劉 偉

（山東魯?shù)蠝y繪有限公司，山東 濟南 250102）

測量地下金屬管線是一種包括地球物理學(xué)、測繪、計算機應(yīng)用科學(xué)和其他專業(yè)知識的技術(shù)。用于完成城市地下金屬管線的勘探和測量，并存儲測量數(shù)據(jù)或直接進行分析。地下金屬管線測量工程是一項大型工程，非常復(fù)雜，需要提前規(guī)劃、管線檢測、資金支持，及多部門協(xié)同等多系統(tǒng)協(xié)同配合。因此，在復(fù)雜作業(yè)的背景下，地下金屬管線的測量定位放線過程中不可避免地會出現(xiàn)誤差。

為減少由于地下金屬管線損壞引起的事故，需要研究地下金屬管線測量誤差控制方法。研究可以證明通過城市地下金屬管線的通訊功能，可以控制地下金屬管線的測量誤差，以及控制誤差的重要性，分析地下金屬管線測量過程中存在的問題。面對復(fù)雜金屬管線的測量任務(wù)，需要運用多種技術(shù)手段，對測量數(shù)據(jù)進行整合，嚴(yán)格地控制地下金屬管線的測量過程，杜絕誤差，對加強地下金屬管線的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，促進標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展有重要意義。

1 基于北斗系統(tǒng)的管線定位放線誤差控制技術(shù)設(shè)計

1.1 設(shè)計管線測量定位放線控制指標(biāo)

根據(jù)測量規(guī)范的要求，在管線測量定位和設(shè)置誤差控制前應(yīng)進行優(yōu)化設(shè)計。換句話說，控制測量精度、儀器精度要求、測量水平等必須提前設(shè)計，以滿足特定要求。管線定位具有誤差控制成本低，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外可靠性高的優(yōu)點。因此通過找出并去除總誤差，來觀察數(shù)據(jù)，此時對最終結(jié)果的影響最小[1]。

地下金屬管線誤差控制網(wǎng)精度標(biāo)準(zhǔn)分為全精度標(biāo)準(zhǔn)和部分精度標(biāo)準(zhǔn)。整體精度標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)在地下金屬管線誤差控制網(wǎng)絡(luò)所有精度信息的協(xié)方差矩陣中?？傮w精度標(biāo)準(zhǔn)分為不同類型，在許多方面反映了地下金屬管線誤差控制網(wǎng)絡(luò)的總體精度。標(biāo)準(zhǔn)值的大小反映了整體的點位置誤差的大小，當(dāng)達(dá)到最小值時，被稱為反映兩者所形成的超誤差橢球大小的最優(yōu)準(zhǔn)則矩陣，這也是點位置誤差的一部分。最大特征值A(chǔ)max主要反映局部精度標(biāo)準(zhǔn)，即全反射達(dá)到最小值時網(wǎng)絡(luò)中最大點誤差的大小，是點精度和相對點精度等一些因素的局部精度和功能精度。

點誤差橢圓可以很好的解決這個問題。因此，點誤差橢圓可以用來表示一個點的點位置精度?？煽啃岳碚摰那疤崾怯^測數(shù)據(jù)需要不但包含隨機誤差，而且包含總誤差?？傉`差被認(rèn)為等于正常觀測值的方差，但其有不同的期望值，被歸類為評價地下金屬管線誤差控制網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的函數(shù)模型。網(wǎng)絡(luò)的可靠性分為內(nèi)部可靠性和外部可靠性。外部可靠性是檢查地下金屬管線誤差控制能力的基礎(chǔ)。內(nèi)部可靠性是地下金屬管線故障控制網(wǎng)絡(luò)抵抗的剩余總故障數(shù)量，依據(jù)兩種可靠性來判斷協(xié)調(diào)結(jié)果的影響能力。

蒙特卡羅方法是一種機械地下金屬管線誤差控制網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計方法，主要過程首先需要選取一個點，標(biāo)記該點，然后根據(jù)設(shè)計點坐標(biāo)和已知坐標(biāo)，對地下金屬管線定位放線進行誤差控制。金屬管線控制網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的基本過程是計算所有邊長和角度，然后再將測量精度和測量角度調(diào)控到可接受的范圍內(nèi)。對于所有邊長和角度的隨機誤差，需要對井下誤差控制網(wǎng)進行間接調(diào)整。金屬管線的整體可靠性需要通過每次觀測來實現(xiàn)。

除此之外還需要根據(jù)地下金屬管線誤差控制網(wǎng)的設(shè)計可靠性標(biāo)準(zhǔn)和平均重疊觀測的特點來降低觀測值，使地下金屬管線誤差控制網(wǎng)的可靠性達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。每次觀測的可靠性是一致的，粗差檢查的標(biāo)準(zhǔn)也考慮到匹配邊緣和精度的測量要求，降低了觀測成本[2]。最后，對地下金屬管線誤差控制網(wǎng)絡(luò)進行二級優(yōu)化，為每次觀測選擇最優(yōu)權(quán)重，并根據(jù)權(quán)重值選擇合理的方案。

