謝裕群

（平遠(yuǎn)縣自然資源局，廣東 梅州 514600）

1 引言

地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，包括給水、污水、燃?xì)狻V電、電力、通信等管線，它們擔(dān)負(fù)著輸送介質(zhì)或傳送信息等工作，是城市的生命線[1-2]。城市地下管線數(shù)據(jù)是智慧城市、國(guó)家基礎(chǔ)地理信息建設(shè)的重要組成部分，也是構(gòu)建智慧管線的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[3]。隨著全球定位系統(tǒng)GNSS 技術(shù)的快速發(fā)展，GNSS RTK實(shí)時(shí)三維定位精度不斷提高，具有測(cè)量時(shí)間短、全天候、高度集成、自動(dòng)化、無(wú)需通視、遠(yuǎn)距離測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于控制測(cè)量、工程測(cè)量、地形及地籍測(cè)量中[4]。本文利用GNSS RTK 技術(shù)對(duì)城市地下管線點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，提高了工作效率，對(duì)加快城市地下管線信息化建設(shè)具有重要意義。

2 GNSS 定位基本原理

GNSS 定位的基本原理是空間距離后方交會(huì)原理[5]，即由衛(wèi)星至接收機(jī)的距離與衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，推算出接收機(jī)天線相位中心P 的空間坐標(biāo)（如圖1 所示）。

圖1 GNSS定位基本原理示意圖

圖1 中，已知量有3 顆衛(wèi)星S1、S2和S3的空間坐標(biāo)分別為[X1,Y1,Z1]、[X2,Y2,Z2]、[X3,Y3,Z3]，衛(wèi)星至接收機(jī)的距離為ρ1、ρ2、ρ3；未知量有接收機(jī)天線相位中心P 的坐標(biāo)為[X,Y,Z]。根據(jù)空間兩點(diǎn)的距離公式，則有如下三元二次方程組：

顯然，通過(guò)公式可求解出測(cè)站P 的坐標(biāo)[X,Y,Z]。

隨著GNSS 定位技術(shù)的發(fā)展，GNSS 載波信號(hào)已由最初的載體功能逐漸變?yōu)橹匾挠^測(cè)信號(hào)之一，因?yàn)橥ㄟ^(guò)GNSS 載波信號(hào)的相位觀測(cè)和解算，求得接收機(jī)到GNSS 衛(wèi)星的距離，可以獲得毫米級(jí)測(cè)距精度，進(jìn)一步可得到毫米級(jí)的靜態(tài)和厘米級(jí)的動(dòng)態(tài)導(dǎo)航定位結(jié)果[6]，是目前大地測(cè)量和工程測(cè)量的主要測(cè)量方法。

3 地下管線探測(cè)原理與方法

3.1 工作原理

地下管線探測(cè)的基本原理是根據(jù)探測(cè)地下管線與其周?chē)橘|(zhì)明顯的地球物理性差異而判斷出地下管線的位置。常用的探測(cè)方法包括電磁波法、電磁法、直流電法、地震波法等。其中，電磁法是管線探測(cè)工程中最常用和精度較高的方法，其原理是將一交變電磁信號(hào)施加于地下的金屬管線，金屬管線與大地之間構(gòu)成回路，由于金屬管線的集流效應(yīng)而產(chǎn)生一個(gè)交變線電流，用儀器在地面檢測(cè)這個(gè)線電流產(chǎn)生的交變電磁信號(hào)，從而確定地下管線的空間位置[7-8]。對(duì)于非金屬管道和疑難問(wèn)題的探測(cè)則采用電磁波法。

3.2 探查方法

地下管線探查的原則是：從已知到未知，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，方法有效、快速，復(fù)雜條件下采用綜合方法。

地下管線點(diǎn)分為明顯管線點(diǎn)和隱蔽管線點(diǎn)。明顯管線點(diǎn)通過(guò)直接對(duì)地下管線進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和量測(cè)獲取，隱蔽管線點(diǎn)用儀器探查地下管線的地面投影位置及埋深，對(duì)于不具備儀器探測(cè)條件的復(fù)雜地段，采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)、釬探、開(kāi)挖調(diào)查。

明顯管線點(diǎn)采用校驗(yàn)過(guò)的鋼卷尺直接測(cè)量，讀至厘米，若明顯管線點(diǎn)密度符合相關(guān)規(guī)程布點(diǎn)要求，中間無(wú)轉(zhuǎn)彎分支等，直接連接各個(gè)明顯點(diǎn)，正確反映管線空間位置。若明顯點(diǎn)密度分布不滿足要求（相鄰明顯點(diǎn)間距大于75 米），則采用適當(dāng)探測(cè)方法補(bǔ)加若干隱蔽點(diǎn)。隱蔽管線點(diǎn)的探測(cè)是管線探查的關(guān)鍵性工作，合理的探測(cè)方法是準(zhǔn)確定位、定深的關(guān)鍵。

3.3 探查內(nèi)容與要求

地下管線探查需要對(duì)每種管線的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。地下管線探查時(shí)需要調(diào)查與注明的項(xiàng)目如表1 所示，各類(lèi)管線探查范圍及取舍標(biāo)準(zhǔn)如表2 所示。

表1 地下管線探查須查明與量注的項(xiàng)目

表2 地下管線探查取舍標(biāo)準(zhǔn)

4 案例應(yīng)用

4.1 測(cè)區(qū)概況

測(cè)區(qū)位于某市新城區(qū)，地勢(shì)平坦，道路較少。測(cè)區(qū)總占地面積約16 平方公里，主要分布在新城區(qū)各大主次干道。主要管線有給水、排水、燃?xì)獾裙艿酪约半娏Γê窡簦⑼ㄐ诺入娎|類(lèi)管線，以金屬管線為主。測(cè)區(qū)大部分區(qū)域管線密集，較為復(fù)雜，交通流量較大，并且部分管線材質(zhì)為非金屬管線。

