劉榮強(qiáng)，陳彬

(宜昌市測(cè)繪大隊(duì)，湖北宜昌 443000)

CORS 在城市供水管線定位中的應(yīng)用

劉榮強(qiáng)?，陳彬

(宜昌市測(cè)繪大隊(duì)，湖北宜昌 443000)

供水管線系統(tǒng)是否完善是衡量城市規(guī)劃是否合理的重要指標(biāo)，其中設(shè)施的定位至關(guān)重要，將直接影響到整個(gè)管線系統(tǒng)的質(zhì)量及維護(hù)更新和事故排查的效率。針對(duì)供水管線分布密度高、更新速度快、類型復(fù)雜等特點(diǎn)，CORS是一種實(shí)用有效的測(cè)量定位方法。本文研究CORS在城市供水管線測(cè)量定位中的應(yīng)用，結(jié)合武漢市管線設(shè)施竣工測(cè)量的案例，用多項(xiàng)指標(biāo)驗(yàn)證了成果的精度及該方法的可行性，并結(jié)合其他定位方法分析，為供水管線設(shè)施的定位提供參考意見。

管線測(cè)量；CORS；定位精度；綜合分析

1 引 言

依據(jù)國家等級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行城市供水系統(tǒng)測(cè)量定位有很多弊端:當(dāng)測(cè)區(qū)周圍缺少等級(jí)控制點(diǎn)時(shí)，需要通過布設(shè)導(dǎo)線獲取控制資料，增加了內(nèi)外業(yè)的工作量；地物復(fù)雜或地形隱蔽的地區(qū)，單層圖根控制點(diǎn)數(shù)量難以滿足測(cè)量要求，需進(jìn)行多次加密；城市供水設(shè)施的覆蓋率和密集程度極高，在測(cè)區(qū)地物復(fù)雜時(shí)難以確保圖根點(diǎn)之間相互通視。故傳統(tǒng)的圖根點(diǎn)布設(shè)方法比較繁瑣。

隨著CORS在城市測(cè)繪中的普及，基于CORS的城市測(cè)量新方法得到了越來越廣泛的研究和應(yīng)用，其中就包括CORS測(cè)量定位方法。目前已有城市利用CORS方法進(jìn)行了供水管網(wǎng)部件的采集[1]，很多城市相繼建立起CORS系統(tǒng)，使得依托城市CORS的管線測(cè)量成為可能。CORS的應(yīng)用簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)方法布設(shè)圖根點(diǎn)的過程，能快速準(zhǔn)確的獲取測(cè)區(qū)的控制資料或直接測(cè)得管線設(shè)施的絕對(duì)坐標(biāo)，同時(shí)解決了因城市飛速發(fā)展帶來的管線點(diǎn)丟失、無標(biāo)識(shí)性建筑物時(shí)難以定位和排查等問題。

本文結(jié)合武漢市管線設(shè)施竣工測(cè)量案例，將CORS運(yùn)用于城市管線測(cè)量的實(shí)際工作中，通過方位角閉合差、導(dǎo)線全長相對(duì)閉合精度以及點(diǎn)位中誤差等多項(xiàng)指標(biāo)驗(yàn)證了測(cè)量成果的精度及該方法的可行性，并根據(jù)測(cè)區(qū)實(shí)際情況，結(jié)合其他方法綜合分析，為供水管線系統(tǒng)的測(cè)量定位提供參考意見。

2 CORS系統(tǒng)在供水管網(wǎng)定位中應(yīng)用

2.1 CORS測(cè)量原理

CORS(Continuously Operating Reference System)是連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。它是在一個(gè)地區(qū)根據(jù)需求建立一定范圍內(nèi)長年連續(xù)運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)固定的GPS參考站，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、定位技術(shù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)差分改正解算，并實(shí)時(shí)地向不同類型的用戶自動(dòng)地提供通過檢驗(yàn)的各項(xiàng)改正數(shù)、GPS原始觀測(cè)值以及其他相關(guān)GPS服務(wù)[2]。

2.2 CORS定位技術(shù)在供水管線定位中的實(shí)例分析

CORS技術(shù)在城市測(cè)量中可用于圖根控制點(diǎn)的布設(shè)，也可直接用于快速獲取管線設(shè)施的位置信息，且操作便捷，定位速度快、效率高，針對(duì)供水管線分布密度高、更新速度快、類型復(fù)雜等特點(diǎn)是一種實(shí)用的測(cè)量定位方法。CORS的測(cè)量精度普遍達(dá)到2 cm～3 cm，遠(yuǎn)優(yōu)于城市管理部件定位精度要求，所以在條件允許時(shí)，可避免布設(shè)圖根點(diǎn)，利用CORS直接獲取管線設(shè)施點(diǎn)平面坐標(biāo)。

(1)CORS直接進(jìn)行水管設(shè)施定位實(shí)例分析

施測(cè)區(qū)域位于東湖路東湖賓館旁，該區(qū)域新裝了一個(gè)閘門，附近無圖根點(diǎn)，且管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中資料不全，沒有可作參照的標(biāo)志性建筑物，周圍沒有過密的高大建筑物，可直接用CORS對(duì)管線點(diǎn)定位。