1.2 基于北斗系統(tǒng)進行誤差模擬觀測

誤差模擬觀測階段主要根據(jù)地下金屬管線誤差控制網(wǎng)絡(luò)的精度和成本來建立觀測計劃。該方法基于北斗系統(tǒng)進行誤差模擬觀測，設(shè)計有特殊要求的點精度。例如，在用于管線測量的地上和地下金屬管線的誤差控制網(wǎng)絡(luò)中，接觸定位點的點精度測量和兩個良好定位點的相對定位誤差都有特殊要求。地下金屬管線誤差控制網(wǎng)絡(luò)二級優(yōu)化設(shè)計的目的是滿足具有特殊要求的點位誤差要求。第二種優(yōu)化設(shè)計方法是對有特殊要求的點的輔因子進行設(shè)計，選擇合適的權(quán)重，使地下金屬管線誤差控制網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)類型和測量方案更有針對性。

整個觀測過程首先要建立初始數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)工程要求和已知點坐標(biāo)提供設(shè)計點坐標(biāo)值，計算邊長和方向的實際值。這些實際坐標(biāo)設(shè)計值用作以下模擬觀測的基礎(chǔ)。第二步是生成畸變值，根據(jù)設(shè)計的觀測精度使用北斗系統(tǒng)觀測誤差，并進行偽隨機數(shù)測試和變換，生成和添加符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的偽隨機數(shù)，以獲得具有相應(yīng)橫向長度的真實世界的模擬觀測值[3]，最后需要進行平差計算，將模擬觀測值配置成誤差方程和函數(shù)方程，對模擬地下金屬管線誤差控制網(wǎng)進行平差計算和數(shù)據(jù)分析，得到坐標(biāo)模擬平差值來模擬網(wǎng)絡(luò)點。

1.3 進行管線定位放線誤差的定量化驗證

為了分析地下金屬管線誤差控制網(wǎng)的質(zhì)量，需要開發(fā)地下金屬管線誤差控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計程序，該程序可以定量分析可靠性指標(biāo)、整體精度指標(biāo)、本地精度指標(biāo)并利用地下金屬管線故障控制網(wǎng)絡(luò)進行顯示。地下金屬管線誤差控制網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計得到修正系數(shù)的輔因子矩陣和觀測值逼近的輔因子矩陣影響。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)可靠性標(biāo)準(zhǔn)，兼顧邊角精度匹配，參考最大點誤差和最弱側(cè)相對誤差的容差要求，對地下金屬管線誤差控制網(wǎng)絡(luò)進行整體優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化設(shè)計策略，確保地下金屬管線故障控制網(wǎng)局部精度滿足使用要求。

管線定位和設(shè)置誤差的定量驗證過程如下。第一步是輸入加密點的已知坐標(biāo)，計算每個邊和角的大小。第二步，根據(jù)測量誤差呈正態(tài)分布的理論，將邊和邊陣列放入MATLAB中。第三步是檢索模擬的橫向長度和角度觀測值，并根據(jù)坐標(biāo)修正計算理論從VC中的已知點中導(dǎo)出所有加密點的近似坐標(biāo)。第四步，調(diào)整理論計算系數(shù)矩陣，根據(jù)角度觀測確定觀測的權(quán)重矩陣，計算角點權(quán)重，根據(jù)觀測值和近似坐標(biāo)值計算出的邊長差，將矩陣進行平差計算。

2 實驗

使用各種技術(shù)手段測量金屬管線，在測量過程中，不可避免地會出現(xiàn)一些復(fù)雜、混亂的管線。在這種情況下，一般的測量方法難以有效地執(zhí)行測量計劃，可采用夾鉗法、感應(yīng)法、盲探法等多種方法與本文設(shè)計的方法進行對比迭代驗證，確定地下復(fù)合金屬管線最準(zhǔn)確的位置。

2.1 實驗準(zhǔn)備

根據(jù)上述方法，建立了一個全面的誤差控制系統(tǒng)。首先制定測量計劃，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和信息對計劃進行修改，明確組間職責(zé)和任務(wù)，然后測量分組。在這個過程中，歷史數(shù)據(jù)的完整性決定了控制方法的有效性。測量完成后，需要進行自檢和抽檢，只有通過檢測獲得的數(shù)據(jù)才能進入數(shù)據(jù)庫。

2.2 實驗結(jié)果與討論

以某地地下金屬管線測量為例，采用不同探測方法進行對比實驗，實驗結(jié)果如下表1所示。

表1 實驗結(jié)果

由表1可知，本文設(shè)計的誤差控制方法在與各個方法相比時其誤差始終處于最低值，因此可以有效地控制誤差，具有有效性。

3 結(jié)語

綜上所述，金屬管線測量定位放線誤差控制技術(shù)是降低金屬管線受損導(dǎo)致的關(guān)鍵性技術(shù)，可以幫助金屬管線達(dá)到實施及時修護的目的，進行了實驗，證明了本文設(shè)計的控制技術(shù)具有有效性，可以成功減小誤差，但是經(jīng)過實驗可以看出，目前仍有一定的誤差，還需要通過后續(xù)的研究進行不斷完善，盡量使誤差降到最低。