馬旭輝

[摘要] 通過對阿爾及利亞ZOUIA輸水工程項目中輸送管線測量應用實例分析,對GPS RTK和全站儀在線路中的數(shù)字測量技術(shù)和項目施工管理提出了具體有益的結(jié)論和建議。

[關(guān)鍵詞] 線路測量GPS測量管線測量數(shù)字測量

引言

ZOUIA水源地位于阿爾及利亞與摩洛哥邊境交界處,此處地下水豐富,是阿爾及利亞西部為數(shù)不多的主要生活飲用地下水源地之一。ZOUIA輸水工程項目輸送目的地主要是內(nèi)陸的特萊姆森省及周邊地區(qū),該項目監(jiān)理單位是阿爾及利亞水利工程與技術(shù)咨詢公司(CTH),該工程有關(guān)地形圖測量由CTH聯(lián)合我駐阿單位進行共同測量,包括海水淡化廠開工自來水輸送管線1:2000比例尺帶狀地形圖測量、BOUHLOU站址1:200比例尺地形圖測量及輸水線路縱斷面圖測量三部分內(nèi)容,采用GPS和全站儀等數(shù)字測量軟硬件技術(shù)進行了聯(lián)合施測。

1. 作業(yè)依據(jù)

①業(yè)主提供的《ZOUIA輸水工程項目輸水管線及BOUHLOU站址地形測量工作要求》;②業(yè)主提供的測量范圍書《SCOPE OF WORK FOR TOPOGRAPHICAL SURVEY FOR PIPELINE ROUTES》;③中華人民共和國標準《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》(GB/T 18314-2001);④中華人民共和國標準《工程測量規(guī)范》(GB 50026-93);⑤中華人民共和國標準《國家三、四等水準測量規(guī)范》(GB 12898-91);⑥阿爾及利亞國當?shù)氐挠嘘P(guān)法律、法規(guī)及標準;

2. 測區(qū)已有資料和利用已知點情況

2.1 測區(qū)已有資料。在該管線附近有OGM3-2、D41兩個D級GPS已有測量控制點,標石保存完好。該已知D級GPS控制網(wǎng)(點)的驗算及平差后的精度。

上述兩個D級GPS控制點的坐標和高程精度可滿足該管線E級GPS控制網(wǎng)的起算點精度要求。

2.2 利用已有資料情況

2.2.1參考坐標系統(tǒng)。本地區(qū)所采用的平面坐標系統(tǒng)為Clarke-1880施工坐標系統(tǒng)(3E+)。

2.2.2 高程系統(tǒng)。采用地中海高程系統(tǒng),具體為平均海拔高(M.S.L.)。

2.2.3 WGS-84到施工坐標系統(tǒng)(3E+)七參數(shù)的求解。使用臨近的已有的輸送管線線路測量項目的已有基準轉(zhuǎn)換參數(shù)。

本測區(qū)平面及高程控制測量采用GPS-RTK的方法施測。

3. 平面與高程控制測量

3.1 E級控制網(wǎng)的布設(shè)。E級GPS控制點在D級GPS控制點下按設(shè)計管線的轉(zhuǎn)點樁布設(shè),并在BOUHLOU站址附近布設(shè)了兩個施工控制點。

3.2 E級GPS控制點的測量方法。本測區(qū)E級GPS控制點采用GPS-RTK的方法施測。

GPS-RTK有一個參考站和數(shù)個流動站組成,參考站設(shè)在D級GPS控制點上實時接收GPS衛(wèi)星信號并進行載波相位和偽距測量,通過數(shù)據(jù)鏈實時將參考站的精確坐標、觀測值、衛(wèi)星運行情況以及參考站的工作狀態(tài)發(fā)送給流動站。流動站在接收GPS衛(wèi)星信號并進行載波相位和偽距測量的同時,實時接收參考站的觀測值和其他相關(guān)數(shù)據(jù),利用GPS控制器內(nèi)置的實時處理軟件,實時地解算出參考站到流動站間的基線向量和流動站的點位坐標。本測區(qū)采用南方生產(chǎn)的天王星9800GPS-RTK雙頻接收機觀測,該儀器動態(tài)測量的標稱精度平面為:1cm+1ppm×D,高程為:2cm+1ppm×D;作業(yè)模式為1+2即一臺參考站2臺流動站。

