千寻位置在长输管道中的应用探讨及精度比对

千寻位置在长输管道中的应用探讨及精度比对

张杰

中石化江汉石油工程设计有限公司 湖北武汉  430223

摘要：

油气长输管道测量是油气管道建设重要工作之一，单基站RTK定位测量是目前最常用的测量方法，但在大范围、长距离和跨省区的长输管道线路工程测量中有较大局限性。为了提高效率，节省人力物力，在长输管道线路工程测量中采用新技术新方法一直是无数测量工作者的不懈追求。千寻位置技术是依据的多基站载波相位差分定位原理，不但提高了长输管道测量的速度和效率，而且降低了外业劳动强度和作业成本[1]。本文基于笔者多年从事长输管道工程测量的相关工作经验，以长输管道工程测量为研究对象，分析了千寻位置技术在管道工程测量中的应用思路以及与传统测量的精度比对结果，得到了有益的结论。同时，也总结了在工程作业时的应对措施，希望对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词  千寻位置；长输管道；控制点；精度

1前言

长输管道测量工作主要以转角桩、中线断面和带状地形图等测量为主,长度从几公里到上千公里不等，沿途穿越情况复杂，地理跨度较大。长输管道从初步设计到施工图设计中间有较长的设计周期，会有业主在施工图设计定版前对线路中实际地物变化处提出补测要求，以提高图纸的现势性。此外，在后期施工过程中也会有大量的线路变更及补测工作，工作量零散，间隔距离远的困难。如果用传统RTK的方法进行测量，会面临单基站搬站次数多，周边控制点丢失或者无控制点校正等情况，导致工作效率低，其准确性也得不到保证。用各省CORS虽然可以较好的解决单次作业半径的限制，但用户需要到各省办理用户接入协议，使用保密数据接入方式，手续较为繁琐[2]。如果在测量中采用千寻位置技术,采集线路部分分布均匀的等级控制点求解严密七参数，再利用千寻位置技术则可解决上述问题。

2千寻位置的基本原理和技术特点 

千寻位置是全球领先的时空智能基础设施，提供亚米级、厘米级定位、毫米级感知和纳秒级授时，是数字时代最重要的基础设施之一。千寻位置基于北斗卫星系统（兼容GPS、GLONASS、Galileo）基础定位数据，利用遍及全国的超过2500个地基增强站以及星基增强系统和自主研发的定位算法，通过互联网技术进行大数据运算，为全球用户提供精准定位及延展服务[2]。千寻位置按照统一规划、统一标准、共建共享的原则，构建全国北斗地基增强一张网，实现部门间、地区间、用户间的资源统筹和数据共享，在交通、国土、测绘、物流、农业等行业得到了广泛应用。用户通过互联网即可全天候不间断地获取数据支持，服务冗余技术保证了差分数据的稳定性，是全球最大的地基增强系统[3]。

千寻位置建立了统一的时空基准，可实现跨地域无缝衔接，把高精度定位变成触手可及、随需而用、低门槛的公共服务，成为智能社会的重要时空基础设施。亚米级的千寻跬步已覆盖全国，实时厘米级的千寻知寸和静态毫米级的千寻见微已覆盖湖北、江苏、湖南、等29个经济发达省市和全国主要公路干道、河道及二级以上城市。千寻位置地基增强参考站呈网格化分布，提供广域厘米级定位服务，相比于精度随距离增加而递减的单基站模式更加稳定可靠，具有全覆盖、高可靠、快响应、低成本、易推广的特点[4]。

3千寻定位在某输气管道工程中的应用及精度比对验证

某输气管道工程整体呈东北西南走向，东北低西南高。地貌以重丘低山为主，局部有平地。植被以水田、灌木和树林为主，通视条件较差。沟渠纵横交错，地物复杂多样，交通通行条件较差。管道平长约112km，管径813mm，设计压力10Mpa，设计使用寿命30年。

测量作业人员在测区沿线共收集到9个高等级已知控制点，管线线路走向与已知控制点关系图如下：

图1  管线线路走向与已知控制点关系图

选取覆盖测区并分布均匀的YZ1、YZ2、YZ4、YZ7、YZ9等5个已知点利用千寻进行定位，观测时长60秒，每点观测10次，获取观测值后反算七参数。根据解算出的七参数检核其余的4个已知控制点，具体分四方面来比对。

