论文部分内容阅读
摘 要：和常规测量比较，网络RTK实时动态定位技术以其速度快、精度高、成本低、效率高等特点，正在取代传统的测量技术，在各个方面逐步开始应用，本文对GPS定位技术在燃气工程测量的应用进行了探讨。
关键词：GPS定位；燃气工程测量；静态测量
1.GPS RTK的工作原理
RTK技术属于动态定位，其精度能够达到厘米级的野外定位。RTK测量技术是经载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术。通过高处GPS接收机基准站和观测点接收机基准站的接收信号对比，形成GPS的差分改正值，通过无线电数据链的改正值及时传输能够实现GPS的观测值修正，从而得到更加准确的实时位置。网络RTK技术，这种技术通过多基准站将来自多个参考站的数据通过计算机网络，无线通信及GPS定位技术来形成一体系统。RTK系统正常工作须具备三个条件：基准站与移动站同时接收卫星信号和基准站台发出的差分信号；基准站和移动站同时接收5颗以上的GPS卫星信号；移动站要连续接收GPS卫星信号和基准站发出的差分信号。
RTK系统主要由基准站接收机、数据链及移动接收机三部分组成，通常是利用2台以上的GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在已知点上作为基准点，另一台用来测量未知点坐标称移动站，基准站根据该点的准确坐标可求出其他卫星的距离改正数并将这一改正数发送给移动站，移动站根据距离改正数来改正其定位结果，大大提高了定位精度，从而使实时提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果达到厘米级精度。
2.燃气工程测量
2.1测量范围
燃气工程测量主要是对埋地燃气管道的测量，其内容包括定线测量和竣工测量。定线测量主要依据地下燃气管道施工图，将设计的燃气管道平面位置在现场放出，并确定高程控制点点开挖深度。燃气工程竣工测量主要在覆土前对燃气管道的起点、终点、坡度变化点、转折点、阀门、三通、直线点（直线段两点距离不大于50m）、管道附属设备等管道节点进行平面和高程测量，出具测量报告和燃气管道测量成果表。
2.2燃气工程测量精度要求
随着城市地下管线日益复杂化，燃气工程对于测量技术的精度要求也在逐渐提升。在地下管线探测技术规程之中，对于地下管线的测量精度提出了明确要求，管线点平面误差不得大于5cm，即测点相对于邻近平面的控制点误差不得大于5cm，管线点的高程误差的高程控制点不得大于3cm。GPS定位技术出现后，主要用于精度要求不高、误差在5～15m范围的车载定位导航。近几年随着通信和网络技术发展，GPS定位技术定位精度不断提高，达到工程测量厘米级精度的要求，传统的测量角度、距离、高程的测量方法，正在逐步被GPS定位测量的新技术替代，GPS定位技术在工程测量中开始了广泛的应用。
3.GPS测量技术在燃气工程测量中的特点
3.1准确定位燃气节点的三维坐标
网络RTK的定位测量，只需通过一台动态GPS接收机和一些配套的通信模块，就可实现数据的读取和站点观测。当需要变换测区时，只需要重新进行参数转换即可，操作相对简单，且具有较高的自动化程度。
3.2测量速度快
无论是燃气工程的定线测量中，还是在竣工测量中，利用网络RTK测量技术，在测区都可将燃气工程的节点高程和坐标直接测出来，进行施工测量以及竣工测量，在采集燃气节点数据上有着明显地提高。一般来说，在下一个燃气特征点测量的30s中就可完成数据的采集，图根控制测量只需要观测时间超出3min就可完成。无论是节点的测量，还是图根的控制测量，由一位测量人员操作一台接收机，就可将测量工作完成。但是传统的测量工作，需要三位人员完成工程。由操作人员在测站利用操作仪器与立杆人员相互的配合，平均一个燃气节点需要2min才可完成测量，而图根的控制测量，需要10min左右的时间才可完成。所以，利用网络RTK测量，测量的速度快。
3.3工作量少
在燃气工程测量中使用网络RTK观测不会受到天气因素的限制，可进行全天候的作业。由一位测量人员，使用一台接收机，就可利用网络RTK来完成燃气节点的测量，可将测区的基本控制与图根控制测量减少，降低了工作量，同時能够将测区内寻找控制点的工作减少，其余的工作完全可由接收机自行完成，这样既可减少一定的工作量，又可减少劳动强度。传统模式下的测量需要两人进行测点立杆，然后由另外一个人在测站操作仪器来进行观测。综上所述，原本一个测区的工作需要3d才可完成，但是利用网络RTK测量，就可让燃气工程的测区工作实践缩短到1d内，提高了燃气工程的测量效率。
3.4无累计误差
在燃气工程的观测中，可在电子手簿上实时地显示平面和高程测量中存在的误差：即平面误差显示为2cm，高程误差为3cm。这样的误差是相对于传统的对燃气工程管道节点的坐标与高程进行直接测量产生的误差，且消除了累计误差，精度得到大大地提高。网络RTK可实现全市的覆盖，确保GPS测量成果精度的均等，但是传统的测量模式只能够从整体到局部进行测量，这样很容易积累误差。利用GPS测量，可将传统测量的累计误差消除，提升成果可靠性，对于测量精度也有所保障。
