呂紅濤,王小萍,方廣杰

(中國石油天然氣管道工程有限公司,河北廊坊 065000)

免棱鏡全站儀在高海拔山區(qū)測圖的優(yōu)越性

呂紅濤?,王小萍,方廣杰

(中國石油天然氣管道工程有限公司,河北廊坊 065000)

航空攝影測量是長距離油氣管道工程線路地形圖測量的常用方式，RTK測圖和全站儀測圖用于管道單體工程測量。RTK測量憑著靈活、方便、快捷等諸多優(yōu)勢，在平原、丘陵、沙漠等地區(qū)發(fā)揮著重要作用，而免棱鏡全站儀測圖則在密林、懸崖、溝壑等區(qū)域受到重視。結(jié)合工程實踐，通過RTK與免棱鏡全站儀測量成果精度與測圖效率的比對，分析總結(jié)免棱鏡全站儀在高海拔山區(qū)進行大比例尺測圖的優(yōu)越性。

高海拔山區(qū)；免棱鏡全站儀測圖；RTK測圖；精度和效率比較

1 引 言

在工程測繪領(lǐng)域,隨著全數(shù)字航空攝影測量、機載激光雷達、CORS和RTK等先進測繪儀器與技術(shù)投入使用,全站儀(包括免棱鏡全站儀)測圖的空間已經(jīng)被壓縮到很小的范圍。但在特定環(huán)境條件下,免棱鏡全站儀依然有它較強的適用性,特別在高海拔山區(qū)。

免棱鏡全站儀是不用反射棱鏡、反光片等專業(yè)反射工具即可測距的全站儀。徠卡公司自20世紀90年代推出免棱鏡全站儀以來,其測程和精度不斷提高,在測圖、懸高測量、土石方測量及建筑物高度測量等方面發(fā)揮了其特長功能[1]。免棱鏡全站儀在進行測圖時,可以減輕勞動強度、減少測點時間[2]；可以測量作業(yè)人員難以抵達的溝壑懸崖等困難區(qū)域和其他高危區(qū)域；可以節(jié)省作業(yè)人員、提高作業(yè)效率[3]；其測量精度滿足現(xiàn)有測量規(guī)范要求[4]。

RTK(Real-time kinematic)是采用載波相位動態(tài)實時差分技術(shù),取得厘米級三維坐標的測量方法,是GPS應(yīng)用的重大里程碑。它以作業(yè)效率高、定位精度高、可全天候作業(yè)及高度自動化集成化等優(yōu)勢,深受廣大測繪單位歡迎,已被廣泛應(yīng)用于鐵路工程、公路工程、水利工程、電力工程、礦業(yè)工程、建筑工程、市政工程、管道工程與海洋工程等廣大工程測量領(lǐng)域,它的出現(xiàn)為地形測圖、工程放樣帶來很大的便利,極大地減輕了測繪工作者的外業(yè)負擔。同時,RTK技術(shù)也存在一些難以回避的不足之處[5]。近年來,雖然天寶、徠卡等國際大型測繪儀器生產(chǎn)商不斷升級改善儀器設(shè)備的硬件,但RTK施測時仍受衛(wèi)星狀況、電離層、數(shù)據(jù)鏈電臺傳輸距離、對空通視環(huán)境等方面的影響,特別是在高海拔山區(qū),受寒冷缺氧及人體自身條件限制,測量員不能進行長時間、高強度的碎部點采集工作。

為此,結(jié)合工程實踐,通過RTK與免棱鏡全站儀測量成果精度與測圖效率的對比,免棱鏡全站儀測量成果滿足規(guī)范中對大比例尺測圖的精度要求,證明免棱鏡全站儀在高海拔山區(qū)進行大比例尺測圖具有較強的優(yōu)越性,對測繪單位進行特定條件下高海拔山區(qū)測量有一定的借鑒意義。

2 高海拔山區(qū)測圖方法

管道工程測繪手段包括地面測量、航空攝影測量和衛(wèi)星遙感。地面測量根據(jù)測量設(shè)備分為全站儀測圖、RTK測圖、全站儀配合RTK測圖及地面(車載)激光雷達測量；航空攝影測量根據(jù)機載設(shè)備分為常規(guī)航測、數(shù)碼航測和激光航測。經(jīng)過多年實踐,衛(wèi)星遙感和航空攝影測量已經(jīng)成為長輸管道工程線路地形圖基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的主要獲取手段,特別是航空攝影測量。航空攝影測量生產(chǎn)的數(shù)字高程模型DEM、數(shù)字正射影像圖DOM和數(shù)字線畫圖DLG[6],既可用于管道工程設(shè)計,還是管道地理信息系統(tǒng)(GIS平臺)的重要數(shù)據(jù)源。地面測量方法常用在管道場站、閥室及穿跨越等需要大比例尺單獨出圖的單體工程中使用,而在線路工程中使用較少[7]。

