!!第一作者简介!毕逢东"男"高级工程师"硕士"研究方向为支线及城镇燃气管道生产运营#完整性管理及质量安全环保$!!收稿日期!"#""$#"$#%%!修回日期!"#""$#&$"&
'()测量系统在城镇燃气管道的应用
毕逢东
&中国石油天然气股份有限公司天然气销售分公司"北京*##*#*'
!!摘!要!!以'()技术原理为出发点"阐述'()技术优点及定位基本方法"分析'()测量系统在城镇燃气管网数字化#管道完整性管理中的应用"以及应用'
()$+,-.技术采集城镇燃气架空管道数据$指出'
()测量系统不足和解决方法$!!关键词!!'()测量系统%!管网数字化%!卫星定位
中图分类号!(
/00123!!文献标志码!4!!文章编号!*###$55*1&"#""'#3$#4%0$#5!"概述
'()&'678(9:6)9;6:7<9="实时动态'技术(*$%)
是一种测绘技术"集成了卫星定位系统和数据链系
统"能够为用户提供高精度定位服务$目前"'()技术已在油气管网可行性研究#设计#施工#投产#运
营全生命周期的各个阶段得到初步应用"产生了一定的经济和社会效益$本文以'
()技术原理为出发点"探索'
()技术与城镇燃气管网数字化建设的结合点"并给出了'
()测量技术在管道完整性管理中的应用案例$
#"
技术原理
!'
()技术优点卫星定位技术依据定位方式不同分为伪距法和
载波相位观测法$伪距法定位是指根据卫星接收机在某一时刻获得的至少5颗卫星的伪距及已知的卫星
坐标等参数"采用空间距离交汇的方法"求得接收机天线相位中心在既定坐标系中的三维坐标$这里的空间距离指的是卫星到接收机天线相位中心的距离"其值等于测距码信号到达接收机的传播时间乘光速$载波相位观测法定位"首先需要建立载波相位观测方程"然后利用泰勒级数展开使其线性化"最后通过多次迭代解线性方程组的方式计算出观测点的精确坐标$
'()技术具有如下优点!72定位精度高"'()测量系统的平面和高程定位精度可达到=
：级"而普通单点定位精度在*#：左右
(**$*&)
$>2作业条件宽泛"无须满足两点间通视"只需满足电磁波通视$=2无误差累积效应$?2作业效率高$'()测量系统可一次完成方圆*#@：左右作业区的测绘$62操作简便"数据处理能力强$流动站在移动过程中即可完成测绘工作"数据交互能力强"能方便快捷地与计算机和其他测量仪器通信$
!'
()技术原理在城镇燃气管网测绘的作业区域内"已经建设了若干基准站$已知基准站在某一坐标系下&如国家A
B A +"###坐标系'的准确坐标&一般:：级'$基准站对B
C ++卫星&包括北斗#B
D +#B ,
E C -++和A 78986
F 卫星'进行持续观测"接收B C ++卫星播发的观测数据&伪距观测值#载波相位观测值#广播星历数据'$然后基准站通过数据链&如5B 网络'将伪距观测值#载波相位观测值以及基准站准确坐标传输到数据处理中心$
'()作业时"流动站通过B C ++定位接收机接收B
C ++卫星播发的观测数据"包括伪距观测值#载波相位观测值#广播星历数据$流动站首先利用广播星历数据应用文献(*1)
%%$%&
的方法"计算出所有
第5"卷!第3期"#""年3月
煤气与热力
B -+GH I -(J F 825"
C F 23
-KL 2
"#""
观测到的卫星的坐标"再利用伪距观测值及计算得到的卫星坐标"根据文献(*1)**#$**"的方法"计算得到流动站普通单点定位坐标"作为初始坐标"定位精度&M*#:$
流动站得到初始坐标后"通过无线网络&如5B 网络'将初始坐标传输到数据处理中心$数据处理中心根据流动站初始坐标"选择距离流动站较近&*&@：以内'的基准站作为本次作业的基准站"将此基准站称为选定基准站$数据处理中心通过数据链&如5B网络'"按照流动站固有的用户名及N O 号"将差分数据&选定基准站接收的伪距观测值#载波相位观测值以及选定基准站的准确坐标'立即反馈给流动站$
数据处理中心从流动站发送初始坐标开始"以一定频率发送差分数据"直到流动站作业结束"流动站退出服务"数据处理中心停止发送差分数据$流动站根据差分数据和自身同步接收的B C++卫星播发的观测数据"采用文献(*1)**1$**3方法"解算得到流动站位置&=：级定位结果'$
流动站可处于静止状态"也可处于运动状态$可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业"也可在动态条件下直接开机"并在动态环境下完成动态定位(*P)$
'"  测量系统的应用
!在城镇燃气管网数字化中的应用
城镇燃气管网规模庞大#拓扑结构复杂多变"新旧燃气管道并存"各级管道在地上#地下纵横交织"测绘普查工作困难"严重阻碍了燃气管网数字化进程$在全国中等及以上城市的管网中"老旧燃气管道依旧占有较大比重"其日常监管工作历来是燃气业务的痛点之一$全国城镇燃气管网年新增里程随我国城市化进程加快逐年迅速递增"新增城镇燃气管网在规划#建设#监督全流程领域实现了数字化管理"为老旧城镇燃气管网的监管提供了新的思路和方法$
'()测量系统应用场景如下(""*3$"*)$
