CN116105727A - 一种地下管道三维轨迹定位测量方法 - Google Patents

一种地下管道三维轨迹定位测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种地下管道三维轨迹定位测量方法，包括以下步骤：对电缆排管管线，测量平面控制测量点、高程控制测量点，以及测量电缆排管管口的联系点；牵引惯性定位采集单元在地下管道中行进，往测采集数据，往测完成后，得到测量数据；根据控制测量步骤的测量结果结合所述测量数据，解算管道中心轨迹的三维坐标，形成管道中心三维轨迹曲线；通过排管埋设位置的地面高程控制测量点，结合管道的三维惯性定位测量结果，计算出排管管线的埋深，从而绘制排管管道的纵断面图和横断面图。与现有技术相比，本发明具有测量结果准确可靠、测量过程规范全面等优点。

Description

一种地下管道三维轨迹定位测量方法
技术领域
本发明涉及地下管道三维轨迹探测技术领域，尤其是涉及一种地下管道三维轨迹定位测量方法。
背景技术
地下管道是城市最重要的基础设施之一，工程中通常采用探地雷达、电磁管道定位仪对地下管道进行测定，这些探测方法存在以下不足：第一，探测精度受埋深影响，埋深越大、精度越低；第二，探测精度易受电磁场环境干扰，探测地点附近存在强磁场或剧烈变化磁场时探测精度很差；第三，依赖人工在被测管道上方地面作业，当被测管道上方有河道、建筑等障碍时无法探测。鉴于此，工程上亟需一种自主、高效、抗干扰能力强、适用于各种埋深的地下管道三维轨迹探测技术。
基于惯性测量的地下管道轨迹检测方案由于其自主性和高精度等优点，利用惯性测量方法获取地下管道位置，本质上是利用了惯性系统的导航定位功能。惯性导航系统是利用惯性传感器、基准方向及最初的位置信息来确定运载体的方位位置和速度的自主式航位推算导航系统。之所以被称为自主式导航系统，是因为惯性导航系统以牛顿力学为基础，唯一需要的信息是载体的运动加速度，不依赖任何外部参考信息就能提供导航参数。惯性传感器是指可对相对惯性空间的运动信息进行测量的惯性器件，陀螺仪测量机体相对于绝对静止坐标系的角速度，被用来稳定三轴加速度计所形成的坐标系相对于惯性坐标系的静止，然后通过加速度计测量的加速度信息就可以得到载体相对于惯性坐标系的加速度，从而积分得到速度和位置。
如何提供一种完备可靠的基于惯性测量的地下管道轨迹检测方案，是目前迫待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种完备可靠的地下管道三维轨迹定位测量方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种地下管道三维轨迹定位测量方法，包括以下步骤：
控制测量步骤：对电缆排管管线，测量平面控制测量点、高程控制测量点，以及测量电缆排管管口的联系点；
管线测量步骤：牵引惯性定位采集单元在地下管道中行进，往测采集数据，往测完成后，得到测量数据；根据控制测量步骤的测量结果结合所述测量数据，解算管道中心轨迹的三维坐标，形成管道中心三维轨迹曲线；
管线埋深测量步骤：通过排管埋设位置的地面高程控制测量点，结合管道的三维惯性定位测量结果，计算出排管管线的埋深，从而绘制排管管道的纵断面图和横断面图。
进一步地，所述平面控制测量点的测量方法包括电磁波测距图根导线法、GNSS静态法或GNSS RTK法。
进一步地，所述高程控制测量点的测量方法包括几何水准测量法、电磁波测距三角高程测量法或GNSS方法。
进一步地，所述电缆排管管口的联系点的测量方法包括全站仪导线直传法、两井定向法、后方交会自由设站联系测量法。
进一步地，所述全站仪导线直传法适用于电缆排管两端的管口能通过在地面架设全站仪直接观测到，或通过支导线能将三维坐标传递至工作井内时；测量时以地面控制点为依据，通过测量控制点至被测管口的水平角和距离，计算管口的平面坐标；高程通过三角高程法施测。
进一步地，所述后方交会自由设站联系测量法，适用于电缆排管管口在井室内，无法在地面直接测量，所述后方交会自由设站联系测量法的流程包括：
S101：先在需要测量的工作井井口上布设至少3个联系点；