4.GPS在工程测量中的应用
4.1常规静态测量
这种模式可达5mm+lppm的相对定位精度。常规静态测量常用于建立全球性或国家级大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线等。采用两台（或两台以上）GPS接收机，分别安置在一条或数条基线的两端，同步观测4颗以上卫星，每时段根据基线长度和测量等级观测45min以上的时间。
4.2快速静态测量
移动站接收机依次到各待测测站，每测站观测数分钟。这种模式常用于控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。在一个已知测站上安置一台GPS接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。
4.3实时动态测量
在一个已知测站上架设GPS基准站接收机和数据链，连续跟踪所有可见卫星，并通过数据链向移动站发送数据。实时动态测量则是实时得到高精度的测量结果。移动站接收机通过移动站数据链接收基准站发射来的数据，并在机进行处理，从而实时得到移动站的高精度位置。
4.4 准动态测量
移动站接收机在进行初始化后依次到各待测测站，每测站观测几个历元数据。这种模式可用于开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量、剖面测量及线路测量等。在一个已知测站上安置一台GPS接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。另外，有一种连续动态测量，也属于这种模式。
5.结束语
GPS测量消除了传统误差累积，通过移动站对管道节点的坐标和高程测量，提升了测量精度。极大的满足了城市测量规范中的精度要求。据报道，到2020年，我国北斗卫星导航系统将发射5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，成为面向全球提供服务的卫星导航系统。届时接收机可同时接收北斗系统和GPS系统信号，成本更低，定位速度更快、精度更高，卫星定位技术将有更广泛的应用。
参考文献：
[1]陈力.地下燃气管线地面和地上标志的设置[J].城市燃气.2013（10）.
作者简介：
邹海军（1963年8月）男，汉族，大学本科，教授级高级工程师，从事测绘工程技术工作
关键词：GPS定位；燃气工程测量；静态测量
1.GPS RTK的工作原理
RTK技术属于动态定位，其精度能够达到厘米级的野外定位。RTK测量技术是经载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术。通过高处GPS接收机基准站和观测点接收机基准站的接收信号对比，形成GPS的差分改正值，通过无线电数据链的改正值及时传输能够实现GPS的观测值修正，从而得到更加准确的实时位置。网络RTK技术，这种技术通过多基准站将来自多个参考站的数据通过计算机网络，无线通信及GPS定位技术来形成一体系统。RTK系统正常工作须具备三个条件：基准站与移动站同时接收卫星信号和基准站台发出的差分信号；基准站和移动站同时接收5颗以上的GPS卫星信号；移动站要连续接收GPS卫星信号和基准站发出的差分信号。
RTK系统主要由基准站接收机、数据链及移动接收机三部分组成，通常是利用2台以上的GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在已知点上作为基准点，另一台用来测量未知点坐标称移动站，基准站根据该点的准确坐标可求出其他卫星的距离改正数并将这一改正数发送给移动站，移动站根据距离改正数来改正其定位结果，大大提高了定位精度，从而使实时提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果达到厘米级精度。
2.燃气工程测量
2.1测量范围
燃气工程测量主要是对埋地燃气管道的测量，其内容包括定线测量和竣工测量。定线测量主要依据地下燃气管道施工图，将设计的燃气管道平面位置在现场放出，并确定高程控制点点开挖深度。燃气工程竣工测量主要在覆土前对燃气管道的起点、终点、坡度变化点、转折点、阀门、三通、直线点（直线段两点距离不大于50m）、管道附属设备等管道节点进行平面和高程测量，出具测量报告和燃气管道测量成果表。
2.2燃气工程测量精度要求
随着城市地下管线日益复杂化，燃气工程对于测量技术的精度要求也在逐渐提升。在地下管线探测技术规程之中，对于地下管线的测量精度提出了明确要求，管线点平面误差不得大于5cm，即测点相对于邻近平面的控制点误差不得大于5cm，管线点的高程误差的高程控制点不得大于3cm。GPS定位技术出现后，主要用于精度要求不高、误差在5～15m范围的车载定位导航。近几年随着通信和网络技术发展，GPS定位技术定位精度不断提高，达到工程测量厘米级精度的要求，传统的测量角度、距离、高程的测量方法，正在逐步被GPS定位测量的新技术替代，GPS定位技术在工程测量中开始了广泛的应用。
