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城市地下管线测量综述
城市地下管线测量综述

摘要: 通过对一些文献的学习，总结了那些文献中关于城市地下管线测量的方法及原理和一些新兴设备在地下管线测量中的应用，以及他们各自的优缺点和使用环境。还涉及了一些对管线测量的精度的分析方面的内容。
关键词：管线测量 全站仪
引言: 城市地下管线是维持城市正常运转的大动脉，是现代化大都市快速高效运转的保证。近年来，随着城市的快速发展和新区的加快建设，地下管线愈趋复杂。种类繁多的地下管线如果没有一个统一的管理系统，在城市建设中很容易造成对管线的破坏，从而造成通讯中断、电力供应中断、煤气泄漏等，给人民生命和国家财产造成严重威胁和损失。因此进行城市地下管线测量，摸清城市地下管线分布情况建立一个统一的管理系统势在必行，而选择一种快速、高效、经济的测量方法就显得尤为重要。
1 全站仪配合RTK在城市地下管线测量中的应用
1.1 全站仪的工作原理及优缺点
电子全站仪是一种集电子经纬仪、光电测距仪和电子记录器于一体的可实现自动测角、测距、计算、记录和传输的一种多功能高效率的地面先进测量仪器。现今它广泛应用于控制测量、地形测量、施工放样等，它通过向目标点（棱镜）发射光电信号，获取角值、距离等一些基础数据，之后根据获得的基础数据通过内置软件自动计算并记录我们所需要的数据。全站仪具有测量精度高，方便灵活、稳定性高、价格相对便宜等优点，但同时也有必须通视、测程短等缺点[1]。
1.2 RTK的工作原理及适用范围
RTK是以载波相位测量为依据的实时差分测量，它通常有信号接收部分、实时数据处理部分、实时数据传输部分3个部分组成[2]。RTK测量采用相对定位理论，将一台接收机架在一个点位精度相对较高的控制点上作为基准站，对卫星进行连续观测，另一台或几台放在待测点上作为移动站接收机，在采集同步卫星信号的同时通过无线电设备接收基准站上的观测值、卫星跟踪状态和测站坐标信息，利用同名的已知的地方独立坐标和测得的WGS-84坐标数据求出转换参数，然后根据求得的转换参数和采集的数据利用控制器内置的处理软件进行实时差分处理并进行坐标转换，从而给出待测点坐标。
RTK测量具有无需通视、全天候作业、作业效率高、定位精度高、没有误差累积、自动化程度高、操作简便等优点。虽然RTK测量技术在地形测量中有很大的优势，有比较广阔的应用前景，但经过工程实践证明，RTK测量技术也存在受卫星状况和电离层的影响、受对空通视条件的限制、受高程异常问题的影响、可靠性相对不高等缺点[3]。
1.3 RTK配合全站仪在城市管线测量中的应用
根据RTK和全站仪各自的测量原理及适用范围，可用RTK在高层建筑较少、对空通视条件良好的地方进行测量，而且还可以在高层建筑密集或对空通视条件相对不好的地方周围做一些控制点，以供全站仪使用。这样可以省去用全站仪做控制网的步骤，并且RTK制作的控制点精度一致，没有误差累积。用这种方式可以是全站仪和RTK互相扬长避短，提高测量效率和测量精度[4]。
2 余弦定理在管线测量中的应用
管线测量作为工程测量中的一部分，是施工过程中不可缺少的基础，在面对跨度大、线路长的管线，如何提高管线测量的效率，最大程度的节省人力、劳动强度、时间，辅助以简便的方法尤为重要[5]。利用余弦定理配合测量工具（全站仪），根据所测的角度和距离，可以方便高效的得出任意两点的距离、高差等数据，为施工提供依据。
3 管线测量的方法
传统的经纬仪三角网法浪费人力物力财力，而且效率很低。随着现代社会的高速发展，这种方法已不再能满足社会的需求。另外，全站仪、RTK以及航空摄影测量等设备和方法的出现，更加速了对传统方法的淘汰速度[3]。全站仪的激光测距功能、RTK的实时定位且不需通视的功能使得控制点更加容易建立。航测以其速度快著称。它可以快速准确的提供大比例尺地形图，为管线工程的设计提供准确的地形资料。
管线测量一般包括前期准备、覆土前测量和覆土后测量。前期准备主要是搜集和整理测区范围内已有的市政管线资料和有关的测区控制资料，包括1:500或1:1000比例尺地形图等。
市政管线控制测量应以城市等级导线点或相应等级的GPS 控制点和水准点为依据。平面控制测量沿管线布设全站仪电磁测距导线，高程控制宜布设水准线路。当城市等级导线点缺乏时，可采用GPS-RTK 动态测量方法加密[6]。
图根控制宜按测区布设全站仪电磁波测距导线网，采用严密平差。其观测方法和布设要求按《城市测量规范》有关规定执行。电磁波测距导线不宜发展两次附合。在一次附合导线点上可以采用电磁波双极坐标法加密图根点，但测距边长不得超过80m，不得以极坐标点再发展图根点。高程可采用全站仪三角高程测量，高程测量应与导线测量同步进行。
另外测量的内业制图工作也是很重要的。南方cass8.0、南方管线精灵处理系统、casspipe管线处理系统等．绘制管线图采用单实线来表示管线连接关系，并在管线点和附属设施上表示，适当的标记好调查信息。绘图过程中注意检查图形及管线属性是正确设置，给排水管线走向和流向是否合理，对于检查过程中出现的问题，外业测量小组应即时更正并重新进行实地复查直至所有要求符合相关规定为止。绘制好测区内管线后， 与其它测区相连的管线段， 应截断到测区边，形成图边点。在相邻测区管线探测完成后，各测区之间必须进行接边（测区连接）处理，消除数据矛盾，实现测区之间的数据准确连接，以便在整个城市范围内建立一个完整的市政管线数据库[7]。
4 管线测量的精度分析
由于市内建筑物对GPS信号的遮挡，管线平面定位中仍然以全站仪的使用为主，而在管线工程中多用极坐标法[8]。全站仪在测量过程中会产生一定的误差，如果要使用全站仪进行测量，就要对全站仪极坐标法管线测量的平面精度进行分析，看其是否能够满足工程的需要。
4.1 误差来源
全站仪测量的主要误差来源有以下四点：全站仪对中误差、目标偏心差、观测角误差、测距误差。
对中误差有你两部分组成：
全站仪的对中误差：
全站仪对中误差e在垂直后视方向上的误差分量：

