专利名称：一种天然气长输管道位置信息采集方法
技术领域：
本发明涉及地下管道设施的监测，特别是关于一种天然气长输管道位置信息的采集方法。
背景技术：
长输管道具有地理空间跨度大，所涉及的地理信息、环境参数、运行参数、资源等数据庞大，敷设于地下，隐蔽工程多，运行压力和危险性高等特点。因此需要建立基于GIS 技术的信息系统，用于集成RS、GPS、DCS等多个数据源，为管道的运营维护提供坚实的数据支撑和得力的技术手段，实现决策和管理工作的科学化，降低管道运营风险。GIS系统管理和运行的基础是准确的管道空间位置信息。目前，位置信息采集由于施工条件复杂、施工单位多、多个施工段同时施工、管道回填速度快、施工过程的不可逆等因素，使得及时、准确、 完整地获取管道的空间位置信息非常困难。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种天然气长输管道位置信息采集方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种天然气长输管道位置信息采集方法，其特征在于，它通过管道控制测量和管道碎部测量两步骤获取管道的位置信息，其中管道控制测量包括布网一选点一埋桩一观测一解算，管道碎部测量包括碎部点观测一碎部点坐标值解算；所述布网是指在垂直于管道的两侧10 25m范围内，沿管道布设三角形或大地四边形的控制网，网内的每个控制点至少有一个方向是可以通视的，且相互通视的控制点之间距离在Ikm以内；所述选点是指在控制网内选择通视条件好、易找、地质坚固、400 米范围内无大功率无线电发射源、200米范围内无高压输电线的至高处作为测量用控制点； 所述埋桩是指在选定的控制点处埋设柱桩；所述观测是指在埋桩处安装GPS观测仪，至少3 台，按三角形或大地四边形布置，通过GPS获取各控制点处的信息；所述解算是指通过GPS 配套软件将GPS获取的控制点信息解算成平面坐标值和拟合高程值；所述碎部点观测是指将全站仪架设在控制点处，且能够和一个以上的管道控制点通视，全站仪到管道控制点的距离大于到管道碎部点的距离，且小于700m ；所述碎部点坐标值解算是指通过全站仪配套软件，利用管道控制测量时解算出的控制点平面坐标值和拟合高程值，计算出管道碎部点的坐标，所述碎部点坐标满足平面精度相对于临近管道控制点点位中误差< 0. 2米、高程精度相对于临近管道控制点高程中误差< 0. 1米，记为合格坐标。所述GPS观测可以为快速静态GPS观测，选用标称精度为5mm+2ppm的GPS接收机 6台，先查看卫星星历预报，选取卫星高度角彡15°、有效观测卫星数量彡4颗的时间区间内进行观测，任一颗卫星有效观测时间> 15分钟，数据采样间隔15 60秒，点的几何强度因子PDOP < 10，仪器对点误差<3毫米，全网重复设站率彡2，观测时天线定向标志指向正北方向，其偏差< 士5°，天线高在开机前和关机后各量取一次，每次量取至毫米，两次量取值之差不能超过3毫米，取前后两次测量高度的平均值作为最后确定的天线高度。
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所述GPS观测可以为GPS-RTK观测，观测仪距离参考基站小于10km，卫星数彡5， 高度角>15，？00 值<5，观测时天线定向标志指向正北方向，其偏差< 士5°，天线高在开机前和关机后各量取一次，每次量取至毫米，两次量取值之差不能超过3毫米，取前后两次测量高度的平均值作为最后确定的天线高度。使用GPS设备配套的软件进行控制点的坐标值解算时，首先进行基线和平差计算，然后选择满足外业各项精度和三维无约束平差检验合格的全部基线，再将这些合格基线参加GPS网的二维约束平差计算，最后得到控制点的大地坐标和拟合高程值；再将大地坐标和拟合高程值投影到大地水准面后进行解算，解算成平面坐标值和拟合高程值。