D测绘121林鹏程130013毕业设计.docx

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D测绘121林鹏程130013毕业设计

本科毕业设计（论文）

张家港地下管线测量设计

ZhangjiagangCityUndergroundPipelineDesignMeasurement

学院：

测绘工程学院

专业班级：

测绘工程专业D测绘121

学生姓名：

林鹏程

学号：

2012130013

指导教师：

宁伟（教授）

2016年6月

毕业设计（论文）中文摘要

张家港地下管线测量工程设计

摘要：

随着社会的不断发展，地下管线已逐渐普及。

但随着城市的不断发展，对管线铺设的方法以及要求也越来越严格。

减少并从根本上杜绝地下管线事故，提高城市的经济效益和城市管理水平，查明城市已有的地下管线的分布，规划城市以后地下管线的布局，加大对城市地下管线管理的力度，已成为我国城市建设和国民经济建设发展的一项重要工作。

本次毕业设计在了解GPS定位系统、地下管线探测技术的基础上，对张家港的地下管线进行探测设计。

设计的内容主要包括了测量方案设计，打点及探测仪器选择，探测方法，最后对张家港地下管线进行全面规划。

关键词：

地下管线；GPS定位；仪器选择；管线探测；测量方法

毕业设计（论文）外文摘要

ZhangjiagangCityUndergroundPipelineEngineeringMeasurement

Abstract:

Withthecontinuousdevelopmentofsociety,theundergroundpipelinehasbeengraduallypopular.Butwiththecontinuousdevelopmentofcity,thepipelinelayingmethod,andalsomoreandmorestrict.Reduceandultimatelyeliminateundergroundpipelineaccidents,improvethelevelofurbaneconomicandurbanmanagement,findoutthecityforthedistributionofundergroundpipeline,planningthelayoutoftheurbanundergroundpipelineafter,intensifymanagementofurbanundergroundpipeline,hasbecomeChina'surbanconstructionandnationaleconomicconstructionanddevelopmentofanimportantwork.ThegraduationdesignintheGPSpositioningsystem,theundergroundpipelinedetectiontechnology,onthebasisofthedesignoftheundergroundpipelinedetectionwithzhangjiagang.Designcontentmainlyincludesthemeasuringschemedesign,dotandselectionofinstruments,detectionmethod,andfinallytozhangjiagangundergroundpipelinetoconductacomprehensiveplanning.

Keywords:

Undergroundpipeline;GPSpositioning;Instrumentselection;Pipelinedetection;Methodofmeasurement

1绪论

地下管线是一项隐蔽工程，是埋设在地下或水下的各种管道和电缆线的总称，是城市基础设施建设的重要组成部分。

减少并从根本上杜绝地下管线事故，提高城市的经济效益和城市管理水平，查明城市已有的地下管线的分布，规划城市以后地下管线的布局，加大对城市地下管线管理的力度，已成为我国城市建设和国民经济建设发展的一项重要工作，国家已给予高度重视。

目前地下管线探测的对象主要是地下管线管道和地下电缆两个方面，可以获取准确可靠完整的地下管线空间数据，为建设数字城市打下有效的铺垫。

地下管线的探测是使用探测仪，通过探测物理场分布的特征来确定地下管线的位置。

不同的地下管线的材质、掩埋深度和地球物理条件的不同，所采用的探测方法也是不同的，通常方法有电磁法（直接法、夹钳法、感应法、示踪法、探地雷达法）、磁法、地震波法、直流电法、红外辐射法。

对张家港已有地下管线的测量是建立在地下管线实地调查和探测基础上的，通过地下管线的实地调查和探测，就可以清晰地确定地下管线的平面位置、埋深和其他属性，通过在地面做好地下管线点的标记可以进行地下管线的测量工作。

随着城市日新月异的发展，传统的地下管线人工管理存在很大的局限性，所以就需要建立地下管网地理信息管理系统，建立地下管网信息系统有利于借助空间信息技术全面反映地下管道、管线的现状，包括它们的位置、分布以及它们的相互关系；有利于紧急事故的处理，为城市生命线的应急方案制订提供信息支持，提高地下管线的管理工作效率。

