摘要：将实时定位精度提高到厘米级，同时结合RS遥测技术，准确地获取地下管网的三维坐标。并将GIS应用到自来水行业，增加行业的应用分析功能，科学地管理好地下管网信息。 关键词：3S 技术 常规测量技术 载波相位差分 供水管网是城市建设的重要基础设施，是城市的血液与命脉。它遍布城市每一个角落，形成纵横交错的地下网络。然而在中国，绝大多数城市的供水管网建设年代久、种类多、数量大。长期以来，由于种种原因，供水管网基础资料严重缺失，管网阀门等管线资料现势性差，图实不符且定位误差较大，给管网运营管理以及建设带来很大的困难。另外，供水管网的建设属于地下工程，具有隐蔽性的特点，利用常规的测量技术修测供水管网的线路和阀门点的点位。由于误差积累等因素的影响，结果只是治标不治本，日积月累，将会贻害无穷。因此，根据城市发展、供水管网管理与建设的要求，有必要运用3S技术，快速获取供水管网的现势性资料，加强供水管网的科学管理，建设好人民生命线工程。1应用GPS和RS快速获取管网现势资料由于地下管网属于地下工程，具有隐蔽性的特点。因此，管网及其地形信息是地下管网建设和管理的重要依据，不论是供水管道的规划、设计、施工，还是管道阀门的监测、维修及其他运营管理，都极大地依赖于管网及其地形信息。但是，目前中国大多数城市的水司都严重缺乏比较准确的供水管网的基础资料——基本管网图，因此快速获取具有现势性的基本管网图是所有城市水司所面临的课题。获取供水管网的基础资料，通常是采用常规测量方法来实现的，但是目前由于各方面原因难以实现。首先，缺乏供水管网图测量控制点，采用常规技术一方面精度较低，另一方面因累积误差较大，对后期的管网建设和管理会产生恶劣的影响；其次，采用常规技术建立一套城市供水管网测量控制网是一个长期的艰巨的工程，既难以实现又不经济；其三，城市基础建设发展迅速，供水管网建设与改造步伐加快，采用常规测量技术获取管网基础资料，很难跟上管网建设的速度，这样也就不能保证管网基础资料的现势性。因此，亟需采用高起点的先进测绘仪器与设备，全面提高管网勘测和修测能力。由于美国政府人为降低GPS定位精度限制非特许用户GPS的SA政策，中国的GPS用户已收不到P码，其实时定位精度降低到100 m左右，若按常规的应用方式使用GPS难以发挥GPS优势。为了美国政府的SA政策，和减少因重复引进常规差分GPS而造成的资源浪费和效率效益低下，有必要发展差分GPS技术，提高GPS的实时定位精度。经过三年的努力探索，武汉测绘科技大学、中国测绘科学研究院和国家基础地理信息中心联合研究出建立中国广域差分GPS网，提高了GPS实时定位精度的整体方案，可以将实时定位精度提高到分米级，甚至厘米级。因此，地下管网的修测可以利用GPS，通过局域差分实时定位技术或广域差分实时定位技术来实现。局域差分 GPS(LADGPS) 是基于一定距离内的基准站和用户站，对 GPS 卫星的同步同轨跟踪的基础上来实现的。通常认为，若基准站和用户站同步观测同一颗卫星，且基准站和用户站间隔在一定距离内 (一般不超过 150 km)，则这两种站上的观测值相应于同一卫星的同一轨道弧段，它们之间存在强相关性，即它们都包含相同的误差。因此，以伪距差分为例，将基准站所观测的每一颗GPS卫星的伪距误差按伪距比例改正的信息 (一般还需加上伪距改正变率信息)，通过数据通信链传输至邻近的用户站。用户站利用这一信息对其所观测的伪距进行改正，即可获得 ±3 m～±10 m 的实时定位精度。广域差分 GPS (WADGPS) 技术的基本思想是对 GPS 观测量的误差源加以区分，并对每一误差源分别加以“模型化”，然后计算出每一误差源的误差修正值 (差分改正值)，通过数据通信链传输给用户，对用户GPS 接收机的观测值误差加以改正，以达到削弱这些误差源的影响，改善用户GPS定位精度的目的，精度可达 1 m～5 m。