城市地下管线测量与管理信息系统

城市地下管线测量与管理信息系统内容摘要：

区及密集管网区。 为了针对多管线地区出现的探侧问题，国内及国外在探侧仪上加快了研究，来适应多管线区的探侧 [4]。 本章 小结 本章详细介绍了城市地下管网的分类及其具体内容，以及它们各自的特点。 城市地下管线测量手段的现状，城市地下管线信息系统建立的必要性及其发展现状。 从 而对城市地下管线有了明确的定位。 黑龙江工程学院本科生毕业 论文 5 第 3 章 城市地下管线测量 管线数据是一切的基础，只有先获取准确的数据才可以制出正确的地图，才能构建可靠的信息系统，测量的过程是科学有序的，这就对操作者提出了更高的要求。 本章就是城市地下管线的探查开始，逐步深入研究城市地下管线的测量、原始数据的处理，最后使用处理过的数据编绘地图。 城市地下管线调查与探测 常用的地下管线探测设备 随着科技的进步，用来探测地下管线的设备也比上世纪 80 年代有了很大进步。 电磁法有不用开挖、不影响交通、探测精度较高的优点，利用电磁法探查城市老管道的走向及埋深是一种可行的方法，目前比较成熟的利用电磁法探测的设备有探地雷达、地下管道探测仪和智能型全站仪。 探地雷达是一种非破坏性的反射波地面探测系统，波源为高频电磁脉冲，对地表和地下无破坏作用，可以在城市内各种噪声环境下工作，环境干扰较小，具有较满意的探测深度及精度。 对金属及非金属管道都能得到很好的探测结果。 地下管道探测仪是一种非破坏电磁波探测系统，有较好的抗干扰能力并能达到一定的探测深度，直观显示、轻便、灵活、效率较 高。 现场可进行实时长距离追踪、定位，是野外施工最常用的仪器。 智能型全站仪可以完成各种高精度测量作业，具有新型存储卡、倾斜角补偿功能和标准计算程序以及电子数据传输等功能。 针对地下管道周围的地理和工作环境，可选择使用最佳信号源，以减少目标以外的干扰，提高精度。 地下管线探查 地下管线探查是指应用地球物理勘探的方法对地下管线进行定位、定走向、定埋深。 它的原理是 :地下管线的存在会改变天然的或人为产生的地球物理场的分布，即产生异常。 研究这些异常的形态、分布、形状可获得地下管线位置的有关资料。 地下 管线探查方法采用明显管线点实地调查，隐藏管线点物探探查和开挖调查。 在实际工作中采用这三种方法相结合进行。 三种方法以隐藏管线点物探探查技术难度最高，这里着重说明隐藏管线点物探探查。 常用的探测方法有两种 : 充电法。 对地下管线施加直流电，在地面上观察电磁场的异常，以确定地下管线所在的位置，这种方法的特点是仪器轻便、方法简单、定位精度高，在地下管线密黑龙江工程学院本科生毕业 论文 6 集的区域有较好的分辨率，但使用条件必须有可供充电的出露点，在地层电阻串低时效果差。 电磁感应法。 是观察地下管线在一次电磁场作用下，利用发射线圈产 生的电磁 场对金属管线感应所产生的二次电磁场的变化规律以确定地下管线的位置，这种方法的特点是不需出露点，在地下管线比较少的情况下效果好。 为克服这些缺点，国外已研制出具有仪器输出阻抗与被测管线阻抗自动区分信号的探测仪，可最大限度地避免被测管线的电磁信号受周围环境的干扰。 可见，地下管线探测技术理论、仪器装备、电算解释应属物探理论及技术范畴，但又不同于常规的工程物探。 应用领域应属于工程测量，又与常规的工程测量不一样，它是运用物探的原理对地下隐蔽体进行准确测量 的技术 [5]。 地下管线测量 地下管线测量是指对管线点的地面标志进行平面位置和高程连测。 计算管线点的坐标和高程、测定地下管线有关的地面附属设施和测量地下管线的带状地形图，编制成果表。 地下管线测量一般包括以下内容 :控制测量，已有地下管线测量，地下管线定线与竣工测量，测量成果的检查验收。 控制测量应在城市的等级控制网基础上布设，其方法为现有的成熟的测量方法均可采用。 如电磁波导线，静态、快速静态和动态 GPS 测量。 管线点的平面位置和高程测量可采用 GPS 测量、导线串联法或极坐标法等。 控制测量 控制测量是建立和测定控制点并获得精确控制点参数的测量技术过程。 