1、GPS 在输油管线测量中的应用中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号： 一、GPS 原理 24 颗 GPS 卫星在离地面 1 万 2 千公里的高空上，以 12 小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4 颗以上的卫星。 由于卫星的位置精确可知，在 GPS 观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用 3 颗卫星，就可以组成 3个方程式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有 4 个未知数，X、Y、Z 和钟差，因而需要引入第 4颗卫星，形成 4 个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度
2、和高程。 事实上，接收机往往可以锁住 4 颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组 4 颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。 由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的 SA 保护政策，使得民用 GPS 的定位精度只有 100米。为提高定位精度，普遍采用差分 GPS(DGPS)技术，建立基准站(差分台)进行 GPS 观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分 GPS，定位精度
3、可提高到 5 米。 二、GPS 的应用 由于 GPS 技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。 随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布 2000 年至 2006期间，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消 SA 政策，GPS 民用信号精度在全球范围内得到改善，利用 C/A 码进行单点定位的精度由 100米提高到 20 米，这将进一步推动 GPS 技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激 GPS 市场的增长。据有关专家预测，在美国，单单是汽车 GPS 导航系统，200
4、0 年后的市场将达到 30 亿美元，而在我国，汽车导航的市场也将达到 50 亿元人民币。可见，GPS技术市场的应用前景非常可观。 GPS 的用户部分由 GPS 接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接收 GPS 卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。在测量领域，随着现代的科学技术的发展，体积小、重量轻便于携带的 GPS 定位装置和高精度的技术指标为工程测量带来了极大的方便。 例如：我们在控制测量中使用的拓普康（TOPCON）HP-GD GPS 测量接收机其技术指标为： 双频主机、天线，RTK 电台一体化； ? 独特的电池设计、无需接线，使用 4h 以上； ?
5、5 次/秒的快速位置更新，可靠的卫星“超跟踪“技术； 新型于薄式控制器，4M 或 10M 的 PCMCIA 数据存储卡; ? 测量精度：静态测量?5mm+lppm RTK 测量 10mm 十 1ppm（平面） ? 20mm 十 1ppm(高程） 这些技术指标充分的满足了控制测量的精度要求。 三、通过 GPS 进行测量工作 工程测量主要应用了 GPS 的两大功能：静态功能和动态功能。静态功能是通过接收到的卫星信息，确定地面某点的三维坐标；动态功能是通过卫星系统，把已知的三维坐标点位，实地放样地面上。利比亚大象油田注水项目应用测量是于 2006 年开始的，2007 年在利比亚大象油田D1 输油站至
6、 GOSP 集输站输油管线控制测量中推广使用了静态功能这一技术,中线测量和带状测量利用了动态功能,该工程输油管线共 76 公里。 据利比亚及意大利有关测量专家介绍，经过多次的复测验证，GPS 技术定线测量的精度可以完全满足管线设计和管线建设的精度要求。 四、工程简介 1工程技术设计 针对利比亚大象油田业主所提的技术要求，并结合现场实际情况和自然条件，我单位提交了一份具有科学性的技术设计书，能够保证测绘工作的顺利进行和完成的质量。 2控制网布设 利比亚大象油田 D1 输油站至 GOSP 集输站输油管线,沿线均为黑石沙漠,地势比较平坦,该测区内原有坐标系统为:利比亚 79 坐标系；高程系为:地中海
7、高程基准；利比亚政府提供测区内的 8 个控制点（为起算数据）。根工程测量规范中 D 级控制要求,沿线布设控制点 42 个,控制网图见图1。 图 1 3GPS 静态测量功能 该工程采用 8 台仪器同时进行静态测量，共观测 9 个时段，每段时长为 60 分钟以上，观测次数为 5 秒/次，两天就全部完成静态外业工作，利用 GPS 数据处理软件进行静态平差，严格按照 D 级控制网要求平差，平差结果（三角网单位权中误差为：0.001165，高程拟合中误差0.003114） ，完全满足 D 级控制网要求，可供工程测量使用。 4GPSRTK 动态测量功能 根据静态解算结果，计算出该控制网的作业参数，包括：投
8、影带、中央子午线、七参数及旋转角。为动态测量提供可靠的数据来源。 全线采 GPSRTK 动态测量进行，该输油管线共分三个小组，每组 5个人一台车，投入 GPS 基准站三台，流动站 RTK 六台，经过 10 天，外业测量工作全部结束，按照预计时间提前 5 天完成。 内业通过 GPS 传输软件下载数据，在通过计算机利用成图软件 CASS7.0进行内业成图及出图。 5成果自检 针对我们所测量的成果，进行了互相自检。检查结果符合规范要求，成果合格率为 100。 6检查测量成果，动态测量功能与大地测量进行对比 业主要求用动态测量功能和全站仪测量各进行一次，以便检查测量成果的准确性，我们按要求通过全站仪进
9、行全线测量，结果两次测量成果误差在业主提供的要求允许范围之内。 本次测量工作严格按照 ISO9000 质量管理体系规定进行，对测量过程、进度及质量进行严格管理。由于两种测量方法本身的测量误差和坐标转换数学模型误差以及在平差计算中观测量权配置等因素引起两种测量方法的结果存在一定的差值，由于其三维坐标差值均小于10mm，因此可以满足该输油管线连接线加密施工控制网的精度要求。 7资料提交 在圆满的完成本次测量内外业工作和自检工作后，单位对该工程进行了技术总结报告的编定，严格按照规范要求进行编制，并对所有测绘成果进行二次检查之后，装订成册，提交业主，等待审核。 五、GPS 在本工程中的特点 1、通过
10、GPS 静态对本程首级控制工作简单化，并且对控制点精度得以保证。 2、GPSRTK 在能够接收卫星信号和基站信息的任何地方，可进行全天候的作业。 3、几台流站可利用一台基站信息进行数据采集，可独立作业。 4、GPSRTK 实时提供测点三维坐标及精度指标，现场能够及时对测量数据进行检查，避免了外业出现返工。 5、GPSRTK 误差不累积，提高了测量精度。 6、利用 GPS 测量技术提高了工作效率，对提前完成所有测量工作起到了关键性的作用。 六、结束语 GPS 卫星定位系统不仅提供了较高的定位精度，而且大大的提高了测量的工作效率。随着社会的进步和 GPS 技术的不断更新，GPS 技术已在测绘各个行业得到了广泛的应用，对测量工作起到了很大的作用。通过相关数据处理程序，大大的减轻了内外业工作量，因此 GPS 技术在长输管线中的应用具有广阔的前景。
