管线测量讲义讲解

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1、管 道 中 线 测 量 董 顺 立 一、测量学简介 测量学（surveying）是研究地球的形状和大小， 确定地球表面各种物体的形状、大小和空间位置 的科学 测量学将地表物体分为地物和地貌。 地物（feature）：地面上天然或人工形成的物 体，包括湖泊、河流、海洋、房屋、道路和桥 梁等。 地貌（geomorphy）：地表高低起伏的形态，包 括山地、丘陵和平原等。 地物和地貌总称为地形（landform），测量 学的主要任务是测定和测设。 测定（location）：使用测量仪器和工具， 通过测量和计算将地物及地貌的位置安一 定比例尺、规定的符号缩小并绘制成地形 图，供科学研究和工程建设规划设计

2、使用 。 测设（setting-out)：将在地形图上设计出 的建筑物和构筑物的位置在实地标定出来 ，作为施工的依据。 二、坐标系及中央子午线 测量中常用的坐标系 lWGS84坐标系 l北京54坐标系 l地方独立坐标系 l西安80坐标系 l高斯，平面直角坐标系 1、WGS-84坐标系 WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统，GPS所发布的星历参 数就是基于此坐标系统的。 WGS-84坐标系统的全称是 World Geodical System-84（世界大地坐标系-84），它是一个地 心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于 1987年取代了当时GPS所采用的坐标

3、系统WGS-72坐标系统而成为 GPS的所使用的坐标系统。WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质 心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向，X轴指BIH1984.0 的启始子午面和赤道的交点，Y轴与X轴和Z轴构成右手系。采用椭 球参数为： a = 6378137m f = 1/298.257223563 21954年北京坐标系 1954年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系，是一种 参心坐标系统。该坐标系源自于原苏联采用过的1942年普尔科夫 坐标系。该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，该椭球的 参数为：a = 6378245m f = 1/298.3。我国地形图上的

4、平面坐标 位置都是以这个数据为基准推算的。 在我们测量过程中时常会遇到的如一些某城市坐标系、 某城建坐标系、某港口坐标系等，或我们自己为了测量方便而 临时建立的独立坐标系。 3地方坐标系（任意独立坐标系） 4西安80坐标系 1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地 测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。该坐标系的 大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北 方向约60公里，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。 基准面采用青岛大港验潮站19521979年确定的黄海平均海水面 （即1985国家高程基准）。 5高斯平面坐标系 高斯-克吕格(Gau

5、ss-Kruger)投影简称“高斯投影”，又名 “等角横切椭圆柱投影”，地球椭球面和平面间正形投影的一种。 德国数学家、物理学家、天文学家高斯（Carl Friedrichauss， 1777一 1855）于十九世纪二十年代拟定，后经德国大地测量学家 克吕格（Johannes Kruger，18571928）于 1912年对投影公式加 以补充，故名。该投影按照投影带中央子午线投影为直线且长度不变 和赤道投影为直线的条件，确定函数的形式，从而得到高斯一克吕格 投影公式。投影后，除中央子午线和赤道为直线外， 其他子午线均 为对称于中央子午线的曲线。设想用一个椭圆柱横切于椭球面上投影 带的中央子午线

6、，按上述投影条件，将中央子午线两侧一定经差范围 内的椭球面正形投影于椭圆柱面。将椭圆柱面沿过南北极的母线剪开 展平，即为高斯投影平面。取中央子午线与赤道交点的投影为原点， 中央子午线的投影为纵坐标x轴，赤道的投影为横坐标y轴，构成 高斯克吕格平面直角坐标系。 （1）高斯-克吕格投影简介 （2）、投影的基本概念 它是一种横轴等角切圆柱投影。它把地球视为球体,假想一个平面卷 成一个横圆柱面并把它套在球体外面,使横轴圆柱的轴心通过球的中 心,球面上一根子午线与横轴圆柱面相切。这样,该子午线在圆柱面上 的投影为一直线,赤道面与圆柱面的交线是一条与该子午线投影垂直 的直线。将横圆柱面展开成平面,由这两条

7、正交直线就构成高斯-克 吕格平面直角坐标系。为减少投影变形,高斯-克吕格投影分为3带 和6带投影。 （3）分带投影 A.高斯投影6度带：自0度子午线起每隔经差 自西向东分带，依次 编号1,2,3,。我国6度带中央子午线的经度，由75度起每隔6度而 至135度,共计11带（1323带），带号用n表示，中央子午线的经度 用L表示，它们的关系是L=6n-3 ,如上图所示。 B.高斯投影3度带：它的中央子午线一部分同6度带中央子午线重 合，一部分同6度带的分界子午线重合，如用 n表示3度带的带号， 表示L带中央子午线经度，它们的关系L=3n。我国3度带共计22带 （2445带）。 （4）高斯平面投影的

8、特点 中央子午线无变形； 无角度变形，图形保持相似； 离中央子午线越远，变形越大。 由此可见，在测量中，如果中央子午线输错了，投影的中央子午线 就会编离实地坐标系正确的中央子午线，变形就越大，最终的结果 就使用测量的误差更大。 三、RTK简介及仪器操作 1. RTK的含义 RTK（Real - time kinematic）实时动态差分法。这是一种新的 常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事 后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到 厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法 ，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，