所述控制点平面坐标值的单位权中误差< 士2. 5"，相邻点位中误差< 士5. 0cm，最弱基线边边长相对中误差< 1/45000时，为合格的解算结果。解算所述控制点平面坐标值所用的坐标系为2000国家大地坐标系或1980西安坐标系或1%4北京坐标系，解算拟合高程值所用的系统为1985国家高程基准或黄海高程基准。所述全站仪测角精度大于2〃，测距精度大于5mm+5ppm，测站对中误差和棱镜对中误差小于2mmο所述管道碎部测量包括管道焊口、拐点、穿越点测量，碎部测量焊口时，全站仪的棱镜杆立在焊口圆弧的最高点，即管道中心线的垂直方向上的焊口处，并保持棱镜杆气泡居中；碎部测量拐点时，将棱镜杆立在热煨弯头或者冷弯管的管道中心线弯曲度最大处的垂直方向上，并保持棱镜杆气泡居中；碎部测量穿越点时将棱镜杆道路、河流等穿越的出入土位置点，并保持棱镜杆气泡居中。将所述管道碎部测量得到的值与施工单位提供的数据进行校核，判断施工单位提供的数据是否准确。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明采用管道控制测量法和碎部测量法，在长输管道施工阶段，精确、高效、经济地对管道的焊口、拐点、穿越点进行位置信息采集，与现有技术不同，它是在施工期获取数据，并且在全部测量控制点测量，保证了数据的真实性和实效性。通过这些数据的获得，与施工单位提供的离线数据进行比对， 就可获知施工单位的数据是否准确，并且还能根据数据检测及时发现事故发生地。2、本发明在管道控制测量中采用GPS进行信息采集，在管道碎部测量中采用全站仪进行信息采集，有效减少了采集观测的复杂性，保证了测量结果的准确性，提高了采集的工作效率。这种管道位置信息采集的方法，不仅适用于天然气长输管道，而且适用于任何的地下管道位置信息的采集，对于加强公共设施建设是非常有意义的一项措施。
图1是本发明对于天然气长输管道位置信息采集技术的流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明主要通过管道控制测量和管道碎部测量两方面获得位置信息，管道控制测量是能够使碎部测量精确、高效、经济地进行的基础，管道碎部测量是对管道焊口、拐点、穿越点等空间信息进行采集，两部分测量结合起来完成管道位置信息的采集。管道控制测量运用了快速静态GPS、GPS-RTK信息采集技术，管道碎部测量运用了全站仪的信息采集技术，它们结合应用达到精确的采集效果。下面分别具体介绍这两方面的测量过程和要求1、管道控制测量管道控制测量一般在管道施工扫线之后、测量任务不紧张时、天气条件允许时实施。管道控制测量包括以下步骤布网一选点一埋桩一观测一解算。1.1 布网管道线路在设计阶段布设一定精度和密度的控制点，但是大多到施工阶段已经被严重破坏，而且距离管道较远，密度稀疏，达不到管道碎部测量的需要。因此根据多丘陵多山的地形条件，高精度、低成本的要求。本发明根据管道直径大小不同，在垂直管道两侧 10 25m范围内，沿管道布设三角形或大地四边形等基本图形构建控制网，精度不低于I 级。网内每个控制点至少有一个以上方向可以通视，且相互通视的控制点之间距离控制在 Ikm左右，以确保图形强度和点位精度，组成最佳的观测网形。控制网平面坐标系根据工程情况，选用2000国家大地坐标系、1980西安坐标系或1%4北京坐标系，高程系统选用1985 国家高程基准或黄海高程基准。1.2 选点在控制网范围内，需要根据管道线路的1 10000地形图设计点位，并结合实际的地形、地貌特征来确定点位。最佳选则通视条件和观测条件较好的地点，易找、便于长期保存、地质坚固利于扩展的高层建筑物(构筑物)或地势开阔、土质坚硬的至高处，同时，400 米范围内无大功率的无线电发射源(如电视台、微波站等)，200米范围内无高压输电线，尽量避开强烈干扰卫星接收的物体和大面积水域。1. 