姜鹏在哈尔滨的实力72在城镇燃气管网建设时期"利用'()测量系统采集管道及其沿线基础设施坐标"录入数据库"作为将来运
维的依据%在运营维护阶段"借助于B N+系统强大的地理空间分析能力"实现燃气管网的网格化#数字化管理"做到精准运维$
>2对老旧管网进行普查测绘$'()测量系统结合管线探测仪等设备"绘制老旧管道分布图"并将此信息录入B N+系统"实现老旧管道管理的数字化$ =2利用'()测量系统精确定位的特点指导管道施工建设$在管道施工中测量加密控制点的坐标%在进行放样作业时"'()电子手簿中软件的放样功能"可以用来指导点#直线和曲线的放样作业(*)%可以测量地形碎部点坐标"绘制精确地形地貌图%可以利用'()测量系统采集数据"进行土方工程量的计算(P)$
!在管道完整性管理中的应用
管道及其沿线基础设施数据采集是管道完整性管理中的重要方面"数据采集伴随管道完整性管理的整个过程!前期规划#中期建设#后期运维$'()测量系统("*$"")在管道完整性管理中的应用包括以下%方面$
72地质灾害监测
利用'()测量系统定位精度高的特点将其用于对沉降变形#地质位移等灾害的监测"以达到提前预警#减少损失的目的$
>2管道防腐层质量评价
首先利用'()测量系统配合O.管道防腐层检测仪("%)或D A.Q管道防腐层检测仪("5)进行非开挖检测"以确定防腐层破损点的位置"然后根据电流衰减数据和O.防腐层检测评价系统("&)对防腐层质量进行评价"最后将现场数据通过I R=68生成).，格式的文件叠加在卫星影像图上"利用B N+信息管理系统对数据进行统一管理$通过影像图可以复现管道走向#破损点分布及管道附属设施分布"进行数据类别统计"筛选显示破损点数量$后期需要开挖时"只需要将开挖点坐标数据输入'()测量系统内进行坐标放样作业"根据提示就能到开挖点的准确位置$
=2定位管道内检测设备位置
在进行管道内检测作业时"利用'()测量系统结合管道电子标识器("&)"可以实时准确定位管道内检测设备的精确位置$
!基于'()$+,-.技术采集城镇燃气架空管道数据
在进行城镇燃气管道测量作业时"'()数据链易受高大建筑物和高频信号源干扰"导致信号衰减幅度大"影响作业精度和半径$在高楼密集区"B D+信号容易被遮挡$电离层的电磁环境可能导致B D+
第5"卷!第3期煤气与热力!S S S2L7T U67<2=;
接收机初始化时间延长$
'()$+,-.技术为解决上述问题提供了新思路$同步定位与地图构建&+9
:K8<7;6F KT ,F =789V 7<9F ;7;?.7WW9;L "+,-.'技术(*#)是载体自主导航的关键技术之一"能够在复杂环境下实现高精度定位与建图$+,
-.系统(0$*#)采用相对定位策略"长时间作业会产生误差累积"通过将'
()测量系统测量得到的坐标融合到+,-.系统的办法能够解决该问题$
架空管道数字化测量作业内容包括!管道坐标测绘与成图%管道坐标数据点#线表的编辑及系统录入%管道周围风险识别检查$'
()$+,-.技术采集得到的激光点云成像数据结果见图*"可以看出"利用'
()$+,-.技术"可以获得高精度架空管道的位置信息$通过软件点选任意点"可显示该点=：级高精度坐标
$
图!"(
)*%+,-.技术采集得到的激光点云成像数据结果
激光点云成像数据可全面显示被测管道及周围环境的实际信息"任意一点可测量"并具有真实坐标"可针对燃气管道三通#弯头等特征点利用特征集工具进行编辑#分类"为管道数字化提供=：级测绘成果$'
()$+,-.技术激光点云成像数据特征提取见图"&图中绿线表示提取的管道
'$
图#"(
)*%+,-.技术激光点云成像数据特征提取 !'
()测量系统不足和解决方法'()测量系统的主要误差分为系统误差和偶然误差$系统误差来源包括!电离层折射#数据链随
机误差#B
D +接收机天线相位中心位置随机波动$受地形#地貌的影响"地面基准站或移动站可能
接收不到卫星信号$在山区"由于相对高程差较大"卫星信号可能长时间处于被屏蔽状态"导致每天可用作业时间减少$卫星定位系统信号质量受大气电离层电磁环境影响较大$适当选择作业时间可在一
定程度上减少电离层对'
()测量系统的影响(*)$数据链受电磁环境干扰和地形影响较大"作业
半径超过一定距离"会产生误差超限问题$通过在测区中央最高点布设基准站"以及在环境不良地段增设
控制点的办法可以有效延长测量半径$从卫星定位系统获取的是接收机天线相位中心坐标$理论上"接收机天线相位中心与其几何中心重合$工程实践中天线的相位中心受输入信号频率#方位角#高度角的影响而变化"导致相位中心偏离其几何中心$因此为了保证定位精度"必须进行天线校正$
影响'
()测量系统定位精度的因素是多方面的"综合考虑各部分因素"按规程操作"适时多次测量$
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&本文责任编辑!刘灵芝
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第5"卷!第3期
煤气与热力!
S S S 2L 7T U67<2=;