控制测量作业包括技术设计、实地选点、标石埋设、观测和平差计算等主要步骤。 在常规的高等级平面控制测量中，当某些方面受到地形条件限制不能是相邻控制点间直接通视时，需要在控制点上建造测标。 首先在地形图上标出已有控制点和测区范围，再根据测量目的对控制网的具体要求，结合地形条件在图上设计出控制网的形式和选定控制点的位置，然后到实地踏勘，判明图上标定的已知点是否与实地相符，并查明标石是否完好；查看预选的路线和控制点点位是否合适，通视是否良好；如有必 要再做适当调整并在图上标明。 根据图上设计的控制网方案到实地选点，确定控制点的最适宜位置。 控制点的坐标或高程是由起算数据和观测数据经平差计算得到的 [6]。 先布设首级控制然后在此基础上进一步加密，坐标系统多采用 1980 年国家坐标系或 1954 年北京坐标系。 在建立平面控制的同时，布设三四等水准网作为首级高程控制。 为测量地下管线具体细部点的需要，在等级控制的基础下，灵活布设图根导线进行加密和图根水准或三角高程的测量。 黑龙江工程学院本科生毕业 论文 7 控制点点位一般满足：点位稳定，等级控制点应能长期保存；便于扩展、加密和观测。 经选点确定的控制点点位 ，要进行标石埋设、保存至关重要。 测量的原则是测量工作必须遵循 “从整体到局部，先控制后碎部 ”。 这里的 “整体 ”是指控制测量 (control survey)，其含义为控制测量应按由高等级到低等级逐级加密进行，直至最低等级的图根控制测量 (mapping control survey)，再在图根控制点上安置仪器进行碎部测量或测设工作。 GPS 控制测量 控制网布设原则 GPS 控制网的布设应遵守以下原则： ① GPS 控制网内应重合 3～ 5 个原有城市二等控制点或在城市里的国家一、二等控制点。 除地ＧＰＳ控制网内 短边未知点构网观测外，还应包括重合点在内，对控制网内构成长边图形观测，这种长边图形，宜为重叠的大地四边形或中点多边形。 ② 隧道洞口、竖井和车站附近应布设控制点，相邻控制点应有两个以上的方向通视，其它位置的控制点间应至少有一个方向通视。 ③ GPS 控制网必须由非同步独立观测边构成闭合环或附合路线（按长边和短边分别连接），每个闭合环或附合路线中的边数规定见表 31。 ④ 在 GPS 控制网中，除所利用的城市控制点已有水准联测的高程之外，其它 GPS点应根据需要进行水准联测，水准联测应采用四等水准测量或不低于四等 水准测量精度的其它方法测定。 表 31 GPS 控制测量作业的基本技术要求 项目 要求 接收机类型 双频或单频 观测量 载波相位 接收机标称精度 ≤ （ 10mm+210 6D ） 卫星高度角（ 176。 ） ≥15 有效观测卫星数 ≥4 观测时段长度（ min） 短边 ≥60 ，长边 ≥90 数据采样间隔（ s） 10～ 60 点位图形几何强度因子 ≤6 重复设站数 ≥2 黑龙江工程学院本科生毕业 论文 8 闭合环或附和路线中的 ≤6 边数 —— 同步观测接收机台数 ≥3 GPS 网的选点埋石方法以及选点埋石的原则 在理解 GPS 控制网 布设的原则后，下一步就是建网的基础： GPS 控制点的选取和埋石。 GPS 控制点均应埋设永久性的标石。 建筑物上的点下层标心应埋入楼顶平台混凝土中，上层标石应固结在楼顶板平台上，并涂防水材料。 控制点埋设磐石和柱石时，上下两层标志中心的偏差应小于 2mm。 车站、洞口和竖井附近建筑物的ＧＰＳ控制点上宜建造三脚钢架或竖立照准杆。 埋石后应办理测量标志委托保管书。 在选点埋石的之前，必须要注意，当利用城市已有控制点时，应检查该点的稳定性及完好性。 地面上的控制点应选在利于保存、施测方便的地方。 如果控制点选在建筑物上，建筑物上的控 制点应选在便于联测的地方。 控制点上应视野开阔，并避开多路径效应的影响，以免因为视线不畅影响测量的精度。 外业观测、数据处理 GPS 控制点埋设完毕，对 GPS 接收机和各种必要的设备进行必要的检定检查后，根据测区的地理条件和交通情况安排工作计划和调度命令，即可进行外业观测。 GPS外业观测工作主要包括接收机天线安置、开机观测与记录。 