3 埋桩针对施工进度紧、临时改线等特殊情况，需要进行预埋桩，并符合控制网形、选点的要求，埋设天然或水泥桩，桩埋设于土质坚硬或坚固稳定的高层建筑物或构筑物上，并做预埋桩的信息记录，然后基于预埋桩进行的管道碎部测量。控制点选好后，先用混凝土现场灌制30X20X 15(cm)规格的标石，埋石的地方以砂石捣固夯实后再埋设桩。埋桩标志全部使用带勾的预制钢质标芯，按照统一格式、顺序进行编号，如GE01、GE02···，同时绘制GPS 点信息记录。1. 4 观测观测使用的GPS观测仪设置在埋桩上，按三角形或大地四边形等基本图形组成同步环进行观测。GPS观测仪至少使用3台，3台时按三角形布置，4台以上可以按四边形布置。观测分为快速静态GPS观测和GPS-RTK观测。例如快速静态GPS观测时，选用标称精度为5mm+2ppm的GPS机6台(至少3台)，先查看卫星星历预报，选取卫星高度角≥15°、 有效观测卫星数量≥ 4颗的时间区间内进行观测，任一颗卫星有效观测时间≥ 15分钟，数据采样间隔15 60秒，点的几何强度因子PDOP≤ 10，仪器对点误差≤ 3毫米，全网重复设站率≥2。观测时天线定向标志指向正北方向，其偏差≤±5°，天线高在开机前和关机后各量取一次，每次量取至毫米，两次量取值之差不能超过3毫米，取前后两次测量高度的平均值作为最后确定的天线高度。各台GPS协同工作，即测得这几台GPS所在控制点的相应
位置信息。本发明还可以采用GPS-RTK观测仪实时获得数据，观测时，流动站观测仪距离参考基站应小于10km，观测窗口状态良好，卫星数彡5，高度角> 15，PDOP值彡5。1. 5 解算使用GPS设备配套的软件进行控制点的坐标值解算。首先通过GPS获取的数据进行基线和平差计算，然后选择满足外业各项精度和三维无约束平差检验合格的全部基线， 再将这些合格基线参加GPS网的二维约束平差计算，最后得到控制点的大地坐标和拟合高程值。将大地坐标和拟合高程值投影到大地水准面后，在指定的平面投影和坐标系下进行解算，解算成平面坐标值和拟合高程值。具体为，所用的控制点平面坐标值经过可靠性检验参与平差，平差后，控制点平面坐标值的单位权中误差要< 士2. 5"，相邻点位中误差要 (士5. 0cm，最弱基线边边长相对中误差要< 1/45000，满足上述条件的控制点坐标值和拟合高程值就是我们所要得到的解算结果。经过上述步骤，就基本获得了较为精确的管道测量控制点的坐标，为进一步的管道碎部测量提供了基础。2.管道碎部测量管道碎部测量是采集焊口、拐点、穿越点等位置信息，它于管道焊接完成和在管沟中固定好后且回填之前完成。对于特殊的施工段，完成时间最短在6个小时之内。由于我国的地形特点尤其是在山区丘陵地带，交通依托差、卫星和通讯信号差，本发明在管道控制测量基础上开展了管道碎部测量。按平均每30公里管道施工范围内部署一个测量小组、平均每次任务测量1公里、每次到达测量现场2个小时、每次架设仪器0. 5 个小时、每公里架设仪器2次、每公里管道碎部测量点1个小时计算，平均每公里的工作时间为2+0. 5*2+1 = 4个小时，测量30公里需要120个小时。所以，本发明能够高效地进行位置信息采集，满足了施工进度的要求，减少了人力和设备成本。管道碎部测量包括碎部点观测和碎部点坐标值解算。2. 1碎部点观测全站仪架设于能够有利观测管道，稳固可靠的控制点处(确切地说是安装在埋桩上)，且能够和一个以上的管道控制点通视。全站仪测站到管道控制点的距离要大于到管道碎部点的距离，且小于700m。碎部测量焊口时，全站仪的棱镜杆立在焊口圆弧的最高点，即管道中心线的垂直方向上的焊口处，并保持棱镜杆气泡居中。碎部测量拐点时，将棱镜杆立在热煨弯头或者冷弯管的管道中心线弯曲度最大处的垂直方向上，并保持棱镜杆气泡居中。碎部测量穿越点时将棱镜杆道路、河流等穿越的出入土位置点，并保持棱镜杆气泡居中。2. 