3.GPS测量技术在燃气工程测量中的特点
3.1准确定位燃气节点的三维坐标
网络RTK的定位测量，只需通过一台动态GPS接收机和一些配套的通信模块，就可实现数据的读取和站点观测。当需要变换测区时，只需要重新进行参数转换即可，操作相对简单，且具有较高的自动化程度。
3.2测量速度快
无论是燃气工程的定线测量中，还是在竣工测量中，利用网络RTK测量技术，在测区都可将燃气工程的节点高程和坐标直接测出来，进行施工测量以及竣工测量，在采集燃气节点数据上有着明显地提高。一般来说，在下一个燃气特征点测量的30s中就可完成数据的采集，图根控制测量只需要观测时间超出3min就可完成。无论是节点的测量，还是图根的控制测量，由一位测量人员操作一台接收机，就可将测量工作完成。但是传统的测量工作，需要三位人员完成工程。由操作人员在测站利用操作仪器与立杆人员相互的配合，平均一个燃气节点需要2min才可完成测量，而图根的控制测量，需要10min左右的时间才可完成。所以，利用网络RTK测量，测量的速度快。
3.3工作量少
在燃气工程测量中使用网络RTK观测不会受到天气因素的限制，可进行全天候的作业。由一位测量人员，使用一台接收机，就可利用网络RTK来完成燃气节点的测量，可将测区的基本控制与图根控制测量减少，降低了工作量，同時能够将测区内寻找控制点的工作减少，其余的工作完全可由接收机自行完成，这样既可减少一定的工作量，又可减少劳动强度。传统模式下的测量需要两人进行测点立杆，然后由另外一个人在测站操作仪器来进行观测。综上所述，原本一个测区的工作需要3d才可完成，但是利用网络RTK测量，就可让燃气工程的测区工作实践缩短到1d内，提高了燃气工程的测量效率。
3.4无累计误差
在燃气工程的观测中，可在电子手簿上实时地显示平面和高程测量中存在的误差：即平面误差显示为2cm，高程误差为3cm。这样的误差是相对于传统的对燃气工程管道节点的坐标与高程进行直接测量产生的误差，且消除了累计误差，精度得到大大地提高。网络RTK可实现全市的覆盖，确保GPS测量成果精度的均等，但是传统的测量模式只能够从整体到局部进行测量，这样很容易积累误差。利用GPS测量，可将传统测量的累计误差消除，提升成果可靠性，对于测量精度也有所保障。
4.GPS在工程测量中的应用
4.1常规静态测量
这种模式可达5mm+lppm的相对定位精度。常规静态测量常用于建立全球性或国家级大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线等。采用两台（或两台以上）GPS接收机，分别安置在一条或数条基线的两端，同步观测4颗以上卫星，每时段根据基线长度和测量等级观测45min以上的时间。
4.2快速静态测量
移动站接收机依次到各待测测站，每测站观测数分钟。这种模式常用于控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。在一个已知测站上安置一台GPS接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。
4.3实时动态测量
在一个已知测站上架设GPS基准站接收机和数据链，连续跟踪所有可见卫星，并通过数据链向移动站发送数据。实时动态测量则是实时得到高精度的测量结果。移动站接收机通过移动站数据链接收基准站发射来的数据，并在机进行处理，从而实时得到移动站的高精度位置。
4.4 准动态测量
移动站接收机在进行初始化后依次到各待测测站，每测站观测几个历元数据。这种模式可用于开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量、剖面测量及线路测量等。在一个已知测站上安置一台GPS接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km。另外，有一种连续动态测量，也属于这种模式。
5.结束语
GPS测量消除了传统误差累积，通过移动站对管道节点的坐标和高程测量，提升了测量精度。极大的满足了城市测量规范中的精度要求。据报道，到2020年，我国北斗卫星导航系统将发射5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，成为面向全球提供服务的卫星导航系统。届时接收机可同时接收北斗系统和GPS系统信号，成本更低，定位速度更快、精度更高，卫星定位技术将有更广泛的应用。
参考文献：
[1]陈力.地下燃气管线地面和地上标志的设置[J].城市燃气.2013（10）.
作者简介：
邹海军（1963年8月）男，汉族，大学本科，教授级高级工程师，从事测绘工程技术工作