觀測(cè)值， 不會(huì)像常規(guī)測(cè)量造成誤差積累。GZCORS 的建設(shè)方便了控制點(diǎn)的建立， 用戶可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)厘米級(jí)精度的定位應(yīng)用，適用于城市實(shí)時(shí)控制測(cè)量，特別是地下管線竣工驗(yàn)收測(cè)量。 GZCORS 系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用是廣州市城市測(cè)量技術(shù)的一項(xiàng)重大改革， 真正實(shí)現(xiàn)了廣州市城市三維空間定位，這將會(huì)極大地提高生產(chǎn)力，也為“數(shù)字市政”的實(shí)現(xiàn)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)，具有重大的戰(zhàn)略意義和應(yīng)用價(jià)值。S

［1］劉業(yè)光，歐海平.GPS 網(wǎng)絡(luò)RTK 虛擬參考站技術(shù)在廣州的應(yīng)用前景初探[J].城市勘測(cè)，2002（2）：528.

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