天线安置完成后，接通接收机和电源、天线的连接电缆，即可启动接收机进行观测。 接收机锁定卫星并开始记录数据后观测员可进行必要的输入（如点名、时段号、天线高等）和查询操作。 GPS控制网外 业观测的全部数据应满足下列要求： ① 同步环各坐标分量及全长闭合差见公式 要求。 ② 独立基线构成的独立环各坐标分量及全长闭合差应满足公式 要求。 ③ 复测基线的长度较差应满足公式 的要求。 GPS 控制测量作业的基本技术要求见表 的规定。 2 2 222W W W5 5 5W = W W W3W5()X Y ZX Y ZN N NNa bd     N—— 同步环中基线边个数 黑龙江工程学院本科生毕业 论文 9 W—— 基线闭合差  —— 标准差，即基线向量的弦长中误差 (mm) a—— 固定误差 (mm) b—— 比例误差系数 (1 106) d—— GPS 控制网中相邻点间的平均距离 (km) （ ） d2S N  N—— 同一边复测次数，通常是 2 （ ） 获得 GPS 控制网外业观测的数据后，接下来就该进行平差工作了。 GPS 控制网平差分分为无约束平差和约束平差。 无约束平差固定网上某点的坐标平差目的主要是检验网本身的内部符合精度，同时为 GPS 大地高与公共点正高（或正常网）联合确定GPS 网点的正高（或正常高）提供平差处理后的大地高程数据；二是非自由网平差，又叫约束平差平差时以国家大地坐标系或地方坐标系的某些点的坐标边长和方位角为约束条件，顾及 GPS 网与地面网之间的转换参数进行平差计算；平差可以以三维模式进行，也可以以二 维模式进行。 当进行二维平差时应首先将三维 GPS 基线，向量坐标及其方差阵转换至二维平差计算面。 水准测量 水准测量（ leveling survey）指的是测定各点高程的作业。 水准测量又名 “几何水准测量 ”，是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。 在地面两点间安置水准仪，观测竖立在两点上的水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。 通常由水准原点或任一已知高程点出发，沿选定的水准路线逐站测定各点的高程。 由于不同高程的水准面不平行，沿不同路线测得的两点间高差将有差异，所以在整理国家水准测量成果时，须按所 采用的正常高系统加以必要的改正，以求得正确的高程。 我国国家水准测量依精度不同分为一、二、三、四等。 一、二等水准测量称为 “精密水准测量 ”，是国家高程控制的全面基础，可为研究地壳形变等提供数据。 三、四等水准测量直接为地形测图和各种工程建设提供所必需的高程控制。 地下管网的数据采集 地下管线点测量方法 目前比较常用的管线点测量方法有有极坐标方法、量距法、方向距离交会法、直角坐标法和方向交会法。 极坐标方法：即在已知坐标的测站点上安置全站仪或测距经纬仪，在测站定向后观测测站点至碎部点的方向、 天顶距、和斜距，进而计算碎部点的中点坐标。 极坐黑龙江工程学院本科生毕业 论文 10 标法测定碎部点，在多数情况下，棱镜中心能安置在待测碎部点上，但在有些情况下棱镜只能安置在碎部点的周围，如果棱镜位置、碎部点和测站点之间构成特殊的几何关系，则通过对棱镜位置的观测就可以推算待定碎部点的坐标。 量距法 :如果部分碎部点受到通视条件的限制不能用全站仪直接观测计算坐标，则可根据周围已知点通过丈量距离计算碎部点的坐标。 ① 方向距离交会法：由已知碎部点 A 和 B 量至待定碎部点的距离为 SAJ 和 SBJ，A 和 B 坐标分别为 XA、 YA 和 XB、 YB，当 A、 B、 J 按逆时针 编号时，则碎部点 J 的坐标计算 公 式 见公式 ()。 XJ=XA+SAJ•cos(TABα) YJ=YA+SAJ•sin(TABα) () ② 偏距法： A、 B 为已测碎部点，其坐标为 XA、 YA 和 XB、 YB，待测碎部点为 J,JA、JB之间的夹角为直角，量出短边距离 SBJ，则碎部点 BJ的计算 公 式 见公式 ()。 α=2arccos[√L（ L。