S102：然后在地面控制点架设全站仪，使用极坐标法在工作井井口圆周上测设至少3个联系点，测量时同步使用三角高程方法测量点位的高程；联系点三维坐标采集完成后，应进行测站检核；
S103：最后将全站仪迁站至工井内，以井口的联系点进行后方交会自由设站，计算设站坐标和交会残差，检查交会残差是否超限，不超限继续下步操作，否则找出原因，重新设站或返回地面重新测设井口点；
S104：工井下全站仪设站完成后，依次采集需要测量的排管管口和井室内的特征点，并进行测站检核。
进一步地，所述两井定向法，适用于一个电缆工作井有两个井盖能打开，且井下通视情况良好；所述两井定向法包括以下步骤：
S201：先在工作井的两个井口上方分别架设带有激光对中器的全站仪，仪器整平后，根据激光对中点在井下地面设置定位点D1和定向点D2；
S202：在保留仪器对中底座不动的情况下，将井口架设的全站仪更换为棱镜；
S203：在地面控制点K1架设全站仪，以另一控制点K2为后视定向，采用极坐标法分别测量2个井口的平面坐标，即为井下定位点D1和定向点D2的平面坐标；高程采用三角高程传递至井口的棱镜中心；测量时，平面和高程均应观测不少于2个测回，2个测回计算平面点位较差不超过2cm，高程较差不超过3cm，取平均值做为最终结果；
S204：井口棱镜中心至井下地面定位点和定向点的高度，应采用钢尺精确测量，测量时应在不同方向量取3次，互差不大于3mm，取平均值做为结果；根据测量结果将棱镜中心的高程归算至井下定位点D1和定向点D2；
S205：最后在井下定位点D1架设全站仪，以定向点D2为后视定向，以极坐标法依次采集各个管口的平面坐标，高程采用三角高程测量的方法进行采集。
进一步地，所述管线测量步骤中的往测过程具体为：
S301：惯性定位采集单元初始化完成后，通过控制两端的牵引设备，牵引惯性定位采集单元在管道中行进，开始采集数据；
S302：惯性定位采集单元在管道中的行进速度宜控制在0.5m/s-3.0m/s范围以内，当牵引至出口附近时，提前减速，以便控制惯性定位采集单元停在出口位置；
S303：惯性定位采集单元从入口处行进至出口为往测，往测完成标注出口实际位置，即管道测量的终点；
S304：往测完成后，应依据所使用的仪器特点确定是否应重新初始化或调换方向，然后开始返测；
S305：1次往返测为1组测量，排管管段单一管孔应至少进行2组测量。
进一步地，输出的排管管段的纵断面图和横断面图中均包含地下管线位置及高程、管线里程、管线埋深、地面线及地面高程信息。
进一步地，所述方法还包括对测量结果进行质量检查和记录。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的地下管道三维轨迹定位测量方法，对各个控制点的测量过程和方法提供了多方面的指导，采用惯性定位采集单元对排管进行惯性扫描测量，自主性高、扫描结果精度高；最终测量出排管管线的埋深，绘制排管管道的纵断面图和横断面图，测量结果全面可靠。
(2)本发明地下管道三维轨迹定位测量方法对各个步骤均规范了注意要点，提高了操作过程的稳定性，使得结果更加可靠。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种地下管道三维轨迹定位测量方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中提供的一种后方交会自由设站联系测量示意图；
图3为本发明实施例中提供的一种两井定向联系测量示意图；
图4为本发明实施例中提供的一种排管管道的三维轨迹惯性定位测量数据采集作业流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种地下管道三维轨迹定位测量方法，包括以下步骤：
控制测量步骤S1：对电缆排管管线，测量平面控制测量点、高程控制测量点，以及测量电缆排管管口的联系点；
管线测量步骤S2：牵引惯性定位采集单元在地下管道中行进，往测采集数据，往测完成后，得到测量数据；根据控制测量步骤的测量结果结合所述测量数据，解算管道中心轨迹的三维坐标，形成管道中心三维轨迹曲线；