不论是 LADGPS，还是 WADGPS，通常是将伪距误差按伪距比例改正来提高用户的定位精度的，但是这种方法最高只能达到1 m～5 m测量精度，远不能满足供水管网测量的精度要求。因此，为了进一步提高LADGPS和WADGPS的定位精度，应提高用户站上的GPS定位精度，除了进行伪距误差改正外，还需加上载波相位差分改正信息，同时要求用户GPS具有接受载波相位改正信息的功能。经试验研究，精度最高可达1 cm～2 cm，单点定位时间最快可达5 s，以此精度完全可以用于地下管线和阀门的三维坐标获取，即使是困难地区，结合常规测量方法也能实现，这样可大大缩短阀门和地下管线现势性资料的获取时间。GPS能够准确地提供阀门的三维坐标，即空间位置，但是它无法辨认地下管网的类型和属性，尤其是实行“净空工程”后，地上的管线网正在渐渐消失。相反，地下确是管网密集，分布如蜘蛛网一般，有排污管、供水管、煤气管、通讯线等多种管线。如果基础资料不准，那么常规的修测技术几乎无法获得地下管线的三维坐标，而RS则可以实现。如各种地球物理探测方法，利用地物自身的反射和发射特性，能够比较准确地探测出地下管道的建材、直径、埋深等基本信息，从而判断出地下管道的类型，同时辅以GPS，就可以较为准确地获取供水管网的现势性资料。2应用GIS实现科学的管理和决策目前，中国多数城市水司的基础资料现势性差。其一，基础资料管理滞后，以纸或其他介质为载体的基础资料量大、易丢失，容易造成基础资料残缺不全；其二，底图资料形成年代久，图纸变形大，加上编绘误差，从而降低了图纸精度，也降低了图纸使用价值；其三，城市基础建设速度迅速，常规测量很难满足基础建设和管理的迫切需要；其四，由于基础资料现势性差，供水管网渗漏和爆管事件不能够得到及时处理，造成城市淡水资源的浪费和人民财产的损失。因此，建立基本管网图形的动态管理系统，加强基本管网图的管理，提高管网图修测的技术手段，保证图纸资料的准确性、完整性和现势性，是一项重要且紧迫的任务。GIS作为空间数据管理的基本平台，具有数据采集、存储、输出、分发、专题制图和空间查询等功能。利用GIS的基本功能，结合城市供水行业的应用，可极大地提高自来水水司的管网管理能力。其一，供水管网及其地形信息、属性信息以数据形式保存在光盘、硬盘或磁盘阵列中，无需以纸质材料保存，免除了由此引起的基础资料缺失和精度降低，提高了数据的利用率；其二，利用GPS和RS及时补测或修测，更新GIS数据，以最快的时间保证数据的现势性，同时，根据需要GIS可以随时输出任意比例及范围的管网图，供建设者使用；其三，利用GIS可以自动完成或减少供水行业的职能业务量，如自动抄录水表，爆管分析和阀门管理等，减少了人工的误差，提高了工作和事故处理效率，大大降低了资源的浪费。如广州市自来水公司利用武汉吉奥工程公司GeoStar软件开发的阀门实时动态管理系统，可以以多种方式调用需要处理的图形，损坏阀门的报修和修复，及时分析爆管地段，自动搜索需要调控的阀门，并绘出各阀门的实地绑点图，给施工人员以最大的信息量来处理爆管事件。如图 1所示。 图 1阀门实时动态管理系统 虽然基础管网图已经明确地反映了阀门和管线之间的关系及其分布状况，但是并不能清晰地反映阀门、管网与地面上的特征地物（如建筑物、道路、沟渠、灯杆等）的关系。为了能够直观地表现地下管网与其他特征地物的分布状态，提高基础管网图的利用率，可以建立例尺（1∶500,1∶1 000,1∶2 000等）地形库作为供水管网的背景，或直接建立例尺地形图图形库或航空影像库作为背景，再套合基础管网图，使得GIS在管理地下供水管网时更能表现出直观的管网分布，易于理解、操作、规划和施工。
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