4.2 地下管線物探及管線點(diǎn)測(cè)量

根據(jù)測(cè)區(qū)概況結(jié)合收集的資料實(shí)地踏勘，分析資料的可利用性，制定探測(cè)方案，采用全數(shù)字化、內(nèi)外業(yè)一體化模式，將地質(zhì)雷達(dá)物探技術(shù)、GNSS RTK 測(cè)繪技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，可實(shí)現(xiàn)地下管線數(shù)據(jù)精細(xì)化、高效化、現(xiàn)代化建設(shè)。工作流程如圖2所示。

圖2 地下管線測(cè)量工作流程圖

測(cè)區(qū)共采集管線點(diǎn)28600 個(gè)。管線點(diǎn)的測(cè)量通過(guò)GNSS RTK 采集平面坐標(biāo)和高程。對(duì)消防栓、通信箱、電力和通信上桿點(diǎn)等高程測(cè)至地面。為確保平面和高程精度，測(cè)量時(shí)實(shí)時(shí)檢查RTK 儀器的定位精度，同時(shí)測(cè)量點(diǎn)號(hào)和物探組實(shí)地編號(hào)一一對(duì)應(yīng)，并與外業(yè)草圖、探測(cè)記錄本點(diǎn)號(hào)一致。

4.3 地下管線圖編繪

地下管線圖編繪包括數(shù)據(jù)錄入、管線數(shù)據(jù)屬性檢查、綜合管線圖編繪、專業(yè)管線圖編繪、管線點(diǎn)成果表編制。

（1）數(shù)據(jù)錄入。首先，利用Access 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)將外業(yè)探查獲取的管線屬性數(shù)據(jù)錄入物探數(shù)據(jù)庫(kù)，并進(jìn)行100%校對(duì)檢查，確認(rèn)無(wú)誤后建立管線探查屬性數(shù)據(jù)庫(kù)；其次，外業(yè)測(cè)量采集的管線空間屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)，并進(jìn)行100%校對(duì)檢查，無(wú)誤后利用控制數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算形成管線空間屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)之間進(jìn)行管線點(diǎn)的關(guān)聯(lián)檢查。

（2）管線數(shù)據(jù)屬性檢查。利用專業(yè)的檢查軟件對(duì)管線探查屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和管線空間屬性數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢查，主要包括外業(yè)點(diǎn)號(hào)重號(hào)、測(cè)量點(diǎn)號(hào)重號(hào)和連接點(diǎn)號(hào)重號(hào)、重線、探查屬性庫(kù)代碼規(guī)范性、探查屬性庫(kù)方向錯(cuò)誤、管線屬性數(shù)據(jù)庫(kù)連接關(guān)系、管線點(diǎn)特征代碼是否有誤、管線空間屬性是否有誤、管線屬性是否統(tǒng)一、管線高程合理性、數(shù)據(jù)接邊各種屬性（平面位置、材質(zhì)、規(guī)格、年代等）檢查。對(duì)完成管線數(shù)據(jù)檢查和修改的數(shù)據(jù)進(jìn)行最終檢查，無(wú)誤后形成最終管線探查屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和管線空間屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。

（3）綜合管線圖編繪。管線圖編繪以1∶1000 數(shù)字化地形圖作為管線圖的背景圖，每幅圖均在AUTOCAD軟件的平臺(tái)上進(jìn)行編輯、注記。管線圖編輯之前，按管線不同專業(yè)，將坐標(biāo)數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，利用成圖軟件和野外記錄的數(shù)據(jù)連接關(guān)系繪制成管線草圖，以1∶1000 地形圖分幅為標(biāo)準(zhǔn)將管線圖按50×50標(biāo)準(zhǔn)分幅。局部綜合管線圖如圖3 所示。

（4）專業(yè)管線圖編繪。專業(yè)管線圖在綜合圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行編繪，將各類(lèi)專業(yè)管線分別從不同的圖層提取，增加專業(yè)信息注記，修改圖名和圖外整飾，保存為專業(yè)管線圖。路燈局部專業(yè)管線圖如圖4 所示。

（5）管線點(diǎn)成果表。管線點(diǎn)成果表編制內(nèi)容包括管線點(diǎn)號(hào)、管線種類(lèi)、規(guī)格、類(lèi)型、材質(zhì)、電纜根數(shù)或孔數(shù)、埋深、權(quán)屬單位及管線點(diǎn)的特征、附屬物、坐標(biāo)、高程等。中國(guó)移動(dòng)地下管線點(diǎn)部分成果如表3所示。

圖3 局部綜合管線圖

圖4 局部專業(yè)管線圖

表3 中國(guó)移動(dòng)地下管線點(diǎn)部分成果表

5 結(jié)語(yǔ)

城市綜合地下管線普查作為數(shù)字城市的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)保障，對(duì)城市的信息化建設(shè)起著重要作用。通過(guò)研究GNSS RTK 技術(shù)的作業(yè)模式在城市地下管網(wǎng)測(cè)量中應(yīng)用，表明該技術(shù)測(cè)量精度高，可達(dá)到厘米級(jí)，滿足城市地下管線點(diǎn)測(cè)量精度，且不累計(jì)傳遞誤差，觀測(cè)時(shí)間短，可實(shí)時(shí)提供三維坐標(biāo)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，為城市地下管網(wǎng)三維信息化建設(shè)提供借鑒。