管线埋深测量步骤S3：通过排管埋设位置的地面高程控制测量点，结合管道的三维惯性定位测量结果，计算出排管管线的埋深，从而绘制排管管道的纵断面图和横断面图。
下面对各步骤进行具体描述。
一、控制测量
1、平面控制测量
1.1、电缆排管管线平面控制测量点的精度应不低于图根级导线的要求，需要布设图根级以上控制点时应按现行行业标准《城市测量规范》CJJ/T8的要求加密等级控制点。
1.2、图根平面控制测量可采用电磁波测距图根导线、GNSS静态或GNSS RTK方法进行施测。
1.3、电磁波测距图根导线测量应符合下列要求：
(1)图根电磁波测距导线应布设成附合导线、闭合导线或导线网，导线的形状应尽可能布成等边直伸，不得层层环套，也不得交叉重迭。同级附合一次为限。
(2)图根电磁波测距导线测量的技术要求应按表1执行。
a.当导线的长度短于300m时，其导线全长绝对闭合差不得大于15cm。
b.当电磁波测距图根导线布设成结点网时，结点与高级点之间或结点与结点之间的长度不得大于导线长度的0.7倍。
表1图根导线测量技术要求
Figure BDA0004032749680000061
注：1.表中n为测站数。
2.Ⅱ级电磁波测距仪每千米测距中误差mD应满足5mm＜mD≤10mm。
(3)水平角测量和距离测量应符合下列要求：
a.水平角测量应采用方向观测法，超过三个方向时应归零。
b.电磁波测距仪测量边长为一测回，三次读数，读数较差不得大于10mm。
(4)在困难地区可布设支导线，支导线总长应小于450m,边数不得超过4条。角度和边长应往返观测，边长观测往返较差应小于测距仪标称精度的2倍，角度观测往返较差应小于±40″；当支导线的点数在2点以下(包括2点)时，可不往返观测。
1.4、采用GNSS静态测量布设图根点时应符合现行行业标准《卫星定位城市测量技术标准》CJJ/T 73的有关规定。
1.5、GNSS RTK测量应符合下列规定：
(1)利用GNSS RTK加密控制点时，有效的观测卫星数不应少于5颗；卫星高度角不应小于15°；PDOP值不应大于6；并且持续显示固定解时，方可用于生产作业。
(2)GNSS RTK测量控制点可采用网络RTK的方式。
(3)作为GNSS加密控制点时，须直接或间接地校核所有GNSS RTK加密控制点之间的距离，控制边平均长度及相对精度按表2执行。
表2GNSS RTK平面测量技术要求
Figure BDA0004032749680000062
Figure BDA0004032749680000071
注：困难地区相邻点距离可缩短至表中的2/3，边长较差应不大于20mm。
1.6、网络GNSS RTK测量应符合下列要求：
(1)RTK平面控制测量应采用三角支架方式架设流动站天线进行测量。
(2)RTK平面控制测量应在流动站持续显示固定解后开始观测，每点应独立初始化2次，每次采集2组观测数据，每组采集的时间不少于10s，4组数据的平面点位较差小于20mm时可取其中任一组数据或平均值。
(3)RTK平面控制测量在同一测区布点不得少于3点，对所测的成果应有不少于10％的重复抽样检查且检查点数不应少于3点，重复抽样检查应在临近收测时或隔日进行，且应重新进行独立初始化，重复抽样采集与初次采集点位较差应小于30mm。
(4)RTK平面控制测量成果使用前应对使用的测量成果进行边长或角度检核，技术要求应符合表3的规定。
表3GNSS RTK平面控制点检核测量技术要求
Figure BDA0004032749680000072
注：1.困难地区相邻点间边长较差应不大于20mm。
2.d为相邻点间距离。
2、高程控制测量
2.1、电缆排管管线高程控制测量的精度应不低于图根级水准的要求，当需要布设图根级以上控制点时应按现行行业标准《城市测量规范》CJJ/T8的要求加密等级控制点。
2.2、图根高程控制点测量可采用几何水准测量、电磁波测距三角高程测量或GNSS方法进行施测。
2.3、图根水准测量应符合下列规定：
(1)图根水准测量可在二、三等水准点下加密，当二、三等水准点的密度不足时，应先进行四等水准加密，然后在四等水准基础上布设图根水准。图根水准点必须是路线上的转点，不得采用中间点。同级附合2次为限。
