王寒晖
天津市勘察设计院集团有限公司 天津 300191
摘要 城市地下管线建设是城市发展的重点之一。近年来，管线探测的仪器设备和方法也在不断推陈出新。对管线点的定位技术繁多，各自具有其独特的优势。其中，倾斜测量是基于RTK技术衍生出的一种测量定位的解决方案。本文结合某道路地下管线探测工程，介绍RTK技术理论，倾斜测量的原理与解算机制，分析其测量精度，探讨倾斜测量运用于管线测量工作中的可行性。
关键词 GNSS-RTK；地下管线测量；倾斜测量；测量精度
1 引言
城市地下管线是城建的重要一环，被称为城市的命脉，进行信息传输及能源运输为其最重要的职能。人们的正常生活与之休戚相关，保证其正常的运作条件能够为现代化城市高效率运转提供保障。正因如此，发展地下管线的测绘技术，在此基础之上开展对城市地下管线的探查工作，可以更加高效率地实现城市地下管线管理系统化、科学化的进程，更好地为城市建设服务［1］。城市地下管线测量是指具有相应测量资质的专业队伍，根据有关测量规程和规定，采用对症下药的技术方法，对位于城市建成区与开发区的各种地下管线，以及管线所属的配套设施实施测量。这项工作的重要目标是为城市规划部门和相应的专业管线部门提供基础资料，从而保证了整个城市地下管线的运行稳定性。城市地下管线测绘范围包括了测区内所有埋于地下的管线，如供电、给水、燃气、热力、工业、通信和其他特种管线［2］［3］。对管线点的定位是地下管线测量的重要环节。通常，我们会采用GNSS-RTK技术对其进行有效的处理。同时利用全站仪采集一些重要的控制点。另外，在测量过程中要注意保证数据的精度达到规范要求，还需要记录管道本身的类型和材质，以便更好地保障成果质量。
2 GNSS-RTK技术理论基础
GNSS-RTK，全称为实时动态载波相位差分技术，是依托于全球卫星的定位导航系统的重要应用之一，它是一种实时处理两个测站载波相位观测的差分方法。作为新的常用的卫星定位测量方法，近年来已逐渐取代传统的静态、快速静态、动态测量等方式。其基本原理是固定一部GPS接收机作为基准站对GPS卫星实施观测，对采集到的载波相位观测信号进行处理，将其调制到基准站无线电台的载波上，然后通过基准站进行传输；另外布置一部GPS接收机作为流动站，在接收GPS卫星信号和采集载波相位观测量时，同时能够通过流动站的无线电台对基准参考站的电台发送的信号进行接收，GPS接收机利用基准站和流动站的载波相位观测量解算整周未知数，得到流动站的位置［4］。它的优点是可以实时提供野外测算点位的三维坐标，其精度能达到厘米级别，大大提高了测量外业工作的效率。借助RTK技术进行外业测量工作时，一般情况下应使对中杆严格垂直于大地水准面保持铅直状态，即水准气泡位于中心不偏离，否则会影响测量精度。这一环节引入了新的干扰因素，对中杆倾斜误差；即对中杆在使用中因为移动、挤碰等原因使对中杆轴与圆形水平器轴不平行,使得对中杆的圆形水平气泡虽然整平,但对中杆仍然不能保持铅直状态,增大了角度和距离产生误差的可能性。虽然可以通过校正等方式加以消除，但传统校正法的步骤烦琐，同时也加大了人员成本的投入。RTK倾斜测量技术通过对倾斜误差的补偿，对获取的定位坐标进行改正，较好地解决了这一问题。
3 RTK倾斜测量原理
