【文章內(nèi)容簡介】 區(qū)及密集管網(wǎng)區(qū)。為了針對(duì)多管線地區(qū)出現(xiàn)的探側(cè)問題，國內(nèi)及國外在探側(cè)儀上加快了研究，來適應(yīng)多管線區(qū)的探側(cè) [4]。 本章 小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了城市地下管網(wǎng)的分類及其具體內(nèi)容，以及它們各自的特點(diǎn)。城市地下管線測(cè)量手段的現(xiàn)狀，城市地下管線信息系統(tǒng)建立的必要性及其發(fā)展現(xiàn)狀。從 而對(duì)城市地下管線有了明確的定位。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 5 第 3 章 城市地下管線測(cè)量 管線數(shù)據(jù)是一切的基礎(chǔ)，只有先獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)才可以制出正確的地圖，才能構(gòu)建可靠的信息系統(tǒng)，測(cè)量的過程是科學(xué)有序的，這就對(duì)操作者提出了更高的要求。本章就是城市地下管線的探查開始，逐步深入研究城市地下管線的測(cè)量、原始數(shù)據(jù)的處理，最后使用處理過的數(shù)據(jù)編繪地圖。 城市地下管線調(diào)查與探測(cè) 常用的地下管線探測(cè)設(shè)備 隨著科技的進(jìn)步，用來探測(cè)地下管線的設(shè)備也比上世紀(jì) 80 年代有了很大進(jìn)步。 電磁法有不用開挖、不影響交通、探測(cè)精度較高的優(yōu)點(diǎn)，利用電磁法探查城市老管道的走向及埋深是一種可行的方法，目前比較成熟的利用電磁法探測(cè)的設(shè)備有探地雷達(dá)、地下管道探測(cè)儀和智能型全站儀。 探地雷達(dá)是一種非破壞性的反射波地面探測(cè)系統(tǒng)，波源為高頻電磁脈沖，對(duì)地表和地下無破壞作用，可以在城市內(nèi)各種噪聲環(huán)境下工作，環(huán)境干擾較小，具有較滿意的探測(cè)深度及精度。對(duì)金屬及非金屬管道都能得到很好的探測(cè)結(jié)果。 地下管道探測(cè)儀是一種非破壞電磁波探測(cè)系統(tǒng)，有較好的抗干擾能力并能達(dá)到一定的探測(cè)深度，直觀顯示、輕便、靈活、效率較 高。現(xiàn)場可進(jìn)行實(shí)時(shí)長距離追蹤、定位，是野外施工最常用的儀器。 智能型全站儀可以完成各種高精度測(cè)量作業(yè)，具有新型存儲(chǔ)卡、傾斜角補(bǔ)償功能和標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算程序以及電子數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋? 針對(duì)地下管道周圍的地理和工作環(huán)境，可選擇使用最佳信號(hào)源，以減少目標(biāo)以外的干擾，提高精度。 地下管線探查 地下管線探查是指應(yīng)用地球物理勘探的方法對(duì)地下管線進(jìn)行定位、定走向、定埋深。它的原理是 :地下管線的存在會(huì)改變天然的或人為產(chǎn)生的地球物理場的分布，即產(chǎn)生異常。研究這些異常的形態(tài)、分布、形狀可獲得地下管線位置的有關(guān)資料。 地下 管線探查方法采用明顯管線點(diǎn)實(shí)地調(diào)查，隱藏管線點(diǎn)物探探查和開挖調(diào)查。在實(shí)際工作中采用這三種方法相結(jié)合進(jìn)行。三種方法以隱藏管線點(diǎn)物探探查技術(shù)難度最高，這里著重說明隱藏管線點(diǎn)物探探查。 常用的探測(cè)方法有兩種 : 充電法。對(duì)地下管線施加直流電，在地面上觀察電磁場的異常，以確定地下管線所在的位置，這種方法的特點(diǎn)是儀器輕便、方法簡單、定位精度高，在地下管線密黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 6 集的區(qū)域有較好的分辨率，但使用條件必須有可供充電的出露點(diǎn)，在地層電阻串低時(shí)效果差。 