劉占秋

摘 要：地下管線測(cè)量是指在工程建設(shè)的勘察設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、運(yùn)營(yíng)管理期間所要進(jìn)行的測(cè)量作業(yè)，主要包括測(cè)量和放樣兩部分。近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，測(cè)繪技術(shù)也正由傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)向數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)發(fā)展，我國(guó)的工程測(cè)量的發(fā)展趨勢(shì)正在向內(nèi)外業(yè)作業(yè)的一體化、數(shù)據(jù)獲取和處理的自動(dòng)化、測(cè)量過(guò)程的智能化、測(cè)量結(jié)果的數(shù)字化方向發(fā)展，尤其是利用GPS和全站儀技術(shù)在地下管線工測(cè)量中的應(yīng)用，比傳統(tǒng)的測(cè)量方法的測(cè)量速度快、效率高、精度高，且節(jié)省人力物力財(cái)力，這兩種技術(shù)可以做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，具有較高的工程推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：全站儀；GPS接收儀；地下管線；測(cè)量

1 引言

地下管線歷來(lái)是城市的“血管”和“神經(jīng)”，地下管線涉及給水、雨水、污水、燃?xì)?、電力、路燈、有線電視、工業(yè)等十多種地下管線，形成了一張錯(cuò)綜復(fù)雜的地下管線網(wǎng)絡(luò)，為了滿(mǎn)足城市建設(shè)的需要，查清復(fù)雜的地下管線的情況，及時(shí)、準(zhǔn)確地測(cè)定地下管線的位置和分布情況，我國(guó)已經(jīng)生產(chǎn)或引進(jìn)了許多不同類(lèi)型的地下管線勘測(cè)儀器。一般管線探測(cè)的精度為平面5cm，高程3cm，但是有的大型及精密工程測(cè)量在精度上有更高的要求，目前管線探測(cè)儀獲得數(shù)據(jù)的精度上不能滿(mǎn)足其需要。

2 GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)分析

2.1 GPS的概述

GPS即全球定位系統(tǒng)，是美國(guó)國(guó)防部研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶(hù)的接收機(jī)組成，借助于空中的多個(gè)GPS衛(wèi)星確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)和速度等參數(shù)的定位系統(tǒng)，具有全球性、全天候、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定位的特點(diǎn)以及定時(shí)等功能。

2.2 GPS的原理

GPS的主要應(yīng)用功能有單點(diǎn)導(dǎo)航定位和相對(duì)測(cè)地定位兩種，對(duì)于常規(guī)的工程測(cè)量則應(yīng)用的是其相對(duì)測(cè)地定位的功能。相對(duì)測(cè)地定位的原理是載波相位測(cè)量局域差分法，測(cè)量時(shí)需要在接收機(jī)之間求一次差，并且在接收機(jī)和衛(wèi)星觀測(cè)歷元之間求二次差，對(duì)這兩次差采用差分計(jì)算的方式計(jì)算出待測(cè)基線的長(zhǎng)度。為了精確求解整周模糊度，按照特定的算法模型將其作業(yè)模式分為靜態(tài)、快速靜態(tài)和RTK作業(yè)模式三種，靜態(tài)作業(yè)模式主要應(yīng)用于變形觀測(cè)和大地測(cè)量等高精度的測(cè)量，快速靜態(tài)作業(yè)模式的主要特點(diǎn)是效率高，主要應(yīng)用于精度要求相對(duì)較低的施工控制測(cè)量，而RTK作業(yè)模式能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與工程放樣中[1]。

3 全站儀的功能及用途分析

3.1 全站儀的概述

全站儀是全站型電子素測(cè)儀的簡(jiǎn)稱(chēng)，它集電子經(jīng)緯儀、光電測(cè)距儀和微處理器于一體，由電子測(cè)角、電子測(cè)距、電子補(bǔ)償和微機(jī)處理裝置組成，可以同時(shí)進(jìn)行水平角和垂直角的測(cè)量、距離及高差測(cè)量和數(shù)據(jù)處理，其可以在一個(gè)固定測(cè)點(diǎn)就能完成控制點(diǎn)內(nèi)所有的測(cè)量工作。