此次张家港的测量设计中也同样包括管网的更新。

2任务概述

2.1项目实施的目的和意义

2.1.1项目实施的目的

现阶段的地下管线是城市建设和规划必不可少的一个部分，是城市现代化运行的一项基本保证。

它担负着城市工业与民用上下水、电、暖、气和通讯信息等的供配与传输，是城市赖以生存和发展的生命线。

本次设计针对于张家港市的电力管线进行设计，并将设计成果提交到张家港市电力局。

2.1.2项目实施的意义

针对电力地下管线的测量设计为张家港市日后的发展与重新规划提供真实可靠的数据依靠，也为电力公司提供电缆线路资料。

2.2测区的地理位置

张家港市位于江苏省苏州市东北角，对张家港市的乘航变电站，东莱变电站，杨舍变电站等变电站进行测量，乘航变和杨舍变位于张家港郊区，东莱变位于农村之中，所包含的线路多种多样。

2.3工程概况

张家港市地下管线测量由江苏省北斗地下管线有限公司承包测设，公司强处就在地下管线的测量设计。

主要从几个变电站分线下来，根据张家港电力公司提供的每条线路的平面示意图（如2-1所示），对每条线测量设计。

图2-1张家港线路示意图

2.4任务的主要技术依据

（1）《工程测量规范》（GB50026-2007）；

（2）《城市地下管线探测技术规程》（CJJ61—2003）；

（3）《城市测量规范》（CJJ8—99）；

（4）《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ73-97）； 

（5）《1:

500、1:

1000、1:

2000地形图图式》（GB/7929-1995）；

（6）《工程测量学》（CJJ32-2006）。

2.5测量设计的主要内容

（1）收集测区已有资料；

（2）分析测区已有资料并对测区概况实地考察，对测区全面了解、分析；

（3）根据实地情况对GPS坐标系选择和RTK坐标系选择；

（4）利用RD8000对电力线路进行探测；

（5）利用RTK进行控制测量；

（6）在测量时在纸上绘制线路走向草图和井内示草图；

（7）用CAD内业处理画出线路图和井内视图；

（8）提交测量设计的成果。

3测量设计的技术要求

3.1地下管线精度要求

表3-1地下管线探测的取舍要求（“√”标示的要全测）

类别

管内径

编号简称

备注

给水

100mm及以上

水

相应的地面构筑物及75的偏消火栓应测出

污水雨水

300mm及以上

污雨

污雨水管道净出口要测，通雨水口的支管不测

煤气

√

煤

小室、抽水缸要显示，要注明高、中、低压

热力

√

热

小室要显示

电力

√

电

短小过街上杆者，可不测

市话

√

话

短小过街上杆者，可不测

长途

√

长

广播

√

广

专用电讯

√

专

包括铁路、军用等

工业管理

√

工

包括工业液体、气体、液体排渣等

表3-2地下管线的探查精度

表3-3城市地下管线探测的精度要求

3.2本次任务所需要的仪器

图3-1RD8000探测仪

图3-2RTK

4地下管线控制测量

4.1坐标系选择

根据实际情况，测量的坐标系统的选择要严格按照规范的要求来确定。

确定平面控制的内业的计算方法可以依据控制测量所布设的等级和测量仪器的精度来确定。

测区地理坐标介于北纬31°43′12″～32°02′，东经120°21′57″～120°52′。

国家统一的坐标系统，3°带投影，能否采用这样的坐标系统来进行此次测量，还得主要看平面控制网长度的投影的变形问题。

正常来说，长度变形的部分原因是由于控制网边长的改变而形成的。

其原因大致分为两种，是在这两种过程中产生的变形，将实地长度计量换算到参考椭球面和将参考椭球面上的长度投影到高斯平面上产生的变形。

其公式分别见式4-1和式4-2。

（4-1）

（4-2）

式中：

H是实际上的长度观测值在高程面在相对这个椭球面所产生的高差；

是曲率半径；

是由实测值换算成平距后的长度；

是实际测量两点横坐标的平均值；R是平均曲率半径；S是投影在参考椭球面上的边长值。

把前面的两个式子求和，并使

和R值相等，为4271km，S和

值相等，经过计算可得出长度投影变形值：

（4-3）

式中：

、

都是以公里为单位。

测区范围内的地势都比较平坦，所以按3°带计算，地区平均高程约4m。

=（120°21′+120°52′）/2=120°36′30″（4-4）

=（31°43′+32°02′）/2=31°52′（4-5）

36′30″（4-6）

=67.82（4-7）

将它代入公式（4-3）中得：

（4-8）

由计算结果知：

m=1/25808≥1/40000，所以不可以采用国家坐标系，而采用当地坐标系统。

4.2平面控制网布设原则和布设方案

平面控制网分为国家平面控制网和工程平面控制网。

4.2.1国家平面控制网的布设原则和布设方案

（1）分级布设，逐级控制：

依据新的国家大地控制网和原有的国家三角网；

（2）具有足够的精度要求：

国家平面控制网市控制测图的最基础，所以它的精度要有严格的要求，保证测图的实际要求；

（3）保证必要的密度：

只有在国家大地点达到足够的密度下才能满足控制测图的需求；

（4）应该有统一的布设方案、精度指标、作业规格：

国家大地网规模大、施工队伍多、技术复杂、要求高，要是没有统一的方案、精度、规格，就很难建成符合要求的国家大地网。

布设方案则分为国家一等大地控制网、国家二等大地控制网、国家三等大地控制网、国家四等大地控制网。

4.2.2工程平面控制网的布设原则和布设方案

（1）分级布设、逐级控制:

先布设精度要求最好的控制网，再根据测图的需要布设低精度的控制网；

（2）要有足够的精度：

以工程控制网为例子，最低一级的控制网的点位中误差要能满足大比例尺1：

500的测图需求；

（3）要有足够的密度：

不管是工程控制网还是转悠控制网，都必要在测区内有足够多的控制点；

（4）要有统一的规格：

为了让不同部门施测的控制网能相互利用、相互协调。

要制定统一的规范。

工程平面控制网的布设方案主要是工程三角网，其特点如下：

（1）各等级三角网的平均变成比较相对应的等级的国家网边长显著地较短；

（2）三角网的等级多；

（3）各等级的控制网都可以作为测区的首级控制；

（4）三四等三角网起算边的相对中误差则按照首级网和加密网分别对待。

张家港市坐标系统与工程格网坐标系之间转换关系：

、

为转换后的控制点的工程格网坐标；

、

为工程格网坐标原点坐标，原点工程格网坐标为：

P100H190，即

＝2900.000m，

＝1100.000m；工程格网坐标为：

P100H190；

、

为需要转换的平面坐标的控制点；

、

为与工程格网坐标点P100H190重合的导线点平面坐标，即：

DX1

为两坐标系坐标北方向间的夹角。

4.2.3方案选取

方案一：

以变电站为起始点，以变电站的每根1#杆作为支线，按照支线的顺序往下测量，以每个支线的末端及最后一个井为结束点（如图4-1所示）；

图4-1方案一

方案二：

确定一个变电站里面的每条线，以每条线为主体，例如以12#杆为主，从12#杆找到1#杆，找到最后一个井，每条线都如此，最后从每个1#杆测到变电站（如图4-2所示）。

图4-2方案二

方案一与方案二相比较，方案二方便，只要确认该线路是该变电站中的一条即可展开测量，但是方案二的缺点就是测量过程太过零散，在测量过程中很容易出现错误，方案一较方案二而言，初期只要找到每根一号杆，便可顺着线路测下去，简单、快捷还不容易出现错误，所以选取方案一。

4.3GPS卫星定位系统

4.3.1卫星定位技术的发展

1957年10月份，世界上第一个人造地球卫星的成功发射，标记着空间技术的发展跨入了一个新的时代，伴随着不断地发射人造卫星，利用卫星进行定位测量以及导航已成现实。

（1）初期的卫星定位系统；

（2）卫星多普勒测量；

（3）其他卫星定位系统（俄罗斯的CLONASS、欧洲的Galileo系统、我国的北斗卫星系统）。

4.3.2GPS的特点

（1）GPS相对于其他导航定位系统具有功能多、用途广，定位精度高，能够实时实地定位；

（2）GPS定位技术相对于常规测量技术区别主要是观测站之间无需通视、定位精度高、观测时间短、提供三维坐标、操作简便、可以全天候工作。

4.3.3GPS系统的组成

GPS系统有三个部分组成：

空间星座部分，地面监控部分，用户设备部分（如图4-3所示）。

图4-3GPS组成部分

（1）空间星座部分

GPS卫星空间星座的分布保障了在地球任何位置、任何时间至少有4颗卫星可提供观测，而且不受天气的影响，所以说GPS是全球性、全天候的实时定位的系统；

GPS卫星的基本功能：

接收储存地面监控站所发出的导航信息，并执行监控站发出的指令；卫星上设有微处理机，可以进行必要的部分数据处理工作；通过星载铯种和铷钟提供精密时间标准并向用户发送实时定位信息。