電磁感應(yīng)法。是觀察地下管線在一次電磁場作用下，利用發(fā)射線圈產(chǎn) 生的電磁 場對(duì)金屬管線感應(yīng)所產(chǎn)生的二次電磁場的變化規(guī)律以確定地下管線的位置，這種方法的特點(diǎn)是不需出露點(diǎn)，在地下管線比較少的情況下效果好。 為克服這些缺點(diǎn)，國外已研制出具有儀器輸出阻抗與被測(cè)管線阻抗自動(dòng)區(qū)分信號(hào)的探測(cè)儀，可最大限度地避免被測(cè)管線的電磁信號(hào)受周圍環(huán)境的干擾?？梢?，地下管線探測(cè)技術(shù)理論、儀器裝備、電算解釋應(yīng)屬物探理論及技術(shù)范疇，但又不同于常規(guī)的工程物探 。應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)屬于工程測(cè)量，又與常規(guī)的工程測(cè)量不一樣，它是運(yùn)用物探的原理對(duì)地下隱蔽體進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量 的技術(shù) [5]。 地下管線測(cè)量 地下管線測(cè)量是指對(duì)管線點(diǎn)的地面標(biāo)志進(jìn)行平面位置和高程連測(cè) 。計(jì)算管線點(diǎn)的坐標(biāo)和高程、測(cè)定地下管線有關(guān)的地面附屬設(shè)施和測(cè)量地下管線的帶狀地形圖，編制成果表。 地下管線測(cè)量一般包括以下內(nèi)容 :控制測(cè)量，已有地下管線測(cè)量，地下管線定線與竣工測(cè)量，測(cè)量成果的檢查驗(yàn)收?？刂茰y(cè)量應(yīng)在城市的等級(jí)控制網(wǎng)基礎(chǔ)上布設(shè)，其方法為現(xiàn)有的成熟的測(cè)量方法均可采用。如電磁波導(dǎo)線，靜態(tài)、快速靜態(tài)和動(dòng)態(tài) GPS 測(cè)量。管線點(diǎn)的平面位置和高程測(cè)量可采用 GPS 測(cè)量、導(dǎo)線串聯(lián)法或極坐標(biāo)法等。 控制測(cè)量 控制測(cè)量是建立和測(cè)定控制點(diǎn)并獲得精確控制點(diǎn)參數(shù)的測(cè)量技術(shù)過程。控制測(cè)量作業(yè)包括技術(shù)設(shè)計(jì)、實(shí)地選點(diǎn)、標(biāo)石埋設(shè)、觀測(cè)和平差計(jì)算等主要步驟。在常規(guī)的高等級(jí)平面控制測(cè)量中，當(dāng)某些方面受到地形條件限制不能是相鄰控制點(diǎn)間直接通視時(shí)，需要在控制點(diǎn)上建造測(cè)標(biāo)。首先在地形圖上標(biāo)出已有控制點(diǎn)和測(cè)區(qū)范圍，再根據(jù)測(cè)量目的對(duì)控制網(wǎng)的具體要求，結(jié)合地形條件在圖上設(shè)計(jì)出控制網(wǎng)的形式和選定控制點(diǎn)的位置，然后到實(shí)地踏勘，判明圖上標(biāo)定的已知點(diǎn)是否與實(shí)地相符，并查明標(biāo)石是否完好；查看預(yù)選的路線和控制點(diǎn)點(diǎn)位是否合適，通視是否良好；如有必 要再做適當(dāng)調(diào)整并在圖上標(biāo)明。根據(jù)圖上設(shè)計(jì)的控制網(wǎng)方案到實(shí)地選點(diǎn)，確定控制點(diǎn)的最適宜位置。控制點(diǎn)的坐標(biāo)或高程是由起算數(shù)據(jù)和觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)平差計(jì)算得到的 [6]。 先布設(shè)首級(jí)控制然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步加密，坐標(biāo)系統(tǒng)多采用 1980 年國家坐標(biāo)系或 1954 年北京坐標(biāo)系。在建立平面控制的同時(shí)，布設(shè)三四等水準(zhǔn)網(wǎng)作為首級(jí)高程控制。