(2)图根水准必须附合在2个已知的水准点上。
(3)图根水准应布设成附合水准路线或闭合水准环，也可以是水准网。
2.4、几何水准测量应符合下列规定：
(1)几何水准测量的主要技术要求应按表4执行。
表4几何水准测量技术要求
Figure BDA0004032749680000081
注：L-水准路线的长度(km)。
(2)在每测区外业开测前，应对水准仪的视准轴是否平行于水准轴(即i角)进行检验和校正，i角的绝对值应小于30″。
(3)几何水准红黑面读数的常数差不得大于±3mm；红黑面的高差之差不得大于±5mm。
(4)当布设水准网时，结点与高级点或结点与结点之间的长度不得大于6km。在困难条件下可布设图根水准支线，支线的长度不得大于4km，且必须往返观测。
2.5、图根高程导线测量应符合下列规定：
(1)图根高程导线测量应起闭于不低于四等的水准点上，路线中各边均应对向观测，同级附合1次为限。
(2)主要技术要求应按表5规定执行。
表5电磁波测距三角高程测量技术要求
Figure BDA0004032749680000082
Figure BDA0004032749680000091
注：S-边长(km)；L-三角高程路线的长度(km)。
(3)必须在观测前后两次丈量仪器高和棱镜高，两次丈量的较差不大于±5mm时取中数。
2.6、GNSS方法测定图根点高程应符合下列规定：
(1)GNSS高程测量首先应通过GNSS静态或动态的方法测出待测控制点的WGS-84大地坐标系坐标，选择利用城市似大地水准面精化模型的方法获取待测点正常高。
(2)如没有城市似大地水准面模型，应用高程拟合法可作为GNSS高程测量的补充方法。
(3)采用似大地水准面方法应符合下列要求：
1)首先利用GNSS技术获取待测点WGS-84或CGCS2000大地坐标，然后根据城市区域似大地水准面模型计算出待测点的正常高；
2)获取待测点GNSS大地高的方法有RTK方法和静态GNSS方法两种，仪器高应量测至毫米，具体的作业要求和方法应按6.1.4条和6.1.5条执行。
(4)采用高程拟合方法应符合下列要求：
1)城市区域地形起伏不大、较平坦地区宜采用平面拟合法；地形起伏较大、大范围区域宜采用二次多项式或曲面拟合法。
2)采用GNSS方法布设图根控制点，可联测不低于四等水准的高程控制点，通过二次多项式拟合的方法确定图根控制点的高程，联测高程点数不应少于5点，点位应均匀分布于测区范围。
3)如果拟合高程与已知高程差值不大于±5cm，则拟合计算所得的成果可作为图根点高程。
2.7、RTK高程测量技术要求应符合下列规定：
(1)GNSS RTK高程测量技术要求应符合下表6规定：
表6GNSS RTK高程测量技术要求
Figure BDA0004032749680000092
Figure BDA0004032749680000101
注：困难地区图根控制点相邻点间距离可缩短至表中的1/2。
(2)RTK大地高控制测量应采用三角支架方式架设流动站天线进行测量，数据采集时圆气泡应稳定居中。
(3)RTK大地高控制测量应在流动站持续显示固定解后开始观测，每点应独立初始化4次，每次采集2组观测数据，每组采集的时间不少于10s，8组数据的大地高较差小于30mm时取其平均值作为最终测量的大地高成果。
(4)RTK大地高控制测量在同一测区布点不得少于3点，对所测的成果应有不少于10％的重复抽样检查且检查点数不应少于3点，重复抽样检查应在当日临近收测时或隔日进行，且应重新进行独立初始化，重复抽样采集与初次采集大地高较差应小于50mm。
(5)RTK大地高控制测量成果使用前应对使用的测量成果采用几何水准或电磁波测距三角高程等方法进行相邻点高差检核，技术要求应符合表7的规定。
表7RTK大地高控制测量高差检核测量技术要求
Figure BDA0004032749680000102
注：L为水准检测线路长度(km)，小于0.5km按0.5km计；S为三角高程点间边长(km)，小于0.5km按0.5km计。
(6)大地高测量成果与吴淞高程转换宜利用上海市似大地水准面精化成果，也可建立高程异常模型进行转换。