3.3 參考站的選擇。參考站選在地勢較高、交通方便、周圍無高大障礙物、無大功率發(fā)射源(如電視臺、微波站、無線電發(fā)射站等)和高壓輸電設(shè)備以及影響GPS信號接收的反射物(如大面積水域、大型建筑物)并有利于衛(wèi)星信號的接收和電臺發(fā)射的D級GPS控制點上。本測區(qū)采用OGM3-2作為參考站。

3.4 觀測。觀測前首先將七參數(shù)、已知點坐標和待測點精度要求(平面按E級GPS控制點的精度設(shè)置,高程按三角高程的精度設(shè)置)輸入流動站終端(手簿)內(nèi);觀測時,將流動站對中桿扶直、扶穩(wěn),以保證其接收信號的穩(wěn)定性;當流動站終端(手簿)上顯示的點位中誤差符合要求后進行坐標數(shù)據(jù)的存貯,然后遷至下一站。每個E級GPS點獨立(關(guān)機或衛(wèi)星失鎖)觀測兩次,取中數(shù)作為該點的最終成果。為確保E級GPS點的精度,在作業(yè)的過程中對D級GPS控制點D41進行了檢測,其坐標較差為δx=1.2cm、δy=2.0cm、δh=2.6cm。該測區(qū)E級GPS控制點兩次測量較差

參考站到流動站的距離最大為7.0km。

3.5 數(shù)據(jù)處理。外業(yè)觀測結(jié)束后,將流動站終端(手簿)中采集的數(shù)據(jù)傳送到經(jīng)過鑒定的“DATA TANSFER”數(shù)據(jù)處理器中,然后按施工坐標系(3E+)成果輸出。

3.6 高程控制測量,本測區(qū)E級控制點的高程采用水準儀作業(yè)模式,并要根據(jù)工程需要沿線加設(shè)次級水準控制點。

4. 管線中線定位及中線樁放樣數(shù)字測量

管線中線樁的定位及放樣采用天王星9800GPS-RTK雙頻雙頻接收機放樣,作業(yè)模式為1+2。基準轉(zhuǎn)換所使用的參數(shù)與E級GPS測量相同,放樣點的精度為±0.05m,基準站到放樣點的距離最大為7.0km。放樣點的坐標由BOUHLOU站址起原則上每200m一點,當?shù)匦纹鸱^大時適當加密,本測區(qū)共計放樣中線樁45點。為便于后續(xù)測圖,在放樣中線樁的同時用GPS-RTK的方法施測了中線樁點位的高程(這樣中線樁就可以作為圖根點使用),圖根控制點的平面坐標和高程成果取值精確至0.01m。

5. 帶狀地形圖和縱斷面圖數(shù)字測量

采用拓普康全站儀極坐標測記法施測出數(shù)字帶狀地形圖和縱斷面圖。外業(yè)數(shù)據(jù)直接存入全站儀內(nèi)存中,然后傳輸至計算機中,進行計算機輔助成圖。外業(yè)測繪時同時繪出草圖,對各種地物、地貌特征點順序編號。所標注的測點編號與儀器內(nèi)的記錄號相對應,草圖上注明各種地物名稱和地物屬性,對地形要素之間的相互關(guān)系標注清楚后,對相關(guān)同類地物做出編輯處理,然后內(nèi)業(yè)編輯成圖。測繪碎部點時,由全站儀進行數(shù)據(jù)的數(shù)字測量及存儲,現(xiàn)場計算出測點的三維坐標。其中水平角、豎直角、距離的觀測值限差,全站儀可自動嚴格按規(guī)范技術(shù)指標要求執(zhí)行,杜絕了數(shù)據(jù)傳輸、計算上的錯誤。在進行縱斷面圖測量時,對沿線路走向和與線路交叉的地下電纜、天然氣管線、水線等進行了探測,測量定位了地下管線的走向和深度。