基于工期、成本等方面的考慮,發(fā)展較早且應(yīng)用成熟的常規(guī)航測是高海拔山區(qū)管道工程測圖的主要方式；而機載激光雷達具有較強的穿透能力,測距精度受天氣影響較小,近幾年也開始在管道工程測量中開展使用[8],如表1所示。

管道工程測繪手段比較表 表1

3 工程實例比較

某管道工程大比例尺測繪項目位于海拔3 km以上的新疆西部山區(qū),測區(qū)海拔高、植被稀少,戈壁地貌,禁飛。為了說明免棱鏡全站儀測圖在高海拔山區(qū)優(yōu)于RTK測圖,本文從測量成果精度和測量效率兩個方面進行比較和分析。

3.1 測量成果精度比較

使用天寶R8 GNSSmodle 3與徠卡TS02同時進行測量,天寶R8 GNSSmodle 3 RTK測量標稱精度為平面10 mm+1 ppm RMS,垂直20 mm+1 ppm RMS；徠卡TS02免棱鏡測量標稱精度為2 mm+2×10-6D/3s。為便于直觀分辨兩種測圖方式取得的成果精度,進行碎部測量時,采用RTK和免棱鏡全站儀兩種模式。在同一時段相同環(huán)境下對4個特征點分開進行測量。其測量成果如表2所示。

高海拔山區(qū)特征點測量成果比對 表2

由表2可以看出,免棱鏡全站儀和RTK測量高海拔山區(qū)特征點成果較差不大,縱坐標方向最大相差9 mm,橫坐標方向最大相差9 mm,高程方向最大相差13 mm。依據(jù)《1∶500 1∶1000 1∶2000外業(yè)數(shù)字測圖技術(shù)規(guī)程(GB/T 14912-2005)》相關(guān)規(guī)定,困難地區(qū)平面點位中誤差限差為±0.23 m,即1∶500比例尺地形圖實地限差為不大于±11.5 mm；高程注記點的高程中誤差不大于相應(yīng)比例尺基本等高距的1/3,即1∶500比例尺地形圖高程點中誤差為不大于±0.167 m。因此,免棱鏡全站儀的測量成果平面坐標精度滿足1∶500以上比例尺地形圖的點位平面中誤差規(guī)范要求；高程坐標方面,因免棱鏡全站儀測量的是物體表面,故高程值相對于RTK測圖成果存在一定的系統(tǒng)差,但仍滿足規(guī)范中高程中誤差的相關(guān)要求。

3.2 測圖效率的比較

在項目所在測區(qū),選取相似區(qū)域、200 m×500 m測量范圍,分別用免棱鏡全站儀和RTK測圖。免棱鏡全站儀測圖時由1名作業(yè)員操作儀器,并繪制草圖；RTK測圖時由3名作業(yè)員施測,1名作業(yè)員繪制草圖。其測圖效率如表3所示。

高海拔山區(qū)測圖效率比對 表3

由表3可以看出,在高海拔山區(qū),免棱鏡全站儀測圖既節(jié)省儀器設(shè)備,又能減少人員使用,且工作效率遠高于RTK測圖效率。

4 結(jié) 語

通過具體的測圖精度與效率的測試比對,免棱鏡全站儀測圖在高海拔山區(qū)明顯優(yōu)于RTK測圖。其使用條件主要是:①測區(qū)海拔高,人工RTK測量效率明顯降低；②測區(qū)多礫石,反射介質(zhì)好,能提高免棱鏡全站儀的測量精度；③新疆山區(qū)陡崖、溝谷等地貌偏多,植被稀少,便于開展免棱鏡測量；④邊境禁飛區(qū)不能開展機載激光雷達測量和低空飛行器測量。由此可見,在測繪領(lǐng)域高端儀器設(shè)備與技術(shù)快速發(fā)展的同時,免棱鏡全站儀測圖仍有它較強的生存空間,在高海拔山區(qū)測圖時具有優(yōu)于RTK測圖的較強優(yōu)勢。

[1] 呂福臣.無棱鏡全站儀的應(yīng)用探討[C].第十屆東北三省測繪學術(shù)與信息交流論文集，2009：278～283.