9、各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。 2.RTK的工作原理 RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台 或几台接收 机置于载体（称为流动站）上，基准站和流动站同 时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观 测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。然后将这 个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的流动站精 化其GPS观测值，从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位 置。 3. RTK的数据链 数据链通讯： 1. 电台模式： UHF(Ultra High Frequency)超高频率，频率300MHz-300KMHz（波 长属微波： 波长1

10、M-1MM，空间波，小容量微波中继通信 ） 410-430MHz /450-470MHz VHF(Very High Frequency)甚高频（3MHz30MHz 属短波： 波长100M-10M，空间波 ）220-240MHz 2. 网络模式： GPRS（General Packet Radio Service）中文是通用分组无线业务 ，是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业 务 ；CDMA为码分多址数字无线技术 4. 电台模式及具体操作 电台模式电台模式 基准站移动站 电台模式特点电台模式特点 1. 作业距离一般距离为：0-28公里，特别是山区或城区传播距离就会受 到影响；

11、 2. 电台信号容易受干扰，所以要远离大功率干扰源； 3. 电台的架设对环境有非常高的要求，一般选在比较空旷，周围没有遮 挡，且要基站架设的越高距离越远； 4. 对于电瓶的电量要求较高，出外业之前电瓶一定要充满或有足够的电 量； 电台模式具体操作电台模式具体操作 一、基准站的架设： 1. 对于任意架站，选择环境相对空旷的地方，地势相对较高的地 方且周围没有干扰的地方架设； 2. 架设仪器，架设时，注意仪器的安装以及各种线的连接； 3. 发射天线最好远离基准站主机3米以上； 二、基准站的启动： 1. 如果是自启动，则开机即可（主机搜完星后便可发射，最后电台 接上电瓶，注意正负极的连接） 2. 如

12、果用手簿去启动，具体操作如下： 3. 打开测地通软件，通过蓝牙或串口线与基准站主机连接； 4. 新建并保存任务； 5. 在“配置” “基准站选项”，天线高度，天线类型，测量到的位置要 根据具体的情况更改，其他默认； 6. 在“测量” “启动基准站接收机” ，如果是任意点架站，输入点名， 点“此处”即可，如果架在已知点上则直接选择这个点坐标即可，最后点击 确定。 三、查看基准站是否已经正常发射 1. 查看DL3电台的电台灯是否一秒闪烁一次； 2. 注意DL3电台面板上的电压是否在跳动，发射功率越大，电压跳动 的幅度也越大；如果显示“太低”，注意更换电瓶或降低发射功 率； 3. 查看流动站电台灯是

13、否闪烁，能否差分； 四、流动站的启动： 1. 移动站与手簿测地通通过串口线或蓝牙进行连接； 2. 移动站电台灯如果一秒钟闪烁一次表示收到电台信号，在“ 单点定位”的情况下，直接点“测量” “启动移动站接收机”即 可，大约十多秒后就可差分，达到固定解； 3. 固定后可进行其他测量了。 注意： 在基准站正常发射时，但移动站没有信号，注意频率是否统一 ，对移动站进行读写频率 五、测量或放样： 电台的使用 一、电台的设置一、电台的设置 信息设置 按下电源键开机（接入电源为直流电源12V），开机画面初始界面： 注： 电源键具有开机与回退的功能，需短按，在任何时候长按即起到关机的效果 ；在开机状态下,任意

14、时候按下电源键则跳转到初始界面。 电台开机界面 二、动态菜单二、动态菜单 用向上或向下按钮选择任一项目进入，随即可查看所选择的电 台当前信息，查看后选择退出又重新返回到信息菜单。 功频信息 版本信息 三、查看信息三、查看信息 波特率信息 模式信息 温度信息 v 在初始界面选择“设置”进入，出现下图的设置界面，可对电台当前的波特 率、模式、功频、液晶等进行设置。用向上或向下按钮选择，回车键进行确认后 ，即完成相应设置。 初始界面与菜单设计 四、设置菜单四、设置菜单 点校正 v 主要的坐标系统 v 点校正 v 重设当地坐标系 v 精度误差 点校正 1. 主要坐标系统 WGS84北京54西安80 长

15、半轴 637813763782456378140 扁率 常用的坐标系统 在测量中常用的高程系统有大地高系统、正高系统和正常高系统 。 大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大地 高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离 。大地高也称为椭球高，大地高一般用符号H表示。大地高是一个纯 几何量，不具有物理意义，同一个点，在不同的基准下，具有不同的 大地高。 高程系统 正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该 点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离，正高用符 号H。 正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高 是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离，正常 高用HY ，我国采用似大地水准面。 点校正 1. 主要坐标系统 大地水准面差距，即大地水准面到参考椭球面的距离，记为 hg hg= H Hg 高程异常，即似大地水准面到参考椭球面的距离，记为 = H - HY 点校正 1. 主要坐标系统 高程系统 点校正就是求出WGS-84和当 地平面直角坐标系统之间的数学 转换关系（转换参数）。 点校正 . 点校正的含义 在工程应用中使用GPS卫星定位