2碎部点坐标值解算选用的全站仪测角精度不低于2〃，测距精度不低于5mm+5ppm，测站对中误差和棱镜对中误差不大于2mm。所有的测站(称为前视点)和通视的控制点(称为后视点)均经过严格检查，消除和减弱全站仪的系统误差和观测误差，使用全站仪配套软件对观测值进行处理，利用管道控制测量时解算出的控制点平面坐标和拟合高程值(测站也是在控制点上)计算出管道碎部点坐标。本发明中，对碎部点坐标的要求是要满足平面精度达到相对于临近管道控制点点位中误差< 0. 2米，高程精度达到相对于临近管道控制点高程中误差< 0. 1米。管道碎部点坐标值解算完毕后即为完成了天然气长输管道位置信息采集的工作。管道碎部点坐标值解算完毕后，可与施工单位、检测单位等之前提供的数据进行校核，包括检查焊口编号、长度、钢管类型、图形拓扑和高程值。焊口编号检查，即将管道焊口位置信息采集的焊口编号与管道施工过程中施工单位、检测单位填报的焊口编号进行比较。焊口编号一致，则焊口编号正确，否则检查二者数据，分析错误原因。长度检查，是根据管道焊口位置信息采集的坐标数据，计算出焊口之间钢管的长度，并与施工单位填报的钢管长度进行比较。管段是直管时与填报长度一致，则数据正确； 管段是弯管时小于填报距离，则两者的数据正确，否则检查二者数据。钢管类型检查，是将管道拐点位置信息采集的数据，与施工单位填报的钢管类型进行比对。二者一致，则数据正确，否则检查二者数据。图形拓扑检查，是将管道焊口位置信息采集数据进行布管，与设计图进行叠加分析，判断是否符合设计要求。对偏移较大的与施工单位进行沟通，确定偏移的原因。高程检查，根据管道焊口位置信息采集的数据，计算相邻点的高差，与钢管长度进行对比，或与设计图和地形图进行叠加分析，判断高程是否正确。基于上述描述可知，本发明通过管道控制测量和管道碎部测量两个方面的综合测量，获得管道的碎部信息，它们属于在线实时测量，比线下施工单位提供的数据准确可靠。 管道碎部测量以管道控制测量为基础，控制点找的准确，且节省找点时间，它们结合应用达到了精确的信息采集效果。
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权利要求
1.一种天然气长输管道位置信息采集方法，其特征在于，它通过管道控制测量和管道碎部测量两步骤获取管道的位置信息，其中管道控制测量包括布网一选点一埋桩一观测一解算，管道碎部测量包括碎部点观测一碎部点坐标值解算；所述布网是指在垂直于管道的两侧10 25m范围内，沿管道布设三角形或大地四边形的控制网，网内的每个控制点至少有一个方向是可以通视的，且相互通视的控制点之间距离在Ikm以内；所述选点是指在控制网内选择通视条件好、易找、地质坚固、400米范围内无大功率无线电发射源、200米范围内无高压输电线的至高处作为测量用控制点；所述埋桩是指在选定的控制点处埋设柱桩；所述观测是指在埋桩处安装GPS观测仪，至少3台，按三角形或大地四边形布置，通过 GPS获取各控制点处的信息；所述解算是指通过GPS配套软件将GPS获取的控制点信息解算成平面坐标值和拟合高程值；所述碎部点观测是指将全站仪架设在控制点处，且能够和一个以上的管道控制点通视，全站仪到管道控制点的距离大于到管道碎部点的距离，且小于700m ；所述碎部点坐标值解算是指通过全站仪配套软件，利用管道控制测量时解算出的控制点平面坐标值和拟合高程值，计算出管道碎部点的坐标，所述碎部点坐标满足平面精度相对于临近管道控制点点位中误差< 0. 2米、高程精度相对于临近管道控制点高程中误差 <0. 1米，记为合格坐标。