[2] 吳呂穩(wěn)，劉新富，許茵.免棱鏡全站儀測量的精度分析[J].浙江測繪，2012(2)：22～23.

[3] 趙雷，馬浩.免棱鏡全站儀在數(shù)字地形測量的精度分析[J].城市建設(shè)理論研究·電子版，2011(28)：1～4.

[4] 徐柏松.免棱鏡全站儀用于困難地區(qū)地形測量[J].地理空間信息，2009(6)：33～35.

[5] 安永強，王艷華，王澤民.RTK技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用[J].城市勘測，2004(2)：22～24.

[6] 劉全海，冉慧敏.機載LiDAR點云數(shù)據(jù)的后處理及應(yīng)用[J].城市勘測，2013(4)：92～95.

[7] 宋麗麗，田軍慶.航空攝影測量技術(shù)用于油氣長輸管道工程[J].油氣田地面工程，2011，30(7)：66～67.

[8] 趙新華，陳富強.機載雷達數(shù)據(jù)產(chǎn)品在油氣輸送管道工程各階段的應(yīng)用探討[J].礦山測量，2012(4)：25～27.

廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院“車載多傳感器城市街景移動測量系統(tǒng)”項目通過科技成果鑒定

2013年11月30日,由廣州市規(guī)劃局和科信局組織的“車載多傳感器城市街景移動測量系統(tǒng)”項目驗收及科技成果鑒定會在廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院召開。

該項目鑒定委員會由中國科學院童慶禧院士、陳天恩教授、鄔倫教授、張新長教授、陳水森研究員、謝鴻宇高級工程師等7位專家組成,首都師范大學鐘若飛副教授,科信局王越西副局長、何國鈞副調(diào)研員,周鶴龍副局長、何江敏處長、張志媛調(diào)研員,廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院周方院長、黎樹禧副院長、歐海平質(zhì)量總工、李長輝所長以及項目組主要成員參加了會議。

鑒定委員會認為,該項目研制了時空同步的車載激光街景測量系統(tǒng),能滿足高精度測量與三維建模需求,并提出了一整套激光掃描與全景影像匹配、三維重建、量測及可視化技術(shù)方法和流程。經(jīng)專家組認真研究,一致認為該項目成果有效提升了城市空間數(shù)據(jù)的快速獲取能力,整體處于國內(nèi)領(lǐng)先水平,部分達到國際先進水平,通過驗收鑒定。

廣州市科信局王越西對項目取得的一系列已經(jīng)付諸實踐的成果給予了高度評價,廣州市規(guī)劃局周鶴龍副局長作了總結(jié)發(fā)言,他高度肯定了近年來廣州院在科技建設(shè)方面的工作舉措及取得的實效,對以移動道路測量技術(shù)取得的進步表示欣慰,并對項目成果后續(xù)廣泛的應(yīng)用前景寄予了深切希望。

據(jù)悉,以多傳感器城市實景移動測量系統(tǒng)為代表的測繪新技術(shù)手段將提供多維地理空間信息數(shù)據(jù)采集、更新的全新模式,豐富了測繪地理信息產(chǎn)品的形式、擴展其服務(wù)的領(lǐng)域,延伸測繪地理信息的產(chǎn)業(yè)鏈,為數(shù)字廣州、智慧廣州進一步的發(fā)展提供強有力的支撐,也將為目前正在開展的廣州歷史文化名城建設(shè)中文物建筑、歷史建筑、歷史街區(qū)風貌的數(shù)字記憶及快速三維建模提供了新型技術(shù)手段。

(來源：http：//www.gzpi.com.cn)

The Superiority of no Prism Total Station M apping in High Altitude M ountain

Lv Hongtao,Wang Xiaoping,Fang Guangjie
(China Petroleum Pipeline Engineering Corporation,Langfang 065000,China)

The aerial photogrammetry is the commonmeasurementmethods of the long distance oil and gas pipeline engineering survey,RTK mapping and total station mapping pipeline used for single projectmeasurement.RTK measurement is flexible,convenient,fast and many other advantages,is playing an increasingly important role in the plains,hills, desert area,no prism total station mapping technology ismore important used in the forest,cliff,gully region.Combined with the engineering practice,through RTK mapping and no prism total-station mapping efficiency comparison,analysis and summary the superiority of no prism total-station instrument used of large scalemapping in high altitudemountain.

high altitudemountain；no prism-total stationmapping；RTKmapping；comparewithmeasurementaccuracy and efficiency

1672-8262(2013)06-156-03

P258

B

2013—06—20

呂紅濤(1984—),男,助理工程師,主要從事長距離油氣管道工程測量工作。