3.联系测量
3.1、联系测量作业应符合作业现场安全管理要求，具体参照本指导书第九章。
3.2、联系测量可根据现场作业条件，选择使用合适的作业方法，如全站仪支导线直接传递、两井定向、后方交会自由设站联系法等。
3.3、全站仪导线直传法联系测量，适用于电缆排管两端的管口可以通过在地面架设全站仪直接观测到，或通过支导线可以将三维坐标传递至工作井内时。测量时应以地面控制点为依据，通过测量控制点至被测管口的水平角和距离，计算管口的平面坐标；高程通过三角高程法施测。测量时应满足以下要求：
(1)使用的全站仪不低于DJ6型，测距标称精度不应低于10mm+5×10-6。
(2)仪器高和棱镜高应量至1mm。
(3)应选择远处的图根点作为测站定向点，并应施测另一图根点的坐标和高程，作为测站检核；检核点的平面位置较差不应大于3cm，高程较差不应大于5cm。
(4)定向宜用长边，从测站到测点的边长不应大于定向边长的1.5倍。
(5)角度测量采用半测回，边长测量采用1测回，且最大边长不超过150m。
(6)三角高程测量可用等级水准点、图根水准点(含支点)为依据，用不低于DJ6型全站仪进行单向观测。读数时应以中丝法测量半测回，读记至秒；距离测量1测回，读记至毫米，并应小于150米；必须在观测前后两次丈量仪器高和棱镜高，两次丈量的较差小于±5mm时取中数。
3.4、后方交会自由设站联系测量法，适用于电缆排管管口在井室内，无法在地面直接测量。进行后方交会自由设站联系测量，如图2所示，基本作业步骤如下：
(1)需要先在需要测量的工作井井口上布设至少3个联系点(如图Ja、Jb、Jc)。
(2)然后在地面控制点架设全站仪，使用极坐标法在工作井井口圆周上测设至少3个联系点，测量时同步使用三角高程方法测量点位的高程；联系点三维坐标采集完成后，应进行测站检核。
(3)最后将全站仪迁站至工井内，以井口的联系点进行后方交会自由设站，计算设站坐标和交会残差，检查交会残差是否超限，不超限继续下步操作，否则找出原因，重新设站或返回地面重新测设井口点。
(4)工井下全站仪设站完成后，即可依次采集需要测量的排管管口和井室内的特征点，并进行测站检核。
3.5、两井定向法联系测量，适用于一个电缆工作井有两个井盖可以打开，且井下通视情况良好。进行两井定向联系测量作业，如图3所示，基本操作步骤如下：
(1)需要先在工作井的两个井口上方分别架设带有激光对中器的全站仪，仪器整平后，根据激光对中点在井下地面设置定位点(D1)和定向点(D2)。
(2)在保留仪器对中底座不动的情况下，将井口架设的全站仪更换为棱镜。
(3)在地面控制点(K1)架设全站仪，以另一控制点(K2)为后视定向，采用极坐标法分别测量2个井口的平面坐标，即为井下定位点(D1)和定向点(D2)的平面坐标；高程采用三角高程传递至井口的棱镜中心。测量时，平面和高程均应观测不少于2个测回，2个测回计算平面点位较差不超过2cm，高程较差不超过3cm，取平均值做为最终结果。
(4)井口棱镜中心至井下地面定位点和定向点的高度，应采用钢尺精确测量，测量时应在不同方向量取3次，互差不大于3mm，取平均值做为结果；根据测量结果将棱镜中心的高程归算至井下定位点(D1)和定向点(D2)。
(5)最后在井下定位点(D1)架设全站仪，以定向点(D2)为后视定向，以极坐标法依次采集各个管口的平面坐标，高程采用三角高程测量的方法进行采集。
二、管线测量
1、作业安全
管线测量作业应符合作业现场的安全管理要求，具体参照本作业指导书第九章。
2、管口三维坐标测量
(1)管口三维坐标测量是在控制测量和联系测量的基础上测量排管管口中心的三维坐标。
(2)管口中心的平面坐标采集以全站仪极坐标法进行采集，通过测量测站至管口中心的水平角度和平距，计算出管口的平面坐标。
(3)管口中心的高程以三角高程法测量至管顶，并现场测量管口直径，然后将高程归算至管口中心。
(4)管口中心的平面点位测量中误差应不大于±10.0cm。
(5)管口中心的高程测量中误差应不大于±5.0cm。
3、附属物测量
3.1、井室测量
(1)井室测量应测量其外框点的平面位置。