式中：L——测站到管线测点的距离；
S——测站到后视点的距离。
测量点的目标偏心差，严格标定管线测点中心位置，并直立棱镜可将d控制在20mm以内。
观测角误差
式中：——全站仪自身的测角精度；
——全站仪观测时的照准精度。
全站仪测距误差
式中：a——全站仪的固定误差,mm；
b——全站仪的比例误差系数，ppm。
4.2 误差分析
在不考虑起算点误差和其它因素的影响，由误差传播定律得管线点位的总误差为：

依据《城市地下管线探测技术规程》CJ61—2003，采用全站仪极坐标法测定管线点平面位置时，水平角观测一个测回，测点距离不宜超过150m的要求，对管线测点点位精度做如下估算：设全站仪的测角精度；测距精度为5mm+5ppm；观测照准精度 ；对中误差e=5mm；目标偏心误差d=20mm；后视点距离S=200m。则当管线测点距离L=50—200m时其点位精度如表1所示。
表1 点位精度一览表
管线测点距离（m）
50
100
150
200
点位精度（mm）
±20.22
±20.64
±21.39
±21.84
通过以上分析和估算，采用全站仪极坐标法测定管线点平面位置时，只要严格操作规程，是完全能够满足《城市地下管线探测技术规程》CJ61-2003规定的平面位置中误差：±5cm[10]。
参考文献

［1］ 吴乾坤，杨帆，姜磊.全站仪配合 RTK在天津市地下管线测量中的应用[J].城市建设理论研究，2012（19）.
［2］ 杨玉忠，刘玉财.网络RTK技术在管线测量中的应用[J].测绘与空间地理信息，2011,34（6）：76-78.
［3］ 李程勇. RTK和全站仪结合在城市地下管线测量中的应用[N].中国新技术新产品，2012-4.
［4］ 任萍，李玮，任慧举. GPS RTK技术在供水管线测量中的应用[J].科技向导，2012,6:178
［5］ 王庆峰.余弦定理在管线测量中的应用[J].新疆有色金属，2010,3:33.
［6］ 郭宝月.管线测量的新方法[N].摄影测量工程与遥感，1985-5
［7］ 陈亮.浅谈市政管线测量的方法[D].广东：肇庆市城市建设规划测量队，2012.
［8］ 朱天增.地下管线测量的方法和质量控制[J].广东建材，2010,8:144-145.
［9］ 田英，展宝文.地下管线测量平面位置精度分析[J].西部探矿工程，2012,1:168.
［10］ CJ61-2oo3城市地下管线探测技术规程[s]．