GPS定位技术在长输管线工程中的应用研究

李纬

（中铁十八局集团建筑安装工程有限公司，天津 300400）

GPS定位技术在长输管线工程中的应用研究

李纬

（中铁十八局集团建筑安装工程有限公司，天津 300400）

随着社会的发展以及科学的进步，使得GPS技术快速发展，在常规管线工程定位中也在不断应用GPS定位技术，并且越来越广泛，不仅可以有效地提高长输管道的可靠性和安全性，还可以在一定程度上提高管线整体施工效率和水平。本文主要分析了GPS定位技术基本应用原理，以及在长输管线中应用GPS技术的方法，可以促进GPS技术的发展以及长输管线建设效率。

GPS；定位技术；长输管线；定位原理

随着不断发展的GPS定位技术，在一定程度上改变了以往测量长输管线的方式，可以适当提高测量长输管线的工程精度，最大限度降低劳动强度，并且适当增加工作效率，为建设长输管线工程提供依据和保证。随着不断扩大建设长输管线工程的规模，长输管线逐渐需要穿越地质情况比较复杂、各种地形、具有发达水系的区域等特点，会提高对于测量长输管线工程的实际精度需求。所以，需要合理研究在测量长管线的时候，GPS定位技术应用在不同阶段系统的作用，以便于能够建设符合实际情况发展的长输管线。

一、GPS定位技术基本原理分析

（一）绝对定位技术

GPS定位技术中重要的影响因素就是绝对定位技术，日常生活和工程应用中被叫做单点定位，合理应用GPS绝对定位技术，可以把测量天线和GPS卫星接收之间的距离作为基础，以便于可以建立已知卫星瞬间坐标，以此能够建立对应准确点的用户接受天线定位，设定相应的观测点。从GPS绝对定位实质方面来说，观测站点可以利用测量学中的相应空间距离后交会方式形成，并且是具有三个强度功能的观测量，建立依据三颗卫星为基本中心的球心形式，从半径和整个距离方面来说，建立观测站和半径球平面交点之间整体性。在实际应用GPS技术的时候，会受到一定的影响，所以在测量长输管线的时候，需要综合分析相关数据使用方式，在分析卫星和实际观测点距离的时候，尤其是伪距会存在接收机和卫星钟之间的同步差影响。在实际应用上述技术的过程中，需要依据观测站的实际技术方式，来合理使用导航理论设计有关参数的修正方式，建立事先确定点。在测量长输线路的过程中，需要建立观测量点坐标求解方程，在实际应用的时候应该建立一个观测坐标，以便于可以合理设计求解四个未知参数，包括一个微型钟差参数和四个点位坐标分量的参数，建立四个相应同步观测伪距数据，可以更大精度地测量四个卫星的实际数据。

（二）相对定位技术

最基本的相对定位技术实际情况就是，使用两个GPS接收机，在基线两端合理安置设备，同步观测相同卫星，建立基线端点。在地球坐标系上找到相对应的基线向量，在接收的时候，基线端点利用多台设备进行接收，并且需要同步观测卫星，然后确定多条基线向量，在相同卫星的基础上同步观测两个或者多个观测站的时候，卫星钟差、卫星轨道误差、对流层和电离层的折射误差、接收机钟差等会在一定程度上影响观测量的相关性，因此，需要不同方式合理结合观测量，然后相对定位，保证能够最大限度降低误差，保证测量整体精度。

二、GPS定位技术在长输管线工程中的应用

（一）GPS应用在选线测量中

会有很多影响长输线路走向的因素，需要在设计的过程中遵循基本原则。例如，避开重要建筑；尽可能少地拆除房屋；依据铁路、规划部门以及公路部门的实际要求，建立跨越公路、铁路的线路；尽可能避开一些不好地质条件的矿物、内涝区域等。在选择线路的时候，需要利用GPS技术测量对线路路径存在影响的地方，测量出线路坐标。应用相应的软件技术来形成合理的CAD图，微机上调整线路的时候，需要保证确定各转角坐标和线路走径。在选择线路的时候，需要注意测量一到两个预计转角位置点，以便于可以有效控制转角位置。在调节室内路径的时候，转角尽量避开井、坟等位置，选择比较适合的地方。在实际操作的时候，在1:5万比例尺中合理设定预先参考点，保证可以有效利用，每一个参考系都能有效地完成一个以上直线定位和定线工作，相同直线段使用相同参考系。可以通过图解或者假设的方式来建立参考系坐标，依据动态控制参考的方式来传递后续参考站，参考站附近需要建立相应的校核点，建立完成参考系以后需要进行校测。