(2)井室测量应在控制测量和联系测量的基础上测量井盖中心的平面位置和高程，宜测量井盖的形状和尺寸。
(3)条形或多边形的井盖在整个井盖范围中心测量高程。
(4)井室测量应同时测量其内底和内顶高程。
3.2、附属物测量
(1)当附属物长、宽均小于1.5m或直径小于1.5m时，作为点状附属物点状附属物，其他作为面状附属物。
(2)点状附属物应测定其几何中心的平面位置和地面的高程。
(3)面状附属物应测量附属物的轮廓，并记录其类别。
3.3、测量精度
(1)附属物的平面位置测量中误差应不大于±5.0cm。
(2)附属物的高程测量中误差应不大于±3.0cm。
4、排管的三维轨迹惯性定位测量
4.1、精度要求
排管管道的三维轨迹惯性定位测量以中误差作为衡量测量精度的标准，测量精度应满足表8的要求。
表8地下管道三维轨迹惯性定位测量精度要求
测量管段长度(m) 平面位置中误差(mm) 高程中误差(mm)
L≤100 ≤125 ≤75
L＞100 ≤L×0.125％ ≤L×0.075％
4.2、仪器设备
(1)排管管道的三维轨迹惯性定位测量，使用的仪器设备为地下管道三维轨迹惯性定位测量系统，主要包括：地下管道三维轨迹惯性定位仪、牵引设备、数据处理软件。
(2)使用的地下管道三维轨迹惯性定位测量仪应经过检定，并在有效检定期内。
4.3、作业流程
排管管道的三维轨迹惯性定位测量数据采集作业流程如图4所示。
4.4、作业现场处理
(1)作业现场应在符合作业安全管理要求的前提下进行处理。
(2)作业现场的处理包括工作井周边作业场地的清理、工作井内的清理、目标管道封口的开启与清理、管道内的清理、管道内牵引绳的检查或布设，以及必要时进行的管道通行试验等。
(3)作业环境内不应有影响设备工作和人员活动的障碍物。
(4)测量目标管口裸露且无泥土、沙石等影响仪器通行的障碍物。
4.5、仪器设备检查
(1)检查三维轨迹惯性定位仪采集单元及附件与任务要求相匹配,且组装正确。
(2)检查惯性定位采集单元及其附件外观良好，紧固部件不得松动或脱落。
(3)检查裸露的开关、接口及其他电缆接口，应密封完好。
(4)检查惯性定位采集单元的所有连接正确无误。
(5)对设备进行通电检测，检查电池电量应充足、信号指示灯工作正常、轮组数据检测正常。
(6)检查数据处理专用计算机设备和数据处理软件工作正常。
(7)对惯性定位采集单元的数据存储空间进行清理，确保存储容量充足。
(8)检查两端牵引设备，工作电源指示正常、安置牢固且与目标管线方向保持一致、试运转正常、牵引绳与惯性定位采集单元连接牢固，且方向正确。
(9)调节好轮组，使滚轮与管壁按触良好，轮臂与管道轴线夹角在35°-50°之间。
4.6、仪器初始化
(1)两端作业人员共同控制牵引绳，将惯性定位采集单元放置在管口，零点与管口对齐，标示方向指向管道另一端的出口方向。
(2)使惯性定位采集单元处于静止状态，静止时间不小于30S，对仪器进行初始化操作。
(3)严禁在振动过程中进行初始化操作。
4.7、管道测量
(1)惯性定位采集单元初始化完成后，通过控制两端的牵引设备，牵引惯性定位采集单元在管道中行进，开始采集数据。
(2)惯性定位采集单元在管道中的行进速度宜控制在0.5m/s-3.0m/s，当牵引至出口附近时，注意提前减速，以便控制惯性定位采集单元停在出口位置。
(3)惯性定位采集单元从入口处行进至出口为往测，往测完成标注出口实际位置，即管道测量的终点。
(4)往测完成后，应依据所使用的仪器特点确定是否应重新初始化或调换方向，然后开始返测。
(5)1次往、返测为1组测量，排管管段单一管孔应至少进行2组测量。
4.8、数据下载
(1)完成各管孔数据采集后，在作业现场进行数据下载。
(2)将惯性定位采集单元连接至专用数据处理的计算机，下载当次测量数据，数据下载要完整。
(3)数据下载后，数据文件应按统一的命名规则保存在专用数据处理的计算机中。
4.9、数据预处理
(1)数据下载后，应在作业现场进行数据的预处理。
(2)数据经预处理判定为不合格时，应分析原因并重新采集。
(3)数据预处理时应现场采集作业地点的大地坐标(经度、纬度)值，并输入数据处理软件。.