6. BOUHLOU站址數(shù)字地形測量

采用全站儀極坐標測記法施測數(shù)字地形圖,地形點的間距為10m,等高距為0.5米。

7. 內(nèi)業(yè)成圖

內(nèi)業(yè)成圖采用中國南方測繪儀器公司開發(fā)的CASS5.1繪圖編輯軟件配合繪圖機輸出。內(nèi)業(yè)成圖中的地物、地貌的顯示原則及整飾、注記的方法均按有關(guān)規(guī)范和圖式要求執(zhí)行,由于甲方要求為法語,所以又將圖件中的中文標注全部翻譯成法語。

8. 結(jié)論

①過以上分析,并且通過對帶狀地形圖和縱斷面圖等的質(zhì)量檢查,確定該測量工程成果質(zhì)量可靠、精度優(yōu)良,完全滿足今后規(guī)劃設(shè)計及施工的需要。②在進行靜態(tài)GPS外業(yè)觀測過程時應嚴格按照有關(guān)規(guī)范中的操作規(guī)程進行,尤其注意:每一觀測時段,接收機不得關(guān)閉和重新啟動;不準中途改變衛(wèi)星高度角的限值和天線高,不得碰動天線和阻擋信號;應在每觀測時段前后量取天線高各1次取平均值等。③RTK在樹多、靠近房屋的地方接受信號難,固定太慢,此時除要盡量使RTK基準站立在較為有利的地方外,若用全站儀與GPS RTK技術(shù)聯(lián)合作業(yè),可以優(yōu)勢互補,大大提高作業(yè)效率。④一般要求RTK在一個工作區(qū)域范圍內(nèi)至少有4個校正點,而且最好使工作區(qū)域包含在校正點所形成的區(qū)域內(nèi),因在之外的工作區(qū)域測量精度會有所降低,隨距離漸降。還有,校正點宜盡量在工作區(qū)域內(nèi)分布均勻。⑤GPS得到的是大地高,而實際采用的是正常高。需要將大地高轉(zhuǎn)化為正常高。而測區(qū)的高程異常是未知數(shù),且高程異常的變化較復雜,特別在山區(qū)精度差。此外,線路要求約每隔4公里設(shè)置水準點,而有些環(huán)境不能滿足GPS觀測的條件,采用高程擬合的方法擬合的高程精度不能得保證,完全用GPS替代等級水準難度度,因此本次作業(yè)采用水準測量獲取高程成果。⑥經(jīng)實地測量比較,采用GPS高程測量可部分代替線路測量中的山地或丘陵等困難地區(qū)及常規(guī)的跨越障礙的高程測量。⑦對交叉跨越物進行測量,可利用RTK設(shè)備放樣指示功能確定施工線路同被跨越物的走向范圍等,按技術(shù)要求的允許跨越距離,通過采集偏移數(shù)據(jù),對跨越物碎部點測量,可計算出跨越物是否拆除及拆除面積等。⑧內(nèi)外業(yè)質(zhì)量檢查應包括數(shù)學基礎(chǔ)(圖廓點、公里網(wǎng)交點、控制點等)檢查、平面和高程精度檢查、接邊精度的檢測、屬性精度的檢測、邏輯一致性檢測、整飾質(zhì)量檢查及附件質(zhì)量檢查等全部規(guī)范要求的內(nèi)容。檢測結(jié)果應建立并保留可靠的質(zhì)量統(tǒng)計表格和野外檢測報告。⑨在進行坐標和高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換時,應首先按照已知點資料和業(yè)主的技術(shù)要求檢測已知點的可靠性;并在有條件時聯(lián)測當?shù)貒一虻胤阶鴺讼到y(tǒng)的高精度的測量控制點,最后應提交至少包括WGS-84及當?shù)刈鴺撕透叱滔到y(tǒng)兩套成果;若在無控制點區(qū)域,應盡量采用全球通用坐標系統(tǒng)WGS-84及符合當?shù)貒业耐队胺绞絹碓O(shè)置站址坐標系,以方便今后長遠擴建發(fā)展使用。⑩在進行線路測量時,應充分利用先進的手持、靜態(tài)、動態(tài)的GPS和對講機及全站儀等數(shù)字測量軟硬件技術(shù)優(yōu)勢,尤其是其測圖及施工放樣功能,這樣能顯著地提高作業(yè)質(zhì)量和效率。

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