3.1点对间基线边长比对验证

分别将YZ3和YZ5、YZ6和YZ8组成点对，利用坐标反算分别算出其组成的已知基线边长L3-5、L6-8和千寻施测基线长(取10次观测平均值)S3-5和S6-8，再算出相应的差值和相对中误差，和《油气输送管道工程测量规范》GB/T 50539-2017中规定的GNSS静态测量四等控制网约束点间边长相对中误差不大于1/100000进行比对（特殊验证，不对基线边长作要求）。

表1  两种基线边长差值与限差比对表（单位：米）

由上表可以看出，千寻施测基线边长相对中误差较小，远低于相关规范规定的约束点间边长相对中误差限差。

3.2单点平面坐标差值比对验证

将已知控制点坐标值的平面坐标减去用千寻作业模式测定的4个验证点观测值平面坐标，算出对应的X、Y差值绝对值，和《油气输送管道工程测量规范》GB/T 50539-2017里规定的GNSS-RTK测量三级控制网平面点位中误差不大于50毫米进行比对，检验其是否超限，列表如下。

表2  千寻定位观测值与已知点坐标值平面坐标比对表（单位：毫米）

    比对后发现，4个验证点的千寻观测值平面坐标与已知控制点的平面坐标差值较小，都在规范规定的限差内，没有超限，精度可靠。

3.3单点高程中误差比对验证

将已知控制点的高程减去用千寻作业模式测定的4个验证点观测值的高程，算出对应的H差值绝对值，和《油气输送管道工程测量规范》GB/T 50539-2017里规定的GNSS-RTK测量五等及以上控制网高程中误差不大于50毫米进行比对，检验其是否超限，列表如下。

表3  千寻定位观测值与已知点坐标值高程比对表（单位：毫米）

    不难看出，对于网络RTK最难控制的高程精度，千寻定位观测值获取的高程中误差也在限差内。

3.4千寻单点重复观测值比对

在验证4个检核点时，在每个点位上共利用千寻定位测得了10个观测值，每个观测值观测60秒，测量前均让卫星失锁，重新搜索卫星稳定后再进行测量。前次观测完成后关机重启，重新连接千寻服务后初始化，待初始化稳定后进行观测，每个检核点均重复此过程。取10组数据的平均值作为真值，分别与单次观测值作差，取差值的绝对值。分组比较的结果列表如下。

表4  千寻定位重复观测值比对表（单位：毫米）

    总体来看，10次观测数据呈随机分布，符合外业观测特性，且单次观测数据稳定没有跳跃，说明千寻定位数据信号稳定可靠。

4提高千寻定位精度的注意事项

    尽管几项比对结果较为理想，但是如果我们想获得更高精度的观测值或保证每次的观测都平稳可靠，就要求外业作业人员要了解施测的注意事项并采取一定的作业措施。

4.1点位布控时要像首级控制网一样设在地理位置上佳周边干扰物较少的地方，特别是要避开高大树木、高层建筑、电磁干扰源和大面积水域。

4.2适当增加观测时间，并多次（重复）观测，剔除不良数据后取均值。

4.3定位前检测对中杆水准气泡，作业时采用对中辅助设备，如三脚架等。

4.4利用已知点求算参数时，须收集覆盖全测区且分布均匀的点。

5结论

通过千寻位置在长输管道工程中进行的测量精度比对，不管是基线边，还是点位平面坐标和高程都能获取较为理想的结果，验证了千寻位置精度的有效性。同时，利用千寻位置区域覆盖广、精度可靠、效应快的特点，对较为零散的单体任务或因为作业周期长导致丢失部分控制点的项目都可以采用千寻位置施测，避免单基站RTK作业模式带来的各种弊端，能有效的提高作业效率，取得良好的经济效益[5]。

参考文献：

[1] 千寻位置[EB/OL].https://baike.baidu.com/item/千寻位置/19688270?fr=Aladdin,2018-3-30.

[2] 吴俐民，丁仁军，李凤霞.GPS参考站原理与应用[M]，西南交通大学出版社，2008.

[3] 池勇．GPS全球定位系统在管道线路系统中的应用．科技资讯，2000(3)：22～24．

[4] 郭向前，吴芳，王艳华.基于CORS系统的加密控制测量分析[J]，测绘与空间地理信息，2018（2）：128-130.

[5] 陈鸿兴. GPS-RTK技术在管道线路测量中的应用. 科技资讯, 2007, (03).

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