(4)现场测量管道的内外径值，并输入数据处理软件。
(5)在数据处理软件中录入各管道对应的起、止点三维坐标。
(6)数据预处理时，根据记录数据的曲线形态、数据文件大小进行采集数据的完整性判断。若数据不完整，则分析原因并重新采集。
(7)对数据原始曲线采用专用软件进行初步的处理、解算，形成初始三维轨迹曲线。曲线的形态均匀、有规律，无明显突变异常；在单次测量的曲线中无明显折线(说明采集单元在行进过程中无较长时间的停顿)、多次跳跃线等；管线形态与管道施工图、竣工图相似；多组测量形成的曲线形态相似度较高。
(8)同一管孔的多组测量三维轨迹曲线应满足重复性要求。重复性计算应从入口开始，对2次测量的三维轨迹曲线同里程的三维坐标分别计算点的平面、高程较差，并统计管段中误差。结果中平面、高程的超差率(即较差大于允许中误差的2√2倍的点数占计算点总数的比率)均应小于10％；平面、高程的中误差均应满足表7-1中的要求。
(9)数据预处理后，应至少保留2组符合要求的数据文件。不足2组时，应补充采集。
5、信息采集
5.1、工作井信息采集
(1)应采集工作井井室横断面信息，并绘制横断面草图。草图中应标明排管的孔位分布、孔数、本次测量的孔位及编号、断面图的方向。
(2)应采集工作井编号信息。
(3)应采集排管管道的材质、规格信息。
(4)应采集管道内电缆属性信息。
5.2、照片采集
(1)应采集工作井内管道断面照片，并以工作井编号命名保存。
(2)应采集工作井内电缆信息照片。
6、数据处理
6.1、一般规定
(1)数据处理应在数据预处理且检查合格的基础上进行。
(2)数据处理应采用专用软件进行，计算管道的三维轨迹坐标，并输出三维坐标成果。
6.2、数据处理
(1)对控制测量、联系测量、管道出入口测量的原始数据进行检查，并计算控制点、联系点、管道出入口点、附属设施特征点等的三维坐标。
(2)在数据处理软件中输入正确的项目信息、管道的内外直径、管线的属性信息、管道起止点点名、轮组的编码、仪器的型号与编号、作业地的经纬度坐标等。
(3)数据处理前应对管道的出入口三维坐标进行检查，并输入软件中，输入时注意X、Y、H值对应关系及坐标与管道出入口的对应关系。
(4)数据处理前应对管道的惯性定位数据及数据预处理过程进行检查。
(5)在数据处理软件中，对各次测量数据逐一进行处理，并解算管道中心轨迹的三维坐标，形成管道中心三维轨迹曲线。
(6)对三维轨迹曲线进行检查，检查内容与数据预处理(7.4.9.数据预处理)相同。
(7)对同一管道满足要求的三维轨迹曲线进行合并处理，求其平均值，作为最终结果，里程间隔根据项目要求进行选择，一般情况下间距不宜大于1m。
(8)同一管段中的其它管孔，按孔进行独立处理。处理完成后，对同一管段的各孔数据进行叠加分析，检查是否存在空间碰撞的情形。如果出现空间碰撞，复查原始数据和处理过程，并对数据的可用性进行评估。
6.3、结果输出
(1)数据处理完成后，输出各测量管孔中心轨迹的三维坐标成果及三维图和二维视图。
(2)输出的坐标数据格式应包括轨迹数据、数据表格、数据文本。
(3)输出的结果中应包含计算过程数据及各项精度指标。
(4)输出排管管段两端工作井的横断面图。
(5)输出排管管段起止点信息表格。
三、管线埋深测量
1、外业测量
(1)排管管线的埋深测量，通过测量排管埋设位置的地面高程，结合管道的三维惯性定位测量成果，计算得出。
(2)排管埋设位置的地面高程宜采用全站仪进行采集。
(3)高程采集应以控制测量布设的地面高程控制点为基准。
(4)外业测量前，应先将管道的三维惯性定位测量成果输入全站仪。
(5)现场作业时，先用全站仪以平面控制点为基准放样地下排管管道对应的地面位置，然后采用极坐标法采集该点位的三维坐标。
(6)地面高程宜采用三角高程测量的方式进行采集，每个点位采集2个测回，互差不超过3cm，取平均值做为结果。
(7)地面高程点的采集间距应不大于10m，在地势变化较大的地面应适当加密。
(8)每个测站采集20个点或迁站前，应检查1个已知高程点的高程，差值不超过3cm，方可迁站，否则应找出原因，并重新测量。
2、数据处理
(1)对外业采集的观测数据进行检查。
(2)根据每个管孔的三维惯性定位测量成果和地面高程成果，计算各个管点的埋深。
(3)根据管道中心的三维坐标、地面点的三维坐标及埋深数据绘制排管管道的纵、横断面图。
3、结果输出
(1)数据处理完成后，输出排管管线埋深测量成果数据表格。
(2)输出排管管段的纵断面图、横断面图，断面图中应包含地下管线位置及高程、管线里程、管线埋深、地面线及地面高程信息。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种地下管道三维轨迹定位测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