RTK倾斜测量技术，是通过在流动站的GPS接收机上集成进行倾斜改正的装置，使对中杆在垂直或是保持倾斜状态时，改正归算出仪器定位坐标。倾斜测量在进行改正的时候，测量仪器在当前状态下获取三个数据；倾斜角，即对中杆与杆尖位置铅垂线的角度；方位角，即对中杆倾斜时投影到平面坐标系中的方位角；相位中心坐标，即当前RTK获取的天线坐标。通过仪器实时解算以上数据，得到对中杆下尖的位置坐标。RTK倾斜测量集成改正补偿模块分为两类，一类是基于电子罗盘或磁力计地磁解算，另一类是是使用加速度计和陀螺仪两种传感器相结合的惯性传感器IMU［5］。前者的原理是利用霍尔效应测量当地位置的磁场强度和方向，将其与地磁场矢量相对应，从而得到仪器与东西南北四个方向上的夹角；由于每个地区地磁强度方向不尽相同，每次作业前须进行校准；且易受到磁场变化的因素干扰，进而影响测量结果。后者的原理是使用陀螺仪和加速度计，测量运动中仪器的角速率和加速度信息，通过积分运算得到仪器的加速度、姿态、朝向等参数；其不依赖外界信息，不受外部电磁干扰影响，同时数据更新率高，能获得更好的短期精度和稳定性。下文实验中所使用的Leica GS18 GPS接收机搭载的倾斜测量模块属于后者的惯性测量单元。
4 工程实验与分析
本次工程实验是在天津市某管线工程的带状地形图作业中，对GNSS系统成果进行可靠性以及精度分析。所使用的仪器是LEICA GS18倾斜GPS接收机。选取测区内15个管线点位，使用 GS18的集成VRS测量系统，在地面做好标记后对点位进行RTK倾斜测量，观测数统一为3s，倾斜测量角度控制在0°~30°以内；用LEICA TZ12全站仪对15个实验点进行复测，比较先前的测量成果坐标和复测结果，如表1所示。
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依照CJJ/T8-2011《城市测量规范》、CJJ61-2003《城市地下管线探测技术规程》的相关要求，平面位置中误差ms不大于±5㎝，高程测量中误差mh不大于±3㎝，可知RTK倾斜测量的成果符合规范要求，且误差均在2倍中误差以内，即小于限差标准。
5 结语
（1）通过本次实验可以证明，RTK测量技术所得坐标成果在经过倾斜改正后精度良好，且高程优于仪器标称精度；实验结果说明，在作业环境较好的条件下，RTK倾斜测量的成果精度符合管线测量相关规范要求；
（2）在外部作业的使用过程中，搭载RTK倾斜改正的GPS接收机手簿显示界面与普通设备相比较，其测量界面比较直观，使用者可直接观察测点坐标、仪器位置、倾角、朝向等信息，对测量及放样工作可以带来一定帮助；
（3）倾斜测量由于测量时可使天线保持在一定的范围内移动，对测点周边环境依赖性较小；测量房角、墙角、植被密集区、架空管道和上方存在遮蔽的地物时表现良好；且可以通过远离水面、光滑地面、墙面等方式削弱多路径效应带来的影响；
综上所述，倾斜测量应用于城市管线测量工作具有其可行性，合理利用倾斜测量技术能进一步为地下管线的建设工作带来有利的因素。
参考文献：
［1］ 裴志. 地下管线探查与测绘技术[J]. 测绘通报, 2016(S1):89-90.
［2］ 鲁玉甫. 浅析地下管线测量的几个问题[J]. 低碳世界, DTSJ.0.2016-10-139.
［3］ 韩毓, 郭茜茜, 宋丽珍. 地下管线探查与测绘技术[J]. 城市勘测, 2018, 167(S1):267-271.
［4］ 曹崇,刘晗,荣亮．GPS RTK在管线测量中的应用及其精度检验[J]．城市建筑,2016,000(023):125-125
［5］ 刘才龙．惯导技术在GNSS-RTK倾斜测量中的应用[J]．阜阳师范大学学报（自然科学版）,2020,37(3):14-18
作者简介：王寒晖（1994—），27岁，男，满族，本科，学士学位，助理工程师，从事工作：地下管线测量。
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