CORS測(cè)量屬于獨(dú)立觀測(cè)，不存在累積誤差，但該作業(yè)方法缺少必要的檢核條件，為保證成果的可靠性，需要對(duì)圖根點(diǎn)進(jìn)行兩次觀測(cè)，時(shí)間間隔不少于20 min，兩次獨(dú)立觀測(cè)的平面坐標(biāo)互差不超過3 cm，否則需追加觀測(cè)時(shí)段。

CORS定位精度受多方面影響，實(shí)例中采集了相同點(diǎn)在不同時(shí)段的數(shù)據(jù)，圖1顯示的分別是08:30和10:30時(shí)刻下的衛(wèi)星強(qiáng)度圖，其中橫坐標(biāo)表示接收到的衛(wèi)星號(hào)，縱坐標(biāo)表示衛(wèi)星強(qiáng)度，用百分比表示，從圖中可知衛(wèi)星在08:30時(shí)刻的有效衛(wèi)星數(shù)目和衛(wèi)星強(qiáng)度均大于10:30時(shí)刻的衛(wèi)星數(shù)目和衛(wèi)星強(qiáng)度；圖2為衛(wèi)星在一天當(dāng)中的信號(hào)殘差圖，在09:40～13:00時(shí)間段內(nèi)，衛(wèi)星信號(hào)的殘差波動(dòng)大，信號(hào)不穩(wěn)定。533786.576。最大偏差｜△x｜=0.003，｜△y｜=0.012。最大偏移距離△S=0.012 4，極限誤差2△S=0.024 8。根據(jù)管線測(cè)量相關(guān)規(guī)范要求[3，4]，隱蔽管線點(diǎn)探查的埋深較差△H和水平位置偏差△S，應(yīng)分別滿足式:△H≤0.15×h，△S≤0.10×h，式中h為管線埋深，當(dāng)h＜100 cm時(shí)，按100 cm計(jì)算，實(shí)例中管線埋深約為1m，即平面位置精度限差為0.1m，說明網(wǎng)絡(luò)連接正常時(shí)，CORS測(cè)量數(shù)據(jù)完全滿足管線設(shè)施測(cè)量定位的精度要求。

圖1 不同時(shí)刻的衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度圖

網(wǎng)絡(luò)連接正常時(shí)不同時(shí)間段測(cè)量精度比較 表1

圖2 一天中衛(wèi)星信號(hào)的殘差圖

統(tǒng)計(jì)“固定”狀態(tài)下的數(shù)據(jù)(如表1)，可計(jì)算出橫縱坐標(biāo)值的偏差、點(diǎn)位偏差以及點(diǎn)位坐標(biāo)的平均值。通過測(cè)量數(shù)據(jù)求得閘門坐標(biāo)為:X=3381814.313，Y=

因此，網(wǎng)絡(luò)連接正常時(shí)，測(cè)量精度僅隨衛(wèi)星在空間中的幾何分布和信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生微小變化[7]。另外，衛(wèi)星在空中的幾何分布、網(wǎng)絡(luò)連接是否正常等情況均會(huì)影響CORS測(cè)量的精度[8]。衛(wèi)星數(shù)較多且位置分布較好時(shí)，CORS精度較高。

精度滿足要求時(shí)取多次測(cè)量平均值作為該點(diǎn)的平面坐標(biāo)，并制作管線竣工圖和節(jié)點(diǎn)大樣圖。

(2)CORS配合全站儀進(jìn)行水管設(shè)施定位實(shí)例分析

大型工程中因條件限制用CORS直接定位水管設(shè)施有困難，可以用CORS布設(shè)圖根控制點(diǎn)，配合全站儀極坐標(biāo)或者交會(huì)法進(jìn)行測(cè)量定位。實(shí)際操作中至少需要三個(gè)圖根點(diǎn)互為檢核條件，然后通過手動(dòng)計(jì)算或者軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)糾正[5]。

測(cè)區(qū)位于珞獅路旁的明雅園小區(qū)，面積較大、周邊無高大的建筑群，周邊無控制點(diǎn)。根據(jù)區(qū)域地形環(huán)境及管線分布情況綜合分析，共需要布置5個(gè)圖根點(diǎn)，盡量保證相互通視，觀測(cè)時(shí)段為9:00～11:30。

①獲取圖根點(diǎn)坐標(biāo)

在固定狀態(tài)下分別測(cè)量5次，作為復(fù)測(cè)檢核條件，PODP小于等于0.6，坐標(biāo)值如表2所示。

圖根點(diǎn)復(fù)測(cè)表 表2

從表2可以看出5號(hào)點(diǎn)較差最大，為0.01 m，最小較差為4號(hào)點(diǎn)，差值為0.004 m。取五次的平均值為作為圖根點(diǎn)的坐標(biāo)，得到GPS點(diǎn)的較差分布，如圖3所示，圖中橫坐標(biāo)為CORS所測(cè)圖根點(diǎn)點(diǎn)號(hào)，縱坐標(biāo)為X軸方向、Y軸方向偏差值及點(diǎn)位偏差值。(如圖4所示)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析(如表3所示)。分別從角度閉合差和坐標(biāo)增量閉合差進(jìn)行計(jì)算與檢驗(yàn)。