（二）GPS应用在定线定位测量中

依据GPS技术具有的实时动态测量功能，可以输入转角坐标，通过两个转角就能够合理定义直线，然后对直线进行实地放样，直接测量断面点里程、直线桩、断面点高程等。通过处理GPS数据的软件可以形成相应格式的数据文件，在线路中输入，然后在软件中建立断面图。在设置相应直线桩的时候，需要初步测量桩，观察出现的位移偏移量。如果具有比较多偏移量的时候，需要适当调整以后再进行记录数据。依据控制点来测量直线桩，需要合理记录十个以上历元，也就是说自动设定GPS操作手簿的点位误差和限差。在具体操作的时候，需要能够自动分析和判断是否具有符合要求的解算值，通过相同的参考系来合理完成直线段的操作。

（三）操作时间段选择

在很多测量工程中，一般情况下，下午一点到三点之间不具有十分良好的卫星运行情况，特别是在一些树木较多的地方，虽然能够接收五颗以上卫星，但信号不稳定，并且信号相对比较弱，不能进行一定的初始化。因此，可以在上午且在空旷的地方进行观察。

（四）处理短边加桩

通过GPS技术来定线的时候，需要在400范围均匀设置直线桩，并且一个直线桩至少能够观测到另外一个直线桩。假设Z3和Z1之间距离400m，不可以通视，应该距离Z1大约200m的位置进行打桩，依据Z3和Z1来标定坐标直线，对直线进行放样，以此来确定Z2。如果不能在直线上找到合理的位置，可以适当选择偏离直线的位置进行打桩，然后测量坐标，建立特殊的坐标表，反算坐标法、方位角用来确定相应的线路方向。以Tr1mble 4700GPS为例，在测量实时动态的时候，需要具有1cm± 2ppm的标称精度水平。如果在5km处的参考站，具有2cm的标称精度点，实际操作的时候依据极限作为基本参考，Z3偏右3cm、Z1偏左3cm，如果Z2不在Z3和Z1之间的直线上，需要在极限的基础上，Z2要偏离桩大约6cm，因此，直线可以越过直线角1＇；如果Z2在Z3和Z1直线之间，Z2会偏离3cm，并且在支线上最大偏离就是3cm，依据桩距为150m进行计算，仍然处于1＇之内。对比较高、有利接收和发射卫星数据、建立数据连接并且周围没有超过10°的高度角的位置。在完成选择参考点以后，需要利用GPS技术来测定动态定位。在能够确保精度的前提下，需要在原点控制点上建立GPS基准站，利用流动站转换坐标。

（四）数据获取

在参考点上安装GPS基准站以后，需要打开接收机，把内存卡中存在的参数合理地接收到接收机中，并且可以精确地输入参考点坐标和天线高度（北京坐标），利用转换参数把GPS基准站接收机参考点坐标变为WGS-84坐标。此外，还需要能够同时接收GPS可视卫星数据信号，然后依据发射电台对数据进行观测，发送得到的观测值、测站坐标、接收机工作情况以及跟踪状态等。流动站不仅可以接收跟踪信号，还能够接收GPS基准站数据，处理之后可以得到流动站WGS-84三维坐标，依据与基准站相同的坐标来把其变为网格坐标，然后能够实施。

总而言之，在建设长输管线的时候，合理应用GPS定位技术进行分析和比较，不断优化设计长输管线GPS技术的测量方式和方案，依据实际情况和不断应用，来总结和归纳GPS定位技术在长输管线中的测量技术，以及需要注意的事项，得到一些对于实际应用GPS技术有一定作用的方式，可以在一定程度上降低劳动强度和成本、增加工作效率，促进长输管线工程的发展。

三、实际应用GPS定位技术步骤

（一）收集测量区域控制点资料

进入测量区域的任何长输线路测量工程，需要首先收集需要测量区域内控制点基本资料，主要有控制点等级、坐标、坐标系、控制点以及中央子午线等，判断属于GPS控制网还是常规控制网，实际位置和地形情况能否符合建立动态GPS参考站的要求。

（二）求定测区转换参数

在WGS-84坐标系中实施GPS测量技术，由于实际测量和定位工程，是在国内北京54坐标或者当地坐标上建立的，因此就会存在转换坐标的问题。GPS静态测量技术需要在事后处理和转换坐标，并且可以把GPS技术运用到实际测量的过程中，需要及时给出当地实际坐标，所以进行坐标转换就变得十分重要。转换坐标的基本条件就是：需要至少三个以上大地点，包括北京54坐标、WGS-84地心坐标等，依据步尔莎模型来合理计算出七个转换参数。

（三）选定和建立参考点

在选择参考点的时候，需要选择交通方便、地势相

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