為測(cè)量地下管線具體細(xì)部點(diǎn)的需要，在等級(jí)控制的基礎(chǔ)下，靈活布設(shè)圖根導(dǎo)線進(jìn)行加密和圖根水準(zhǔn)或三角高程的測(cè)量。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 7 控制點(diǎn)點(diǎn)位一般滿足：點(diǎn)位穩(wěn)定，等級(jí)控制點(diǎn)應(yīng)能長期保存；便于擴(kuò)展、加密和觀測(cè)。經(jīng)選點(diǎn)確定的控制點(diǎn)點(diǎn)位 ，要進(jìn)行標(biāo)石埋設(shè)、保存至關(guān)重要。 測(cè)量的原則是測(cè)量工作必須遵循 “從整體到局部，先控制后碎部 ”。這里的 “整體 ”是指控制測(cè)量 (control survey)，其含義為控制測(cè)量應(yīng)按由高等級(jí)到低等級(jí)逐級(jí)加密進(jìn)行，直至最低等級(jí)的圖根控制測(cè)量 (mapping control survey)，再在圖根控制點(diǎn)上安置儀器進(jìn)行碎部測(cè)量或測(cè)設(shè)工作。 GPS 控制測(cè)量 控制網(wǎng)布設(shè)原則 GPS 控制網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)遵守以下原則： ① GPS 控制網(wǎng)內(nèi)應(yīng)重合 3～ 5 個(gè)原有城市二等控制點(diǎn)或在城市里的國家一、二等控制點(diǎn)。除地ＧＰＳ控制網(wǎng)內(nèi) 短邊未知點(diǎn)構(gòu)網(wǎng)觀測(cè)外，還應(yīng)包括重合點(diǎn)在內(nèi)，對(duì)控制網(wǎng)內(nèi)構(gòu)成長邊圖形觀測(cè)，這種長邊圖形，宜為重疊的大地四邊形或中點(diǎn)多邊形。 ② 隧道洞口、豎井和車站附近應(yīng)布設(shè)控制點(diǎn)，相鄰控制點(diǎn)應(yīng)有兩個(gè)以上的方向通視，其它位置的控制點(diǎn)間應(yīng)至少有一個(gè)方向通視。 ③ GPS 控制網(wǎng)必須由非同步獨(dú)立觀測(cè)邊構(gòu)成閉合環(huán)或附合路線（按長邊和短邊分別連接），每個(gè)閉合環(huán)或附合路線中的邊數(shù)規(guī)定見表 31。 ④ 在 GPS 控制網(wǎng)中，除所利用的城市控制點(diǎn)已有水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)的高程之外，其它 GPS點(diǎn)應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)應(yīng)采用四等水準(zhǔn)測(cè)量或不低于四等 水準(zhǔn)測(cè)量精度的其它方法測(cè)定。 表 31 GPS 控制測(cè)量作業(yè)的基本技術(shù)要求 項(xiàng)目 要求 接收機(jī)類型 雙頻或單頻 觀測(cè)量 載波相位 接收機(jī)標(biāo)稱精度 ≤ （ 10mm+210 6D ） 衛(wèi)星高度角（ 176。 ） ≥15 有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù) ≥4 觀測(cè)時(shí)段長度（ min） 短邊 ≥60 ，長邊 ≥90 數(shù)據(jù)采樣間隔（ s） 10～ 60 點(diǎn)位圖形幾何強(qiáng)度因子 ≤6 重復(fù)設(shè)站數(shù) ≥2 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 8 閉合環(huán)或附和路線中的 ≤6 邊數(shù) —— 同步觀測(cè)接收機(jī)臺(tái)數(shù) ≥3 GPS 網(wǎng)的選點(diǎn)埋石方法以及選點(diǎn)埋石的原則 在理解 GPS 控制網(wǎng) 布設(shè)的原則后，下一步就是建網(wǎng)的基礎(chǔ)： GPS 控制點(diǎn)的選取和埋石。 GPS 控制點(diǎn)均應(yīng)埋設(shè)永久性的標(biāo)石。