（2）地面监控部分

GPS卫星地面监控部分主要包括卫星监测站、主控站和信息注入站三个部分。

（3）用户设备部分

GPS空间星座部分和地面监控部分是用户使用GPS进行定位的基础，用户只有利用设备才能实践GPS的定位。

根据用户的需求不同，所需要的接受设备也不一样，但其主要目的还是接收卫星所发出的信息。

4.4GPS的定位原理

4.4.1GPS绝对定位原理

GPS绝对定位（单点定位）是以地球质心为参考点，确定接收机的天线在WGS-84坐标系中绝对位置且过程中只需要一台接收机即可。

GPS绝对定位的基本原则是以卫星和用户接收机天线之间的距离的观测量为基准，根据已知的卫星瞬间坐标来确定用户的位置。

GPS绝对定位的实质是空间距离后方交会，但它采用的是单程测距原理，因此在一个测站上，为了实时求解4个未知参数，所以至少应有4个不同的同步伪距观测量即同时同步观测4颗以上的卫星（如图4-4所示）。

图4-4GPS绝对定位（单点定位）

4.4.2观测卫星的几何分布和GPS授时

（1）卫星几何分布影子（三维位置精度因子PDOP、钟差精度因子TDOP、垂直分量精度因子VDOP、水平分量精度因子HDOP）；

（2）GPS测时，主要方法有单站单机测时法和共视法。

4.4.3GPS相对定位原理

相对定位是指将两接收机分别安放在基线的两个端点。

位置保持静止不动，同步观测相同的四颗以上的卫星，然后确定基线两个端点在协议地球坐标系中的相对位置的这样的一种定位模式（如图4-5所示）。

图4-5相对定位原理

4.5GPS测量技术的应用

4.5.1GPS在控制测量、精密工程测量、及变形监测中的应用

（1）控制测量是GPS技术应用的一个很重要的领域，它的主要作用是建立和维持高精度的三维地心坐标系统；联测和转换不同的大地控制网；建立新的地面控制网；检核改善已有地面网；加密已有的地面网；研究精化大地水准面。

（2）随着GPS的不断发展，软件的不断更新，目前GPS已经广泛适用于精密工程测量例如桥梁、隧道管道、海霞贯通、连接工程，精密设备安装。

（3）工程变形监测边长检测测试表（如表4-1所示）。

表4-1工程变形检测边长检测表

GPS在大坝变形检测、地面沉降检测、海上勘探平台沉降监测等方面的匆匆变形监测中有很大的应用。

4.5.2GPS在航空遥感中的应用

（1）常规空中三角测量；

（2）GPS辅助空间三角测量：

精度分析、分析GPS天线位置；

（3）GPS天线与摄像机的偏心测量；

（4）GPS辅助空中三角测量平差和结果分析。

4.5.3GPS在土地资源调查中的应用

（1）土地调查的目的：

为土地管理提供基本数据、是合理利用土地和保持神态的重要工作、是土地资源动态检测的重要过程、是制定国民经济发展计划的重要依据；

（2）土地调查的任务：

清查各种土地资源的数量、清查土地资源质量，进行综合评价分等定级、土地资源调查的成果以成图形式表达；

（3）基本方法：

经纬仪测图、平板仪测图、全站仪测图、航空遥感测图、卫星遥感监测。

4.6电力管线探测仪器和探测方法的选取

正常在电力电缆探测和金属探测中，我们正常选取探测精度高和操作方便的RD8000探测仪，RD8000具有对周围管线感应性强，抗干扰能力强。

RD8000在应用中的常用方法；直接法，感应法，夹钳法。

直接法（图4-6）：

将地下管线探测仪器发射机的输出端直接连到管线上面，使发射的信号直接输送到目标管线上面，然后使用接收机探测信号。

直接法分为双端连接，单端连接和远接地单端连接。

正常测量过程中我们经常采用的是单端连接，将一端连在管线的点上，另一端直接连到附近的地面上，发射机给目标管线一个电流信号，随着接收机离发射机距离的增加，电流的强度会慢慢减小，但是电流的衰减速度会保持在稳定的状态，不会突然变化，在用探测仪探测的时候，应注意电流测量值最大的是目标管线，而不是信号最强烈的管线。