3.2 全站儀的原理

全站儀的工作原理根據(jù)其功能分為測(cè)角原理和測(cè)距原理。這兩種功能的原理都用到數(shù)學(xué)的平面幾何、立體幾何以及微積分等原理，結(jié)合測(cè)距數(shù)據(jù)測(cè)算其他邊短距離和角度等參數(shù)，測(cè)角功能還用到“角度度盤(pán)和角度傳感器”來(lái)獲取角度的數(shù)字化數(shù)據(jù)的原理，而測(cè)距功能則與光電測(cè)距儀的原理基本相同，主要依靠的是電磁波測(cè)相技術(shù)[2]。

4 技術(shù)方案

4.1 觀測(cè)誤差分類(lèi)

地下管線的數(shù)字采集測(cè)量誤差主要是指測(cè)量?jī)x器的誤差和測(cè)量觀測(cè)的誤差。

全站儀觀測(cè)中的誤差主要包括全站儀水平角觀測(cè)中的誤差和垂直角觀測(cè)中的誤差。其中，全站儀水平角觀測(cè)中的誤差主要是由目標(biāo)偏心誤差、對(duì)中誤差和照準(zhǔn)誤差構(gòu)成的；垂直角觀測(cè)中的誤差主要由照準(zhǔn)誤差與儀器自動(dòng)補(bǔ)償誤差構(gòu)成[2]。

全站儀觀測(cè)中的誤差m主要是由水平角觀測(cè)中的誤差和垂直角觀測(cè)中的誤差構(gòu)成。全站儀的觀測(cè)誤差也包括外界環(huán)境影響引起的誤差、儀器自身誤差和儀器讀數(shù)誤差。儀器自身誤差主要是指垂直軸誤差。據(jù)相關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，在通常情況下，m=±1.5″，外界環(huán)境的影響主要是指溫度的變化，儀器讀數(shù)的誤差大致為m±1.5″。

4.2 技術(shù)方案

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種數(shù)字地下管線測(cè)量系統(tǒng)及采用該測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法。一種數(shù)字地下管線測(cè)量系統(tǒng)，用于對(duì)地下管線的多個(gè)管線點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，包括計(jì)算機(jī)、全站儀、靜態(tài)GPS接收機(jī)以及分別與各管線點(diǎn)匹配設(shè)置的多個(gè)地面標(biāo)志物，全站儀和靜態(tài)GPS接收機(jī)通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)通訊連接，全站儀的頂部連接有豎向的伸縮桿，靜態(tài)GPS接收機(jī)設(shè)置在伸縮桿的頂端。

（1）全站儀為高精度自動(dòng)跟測(cè)全站儀，包括支架和設(shè)置在支架上的全站儀本體，全站儀本體的頂部設(shè)有提手，提手頂部中央設(shè)有螺孔，伸縮桿通過(guò)螺孔與提手可拆卸連接。（2）該系統(tǒng)還包括用于測(cè)量靜態(tài)GPS接收機(jī)和全站儀本體之間距離的激光測(cè)距儀，激光測(cè)距儀設(shè)置在GPS接收機(jī)上，并與計(jì)算機(jī)通過(guò)電纜通訊連接。（3）測(cè)量時(shí)，地面標(biāo)志物距離全站儀的距離為50～100m。（4）全站儀的精度如下：測(cè)角精度為0.5″，測(cè)距精度為0.8mm+1ppm·D，觀測(cè)照準(zhǔn)精度為2″，對(duì)中誤差為5mm，目標(biāo)偏心誤差為5mm。