建筑物上的點(diǎn)下層標(biāo)心應(yīng)埋入樓頂平臺(tái)混凝土中，上層標(biāo)石應(yīng)固結(jié)在樓頂板平臺(tái)上，并涂防水材料?？刂泣c(diǎn)埋設(shè)磐石和柱石時(shí)，上下兩層標(biāo)志中心的偏差應(yīng)小于 2mm。車站、洞口和豎井附近建筑物的ＧＰＳ控制點(diǎn)上宜建造三腳鋼架或豎立照準(zhǔn)桿。埋石后應(yīng)辦理測(cè)量標(biāo)志委托保管書。 在選點(diǎn)埋石的之前，必須要注意，當(dāng)利用城市已有控制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)檢查該點(diǎn)的穩(wěn)定性及完好性。地面上的控制點(diǎn)應(yīng)選在利于保存、施測(cè)方便的地方。如果控制點(diǎn)選在建筑物上，建筑物上的控 制點(diǎn)應(yīng)選在便于聯(lián)測(cè)的地方?？刂泣c(diǎn)上應(yīng)視野開闊，并避開多路徑效應(yīng)的影響，以免因?yàn)橐暰€不暢影響測(cè)量的精度。 外業(yè)觀測(cè)、數(shù)據(jù)處理 GPS 控制點(diǎn)埋設(shè)完畢，對(duì) GPS 接收機(jī)和各種必要的設(shè)備進(jìn)行必要的檢定檢查后，根據(jù)測(cè)區(qū)的地理?xiàng)l件和交通情況安排工作計(jì)劃和調(diào)度命令，即可進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)。 GPS外業(yè)觀測(cè)工作主要包括接收機(jī)天線安置、開機(jī)觀測(cè)與記錄。天線安置完成后，接通接收機(jī)和電源、天線的連接電纜，即可啟動(dòng)接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)。接收機(jī)鎖定衛(wèi)星并開始記錄數(shù)據(jù)后觀測(cè)員可進(jìn)行必要的輸入（如點(diǎn)名、時(shí)段號(hào)、天線高等）和查詢操作。 GPS控制網(wǎng)外 業(yè)觀測(cè)的全部數(shù)據(jù)應(yīng)滿足下列要求： ① 同步環(huán)各坐標(biāo)分量及全長閉合差見公式 要求。 ② 獨(dú)立基線構(gòu)成的獨(dú)立環(huán)各坐標(biāo)分量及全長閉合差應(yīng)滿足公式 要求。 ③ 復(fù)測(cè)基線的長度較差應(yīng)滿足公式 的要求。 GPS 控制測(cè)量作業(yè)的基本技術(shù)要求見表 的規(guī)定。 2 2 222W W W5 5 5W = W W W3W5()X Y ZX Y ZN N NNa bd? ? ???? ? ?????? N—— 同步環(huán)中基線邊個(gè)數(shù) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 9 W—— 基線閉合差 ? —— 標(biāo)準(zhǔn)差，即基線向量的弦長中誤差 (mm) a—— 固定誤差 (mm) b—— 比例誤差系數(shù) (1 106) d—— GPS 控制網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的平均距離 (km) （ ） d2S N ??? N—— 同一邊復(fù)測(cè)次數(shù)，通常是 2 （ ） 獲得 GPS 控制網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)的數(shù)據(jù)后，接下來就該進(jìn)行平差工作了。 GPS 控制網(wǎng)平差分分為無約束平差和約束平差。無約束平差固定網(wǎng)上某點(diǎn)的坐標(biāo)平差目的主要是檢驗(yàn)網(wǎng)本身的內(nèi)部符合精度，同時(shí)為 GPS 大地高與公共點(diǎn)正高（或正常網(wǎng)）聯(lián)合確定GPS 網(wǎng)點(diǎn)的正高（或正常高）提供平差處理后的大地高程數(shù)據(jù)；二是非自由網(wǎng)平差，又叫約束平差平差時(shí)以國家大地坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系的某些點(diǎn)的坐標(biāo)邊長和方位角為約束條件，顧及 GPS 網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行平差計(jì)算；平差可以以三維模式進(jìn)行，也可以以二 維模式進(jìn)行。