2.如权利要求1所述一种天然气长输管道位置信息采集方法，其特征在于，所述GPS观测为快速静态GPS观测，选用标称精度为5mm+2ppm的GPS接收机6台，先查看卫星星历预报，选取卫星高度角> 15°、有效观测卫星数量>4颗的时间区间内进行观测，任一颗卫星有效观测时间》15分钟，数据采样间隔15 60秒，点的几何强度因子PDOP ^ 10，仪器对点误差<3毫米，全网重复设站率彡2，观测时天线定向标志指向正北方向，其偏差< 士5°， 天线高在开机前和关机后各量取一次，每次量取至毫米，两次量取值之差不能超过3毫米， 取前后两次测量高度的平均值作为最后确定的天线高度。
3.如权利要求1所述一种天然气长输管道位置信息采集方法，其特征在于，所述GPS观测为GPS-RTK观测，观测仪距离参考基站小于10km，卫星数彡5，高度角> 15，PDOP值彡5， 观测时天线定向标志指向正北方向，其偏差< 士5°，天线高在开机前和关机后各量取一次，每次量取至毫米，两次量取值之差不能超过3毫米，取前后两次测量高度的平均值作为最后确定的天线高度。
4.如权利要求1或2或3所述的一种天然气长输管道位置信息采集方法，其特征在于， 使用GPS设备配套的软件进行控制点的坐标值解算时，首先进行基线和平差计算，然后选择满足外业各项精度和三维无约束平差检验合格的全部基线，再将这些合格基线参加GPS 网的二维约束平差计算，最后得到控制点的大地坐标和拟合高程值；再将大地坐标和拟合高程值投影到大地水准面后进行解算，解算成平面坐标值和拟合高程值。
5.如权利要求4所述的一种天然气长输管道位置信息采集方法，其特征在于，所述控制点平面坐标值的单位权中误差< 士 2. 5"，相邻点位中误差< 士 5. 0cm，最弱基线边边长相对中误差< 1/45000时，为合格的解算结果。
6.如权利要求1所述的一种天然气长输管道位置信息采集方法，其特征在于，解算所述控制点平面坐标值所用的坐标系为2000国家大地坐标系或1980西安坐标系或1%4北京坐标系，解算拟合高程值所用的系统为1985国家高程基准或黄海高程基准。
7.如权利要求4所述的一种天然气长输管道位置信息采集方法，其特征在于，解算所述控制点平面坐标值所用的坐标系为2000国家大地坐标系或1980西安坐标系或1%4北京坐标系，解算拟合高程值所用的系统为1985国家高程基准或黄海高程基准。
8.如权利要求1所述的一种天然气长输管道位置信息采集方法，其特征在于，所述全站仪测角精度大于2"，测距精度大于5mm+5ppm，测站对中误差和棱镜对中误差小于2mm。
9.如权利要求1所述的一种天然气长输管道位置信息采集方法，其特征在于，所述管道碎部测量包括管道焊口、拐点、穿越点测量，碎部测量焊口时，全站仪的棱镜杆立在焊口圆弧的最高点，即管道中心线的垂直方向上的焊口处，并保持棱镜杆气泡居中；碎部测量拐点时，将棱镜杆立在热煨弯头或者冷弯管的管道中心线弯曲度最大处的垂直方向上，并保持棱镜杆气泡居中；碎部测量穿越点时将棱镜杆道路、河流等穿越的出入土位置点，并保持棱镜杆气泡居中。
10.如权利要求1所述的一种天然气长输管道位置信息采集方法，其特征在于，将所述管道碎部测量得到的值与施工单位提供的数据进行校核，判断施工单位提供的数据是否准确。
全文摘要
本发明涉及一种天然气长输管道位置信息采集方法，它通过管道控制测量和管道碎部测量两步骤获取管道的位置信息，其中管道控制测量包括布网→选点→埋桩→观测→解算，管道碎部测量包括碎部点观测→碎部点坐标值解算。本发明采用管道控制测量法和碎部测量法，在长输管道施工阶段，精确、高效、经济地对管道的焊口、拐点、穿越点进行位置信息采集，与现有技术不同，它是在施工期获取数据，并且在全部测量控制点测量，保证了数据的真实性和实效性。
文档编号F17D5/00GK102168806SQ201110033080
公开日2011年8月31日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者朱闻达, 李忠保, 陈辉, 黄龙虎 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油气电集团有限责任公司