4.3 使用方法

采用數(shù)字地下管線測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，包括以下步驟：（1）確定與管線點(diǎn)匹配設(shè)置的地面標(biāo)志物，架設(shè)全站儀，安裝靜態(tài)GPS接收機(jī)；（2）輸入全站儀的假定位置信息，使用全站儀對(duì)各地面標(biāo)志物進(jìn)行測(cè)量，得到地面標(biāo)志物的假定位置信息，同時(shí)通過(guò)靜態(tài)GPS接收機(jī)獲取位置信息，地面標(biāo)志物的假定測(cè)量信息及靜態(tài)GPS接收機(jī)獲取的位置信息通過(guò)電纜傳輸至計(jì)算機(jī)；（3）以全站儀對(duì)多個(gè)管線點(diǎn)的地面標(biāo)志物測(cè)量完畢后，靜態(tài)GPS接收機(jī)獲取的位置信息作為靜態(tài)GPS接收機(jī)的位置信息，計(jì)算機(jī)根據(jù)靜態(tài)GPS接收機(jī)的位置信息結(jié)合全站儀本體與靜態(tài)GPS接收機(jī)的相對(duì)位置計(jì)算得到全站儀的位置信息，并用其替換假定位置信息，根據(jù)地面標(biāo)志物的假定測(cè)量信息計(jì)算得到地面標(biāo)志物的測(cè)量信息，根據(jù)全站儀的位置信息與地面標(biāo)志物的測(cè)量信息計(jì)算出地面標(biāo)志物的位置信息，從而得到管線點(diǎn)的位置信息。

5 小結(jié)

（1）測(cè)量效率和測(cè)量精度高。利用靜態(tài)GPS接收機(jī)獲取位置信息精度高的優(yōu)點(diǎn)，來(lái)對(duì)全站儀的位置信息進(jìn)行精確測(cè)量，而由于靜態(tài)GPS接收機(jī)得到高精度的坐標(biāo)需要的時(shí)間較長(zhǎng)，因此，先輸入全站儀的假定位置信息（也就是輸入一個(gè)假定的位置信息），然后再進(jìn)行各管線點(diǎn)的測(cè)量，一段時(shí)間后，待多個(gè)管線點(diǎn)測(cè)量完畢，靜態(tài)GPS接收機(jī)獲得的位置信息精度已達(dá)到較高水平，此時(shí)用靜態(tài)GPS接收機(jī)獲取的位置信息作為靜態(tài)GPS接收機(jī)的位置信息。

（2）方法簡(jiǎn)單，操作方便。全站儀的位置信息通過(guò)靜態(tài)GPS接收機(jī)獲取，不必設(shè)置后視點(diǎn)，全站儀的選位更加自由，能夠通過(guò)合適的選位，一次測(cè)量更多的管線點(diǎn)，而一次測(cè)量的管線點(diǎn)越多，需要的時(shí)間也越多，靜態(tài)GPS接收機(jī)獲取的位置信息也越精確，測(cè)量結(jié)果也越高，由于靜態(tài)GPS接收機(jī)獲取位置信息和全站儀測(cè)量是同步進(jìn)行的，不會(huì)因此而降低測(cè)量效率。

（3）在高精度數(shù)字地下管線的測(cè)量過(guò)程中，測(cè)點(diǎn)的距離最好控制在50～100m。鑒于此，全站儀的測(cè)角精度為0.5″，測(cè)距精度為0.8mm+1ppm·D，觀測(cè)照準(zhǔn)精度為2″，對(duì)中誤差為5mm，目標(biāo)偏心誤差為5mm。同時(shí)，在測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格標(biāo)定管線測(cè)點(diǎn)中心的位置，確保測(cè)點(diǎn)平面點(diǎn)位的精度，則可達(dá)到毫米級(jí)的精度。

（4）對(duì)于多個(gè)特殊管線點(diǎn)的高精度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，高精度自動(dòng)跟測(cè)全站儀可以節(jié)省人力與成本，提高工作效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳杰華，陳敏.城市地下管線測(cè)量方法研究[J].江西測(cè)繪，2015（2）：38～41.

[2] 石志偉.地下管線測(cè)量方法和技術(shù)分析[J].智能城市，2017（5）：112.