在测量设计地下电力管线方面，我们一般不采用这种方法直接探测线路的分布和走向。

图4-6直接法

感应法（图4-7所示）：

感应法事实上是探测未知管线最可靠的方法，使用这种方法的时候需要两名人员同时操作行，在探测之前需要查看原有大致的线路走向图，并把发射机模式设定为感应模式。

一人操作发射机，另一个人操作接收机。

发射机将信号发送到管线上，位于发射机上下游20米左右远处，接收机就可以接收到信号，发射机的方向要与事先估计线路走向方向应保持一样。

第二个人拿着接收机搜索，接收机的天线方向也要保持与地下管线的方向垂直，将接收机的感应度调到最高。

当发射机与接收机平行时，两人平行的向前前行，提着接收机的人在向前走的过程中，前后晃动接收机，且保持与接收机垂直。

发射机发射的信号由接收机接收到，将接收机左右晃动，寻找信号最强的地方。

在接收机探测到最大值时，在地面上对应的位置做记号，当然也要在在其他可能的方向重复探测。

这种方法在实际测量时，要追求高效率低成本的情况下正常不采用这种需要两名工作人员的方法。

图4-7感应法

夹钳法（图4-8所示）：

夹钳法是我们平时测量中最简单也是最实用准确的方法。

由于井下管道众多，管线错综复杂，为了避免在探测过程中出错，以致于后面所有的探测结果出现巨大差错，我们在这种探测过程中采用夹钳法。

在探测过程中我们先将夹钳的插头插入接收机前不得插口中，然后将接收机与发射机的频率调到一致，再讲接收机的钳口夹住我们所需要探测它走向的那根电力管线，拿着发射机在不远的地面上探测，判断出线路的大致走向，在遇到井时，开井下井对着井内每根线进行探测，信号最强则是接收机钳口所夹的那根管线。

在实际测量上我们大多选择夹钳法探测线路，低成本、高效率、准确度高的特点让我们更倾向它。

图4-8夹钳法

5任务进行过程

5.1实地勘察

根据张家港市电力局给的资料（上文图2-1中已给出），寻找到乘航变电站（以乘航变电站为例），在乘航变电站周围寻找它所分下来的各个线路；双鹿线1#杆、港花线1#杆、农鹿线1#杆、蒋桥线1#杆、塔泾线1#杆、乘航线1#杆、申热线1#杆、民丰线1#杆、庆安线1#杆、乘港线1#杆、新民线等，并在草图上画出乘航变和每根1#杆的位置，列图5-1。

图5-1乘航变部分1#杆

图中

所标记之处则为上面所说的乘航变下的一些1#杆，但是其中就会出现一些问题，看图中乘航线1#杆、申热线1#杆与庆安线1#杆之间还夹着两个井，图中标记为蒋乘西路西002（chbd7）和蒋乘西路西001（chbd9-1）。

其实在很多变电站中都会出现这种情况比如东莱变中也有这种情况，是因为每个变电站所供应的各个线的方向不同，由图中可以看出一般的1#杆分布在乘航变的西面和南面，由于要架设电力塔，考虑到架设电力塔地理位置和周围居民环境的原因，中间布线的过程采取地下埋线的方式，通过布设一两个井达到一个目的即为了以后的加线或者出电力事故抢修更为方便。

5.2草图及CAD图形绘制方案

5.2.1方案分类

方案一：

绘制草图时具体标注出井的长宽深度，在CAD绘图时以实际长度为标准，以镇中路西001为例，井长1.2m，井宽0.3m，四个井盖，井深0.8m，在绘制CAD图的时候就以井长1.2m，整体井宽1.2m，井深0.8m为规范绘制井示意图；

方案二：

以一个长宽比为1:

2的矩形作为井示意图，完成后标注出长宽以及深度，其中井盖数量标注在井宽里面；

方案三：

以任意比例的矩形作为井的示意图，绘制完成后照样标注出长宽深，井盖的数量也标注在里面。

5.2.2方案选取

在上述三个方案中，在草图绘制的时候都会标注出长度，方案一中在绘制每一个图的时候都要具体绘制长度，相比较方案二来讲，精度要求稍微高点，但绘制的时候所花费时间过多，工作效率低；方案二较方案三而言，稍规范一些，以一个同样的矩形作为井的示意图更为规范。

综合而言，在考虑工作效率以及图形精度要求的情况下，采取方案二更为方便快捷。

5.3实地测量

图5-2新民线

我们以乘航变中的新民线为例（列图5-2），从新民线15#杆开始测量，新民线主要走的是张家港市香港城和香港城天和公馆这条线，从每个杆分到对应的环网柜如下图5-3所示，每个环网柜里面都有一个或者两个深井，而往往这些井内遍布管道，管道里的电缆线也是密密麻麻的，遇到这种情况我们就比较头疼，我们在测量过程中使用的方法就开井下井对井内线路进行标号（如图5-4）.

图5-3环网柜

图5-4标线图5-5井示草图

列图5-5中的地表井为张家港市乘航变新民线香港城1#环网柜下方的线路铺设，我们可以看出井内线路众多，当打开下一个井时，无法辨识里面的线具体是从哪根电线杆分下来，或者线是往哪个方向走得，所以我们需要下井对线路标号，下井的时候一定要注意安全问题，一定要穿上