控制测量步骤：对电缆排管管线，测量平面控制测量点、高程控制测量点，以及测量电缆排管管口的联系点；
管线测量步骤：牵引惯性定位采集单元在地下管道中行进，往测采集数据，往测完成后，得到测量数据；根据控制测量步骤的测量结果结合所述测量数据，解算管道中心轨迹的三维坐标，形成管道中心三维轨迹曲线；
管线埋深测量步骤：通过排管埋设位置的地面高程控制测量点，结合管道的三维惯性定位测量结果，计算出排管管线的埋深，从而绘制排管管道的纵断面图和横断面图。
2.根据权利要求1所述的一种地下管道三维轨迹定位测量方法，其特征在于，所述平面控制测量点的测量方法包括电磁波测距图根导线法、GNSS静态法或GNSS RTK法。
3.根据权利要求1所述的一种地下管道三维轨迹定位测量方法，其特征在于，所述高程控制测量点的测量方法包括几何水准测量法、电磁波测距三角高程测量法或GNSS方法。
4.根据权利要求1所述的一种地下管道三维轨迹定位测量方法，其特征在于，所述电缆排管管口的联系点的测量方法包括全站仪导线直传法、两井定向法、后方交会自由设站联系测量法。
5.根据权利要求4所述的一种地下管道三维轨迹定位测量方法，其特征在于，所述全站仪导线直传法适用于电缆排管两端的管口能通过在地面架设全站仪直接观测到，或通过支导线能将三维坐标传递至工作井内时；测量时以地面控制点为依据，通过测量控制点至被测管口的水平角和距离，计算管口的平面坐标；高程通过三角高程法施测。
6.根据权利要求4所述的一种地下管道三维轨迹定位测量方法，其特征在于，所述后方交会自由设站联系测量法，适用于电缆排管管口在井室内，无法在地面直接测量，所述后方交会自由设站联系测量法的流程包括：
S101：先在需要测量的工作井井口上布设至少3个联系点；
S102：然后在地面控制点架设全站仪，使用极坐标法在工作井井口圆周上测设至少3个联系点，测量时同步使用三角高程方法测量点位的高程；联系点三维坐标采集完成后，应进行测站检核；
S103：最后将全站仪迁站至工井内，以井口的联系点进行后方交会自由设站，计算设站坐标和交会残差，检查交会残差是否超限，不超限继续下步操作，否则找出原因，重新设站或返回地面重新测设井口点；
S104：工井下全站仪设站完成后，依次采集需要测量的排管管口和井室内的特征点，并进行测站检核。
7.根据权利要求4所述的一种地下管道三维轨迹定位测量方法，其特征在于，所述两井定向法，适用于一个电缆工作井有两个井盖能打开，且井下通视情况良好；所述两井定向法包括以下步骤：
S201：先在工作井的两个井口上方分别架设带有激光对中器的全站仪，仪器整平后，根据激光对中点在井下地面设置定位点D1和定向点D2；
S202：在保留仪器对中底座不动的情况下，将井口架设的全站仪更换为棱镜；
S203：在地面控制点K1架设全站仪，以另一控制点K2为后视定向，采用极坐标法分别测量2个井口的平面坐标，即为井下定位点D1和定向点D2的平面坐标；高程采用三角高程传递至井口的棱镜中心；测量时，平面和高程均应观测不少于2个测回，2个测回计算平面点位较差不超过2cm，高程较差不超过3cm，取平均值做为最终结果；
S204：井口棱镜中心至井下地面定位点和定向点的高度，应采用钢尺精确测量，测量时应在不同方向量取3次，互差不大于3mm，取平均值做为结果；根据测量结果将棱镜中心的高程归算至井下定位点D1和定向点D2；
S205：最后在井下定位点D1架设全站仪，以定向点D2为后视定向，以极坐标法依次采集各个管口的平面坐标，高程采用三角高程测量的方法进行采集。
8.根据权利要求1所述的一种地下管道三维轨迹定位测量方法，其特征在于，所述管线测量步骤中的往测过程具体为：
S301：惯性定位采集单元初始化完成后，通过控制两端的牵引设备，牵引惯性定位采集单元在管道中行进，开始采集数据；
S302：惯性定位采集单元在管道中的行进速度宜控制在0.5m/s-3.0m/s范围以内，当牵引至出口附近时，提前减速，以便控制惯性定位采集单元停在出口位置；
S303：惯性定位采集单元从入口处行进至出口为往测，往测完成标注出口实际位置，即管道测量的终点；
S304：往测完成后，应依据所使用的仪器特点确定是否应重新初始化或调换方向，然后开始返测；
S305：1次往返测为1组测量，排管管段单一管孔应至少进行2组测量。
9.根据权利要求1所述的一种地下管道三维轨迹定位测量方法，其特征在于，输出的排管管段的纵断面图和横断面图中均包含地下管线位置及高程、管线里程、管线埋深、地面线及地面高程信息。
10.根据权利要求1所述的一种地下管道三维轨迹定位测量方法，其特征在于，所述方法还包括对测量结果进行质量检查和记录。
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