當(dāng)進(jìn)行二維平差時(shí)應(yīng)首先將三維 GPS 基線，向量坐標(biāo)及其方差陣轉(zhuǎn)換至二維平差計(jì)算面。 水準(zhǔn)測(cè)量 水準(zhǔn)測(cè)量（ leveling survey）指的是測(cè)定各點(diǎn)高程的作業(yè)。 水準(zhǔn)測(cè)量又名 “幾何水準(zhǔn)測(cè)量 ”，是用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺測(cè)定地面上兩點(diǎn)間高差的方法。在地面兩點(diǎn)間安置水準(zhǔn)儀，觀測(cè)豎立在兩點(diǎn)上的水準(zhǔn)標(biāo)尺，按尺上讀數(shù)推算兩點(diǎn)間的高差。通常由水準(zhǔn)原點(diǎn)或任一已知高程點(diǎn)出發(fā)，沿選定的水準(zhǔn)路線逐站測(cè)定各點(diǎn)的高程。由于不同高程的水準(zhǔn)面不平行，沿不同路線測(cè)得的兩點(diǎn)間高差將有差異，所以在整理國家水準(zhǔn)測(cè)量成果時(shí)，須按所 采用的正常高系統(tǒng)加以必要的改正，以求得正確的高程。我國國家水準(zhǔn)測(cè)量依精度不同分為一、二、三、四等。一、二等水準(zhǔn)測(cè)量稱為 “精密水準(zhǔn)測(cè)量 ”，是國家高程控制的全面基礎(chǔ)，可為研究地殼形變等提供數(shù)據(jù)。三、四等水準(zhǔn)測(cè)量直接為地形測(cè)圖和各種工程建設(shè)提供所必需的高程控制。 地下管網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集 地下管線點(diǎn)測(cè)量方法 目前比較常用的管線點(diǎn)測(cè)量方法有有極坐標(biāo)方法、量距法、方向距離交會(huì)法、直角坐標(biāo)法和方向交會(huì)法。 極坐標(biāo)方法：即在已知坐標(biāo)的測(cè)站點(diǎn)上安置全站儀或測(cè)距經(jīng)緯儀，在測(cè)站定向后觀測(cè)測(cè)站點(diǎn)至碎部點(diǎn)的方向、 天頂距、和斜距，進(jìn)而計(jì)算碎部點(diǎn)的中點(diǎn)坐標(biāo)。極坐黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 10 標(biāo)法測(cè)定碎部點(diǎn)，在多數(shù)情況下，棱鏡中心能安置在待測(cè)碎部點(diǎn)上，但在有些情況下棱鏡只能安置在碎部點(diǎn)的周圍，如果棱鏡位置、碎部點(diǎn)和測(cè)站點(diǎn)之間構(gòu)成特殊的幾何關(guān)系，則通過對(duì)棱鏡位置的觀測(cè)就可以推算待定碎部點(diǎn)的坐標(biāo)。 量距法 :如果部分碎部點(diǎn)受到通視條件的限制不能用全站儀直接觀測(cè)計(jì)算坐標(biāo)，則可根據(jù)周圍已知點(diǎn)通過丈量距離計(jì)算碎部點(diǎn)的坐標(biāo)。 ① 方向距離交會(huì)法：由已知碎部點(diǎn) A 和 B 量至待定碎部點(diǎn)的距離為 SAJ 和 SBJ，A 和 B 坐標(biāo)分別為 XA、 YA 和 XB、 YB，當(dāng) A、 B、 J 按逆時(shí)針 編號(hào)時(shí)，則碎部點(diǎn) J 的坐標(biāo)計(jì)算 公 式 見公式 ()。 XJ=XA+SAJ?cos(TABα) YJ=YA+SAJ?sin(TABα) () ② 偏距法： A、 B 為已測(cè)碎部點(diǎn)，其坐標(biāo)為 XA、 YA 和 XB、 YB，待測(cè)碎部點(diǎn)為 J,JA、JB之間的夾角為直角，量出短邊距離 SBJ，則碎部點(diǎn) BJ的計(jì)算 公 式 見公式 ()。 α=2arccos[√L（ L