圖3 GPS點(diǎn)的較差分布圖

圖4 附合導(dǎo)線圖

②測(cè)量數(shù)據(jù)及精度分析

附和導(dǎo)線計(jì)算表 表3

在角度閉合差，導(dǎo)線全長相對(duì)閉合差合格的情況下，計(jì)算坐標(biāo)增量改正數(shù)，并推算各點(diǎn)坐標(biāo)，由表3計(jì)算得出各點(diǎn)位的中午差和誤差橢圓參數(shù)，如表4所示。

點(diǎn)位誤差表 表4

管線點(diǎn)的平面位置中誤差計(jì)算公式為:

式中:△Si—原點(diǎn)位與復(fù)查點(diǎn)位間的平面位置偏差(cm)；n—復(fù)查點(diǎn)數(shù)。

其數(shù)值不應(yīng)該超過規(guī)范[6]規(guī)定限差的1/2。圖根導(dǎo)線測(cè)量中規(guī)定城市管線測(cè)量在1∶500比例尺中，點(diǎn)位中誤差不得超過0.05 m。由表4知各點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差均未超過0.05 m，精度滿足要求。

③制作竣工成果

當(dāng)驗(yàn)證點(diǎn)位中誤差未超限后，即可制作管線竣工成果(如圖5所示)及各節(jié)點(diǎn)大樣圖。

圖5 管線設(shè)施竣工圖

3 城市供水管網(wǎng)定位方法綜合分析

綜上所述，供水管網(wǎng)系統(tǒng)的定位方法呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)，文章中用了兩個(gè)實(shí)例進(jìn)行分析，分別是CORS直接進(jìn)行水管設(shè)施定位和CORS配合全站儀進(jìn)行水管設(shè)施定位，用兩種方式進(jìn)行水管設(shè)施定位均可達(dá)到精度要求，在擁有CORS基站及相應(yīng)設(shè)備的前提下，均不需要已知等級(jí)控制點(diǎn)、圖根點(diǎn)及數(shù)字化地形圖，且操作便捷、定位效率高。

但兩種各種方法都有各自的優(yōu)勢(shì)和局限性:用CORS直接進(jìn)行水管設(shè)施定位時(shí)所有施測(cè)點(diǎn)間均不需通視，且測(cè)量成果均為獨(dú)立觀測(cè)，沒有誤差傳遞和積累，適用于城市道路及周邊小區(qū)、因城市建設(shè)而拆遷各種施工地，在條件允許的情況下可盡量選擇用該種方式進(jìn)行水管設(shè)施測(cè)量定位，但CORS信號(hào)的接收受制于高大建筑物遮擋及大功率電磁干擾等問題，所以用CORS直接進(jìn)行水管設(shè)施定位要求測(cè)區(qū)內(nèi)比較開闊、待測(cè)點(diǎn)周圍均無過密的高大建筑物或大功率電磁設(shè)備。相比而言，用CORS配合全站儀進(jìn)行水管設(shè)施定位對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)各個(gè)待測(cè)點(diǎn)周圍的建筑遮擋及電磁干擾等要求不是很苛刻，該方法可適用于水管設(shè)施復(fù)雜的各種測(cè)區(qū)，但首先需要在測(cè)區(qū)周邊布設(shè)至少3個(gè)圖根點(diǎn)并保證相互通視，并根據(jù)待測(cè)點(diǎn)位布設(shè)導(dǎo)線，進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算、檢核與改正，增加了計(jì)算的工作量。

在供水管網(wǎng)定位系統(tǒng)中，需根據(jù)測(cè)區(qū)的具體情況選擇或綜合應(yīng)用各種方法，以保證測(cè)量的效率和精度，更好地為供水管網(wǎng)系統(tǒng)的建立、維護(hù)和更新服務(wù)。

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The App lication of the CORS in Urban W ater Pipeline Positioning

Liu Rongqiang，Chen Bin
(Yichang City，Surveying and Mapping Detachment，Yichang 443000，China)

Whether the water pipeline system is perfect or not is an important indicator ofwhether a urban planning is reasonable or not，and the plumbing facilities positioningwhich will directly affects the quality and the efficiency ofmaintenance，updating and troubleshoot of the entire pipeline system is critical.For characteristics of high distribution density，high updating speed and complexity of types of thewater pipeline facilities distribution，CORS is a practical and effectivemeasuring and positioningmethod.The article studies the application of the CORS in measuring and positioning of urban water pipeline，and combined with the cases of the completionmeasuring ofwater pipeline facilities in Wuhan，verifies the accuracy and feasibility ofmeasuring result of thismethod with various kinds of indicators，and by comprehensive analysis combined with other positioningmethods，provides reference for the positioningmethods of thewater pipeline facilities.

pipelinemeasuring；CORS；positioning precision；comprehensive analysis

1672-8262(2013)05-146-04

P228，P258

B

2012—12—26

劉榮強(qiáng)(1975—)，男，工程師，主要從事城市測(cè)繪工作。