吕红涛 方广杰 舒 飞

中国石油天然气管道工程有限公司，河北 廊坊 065000

0 前言

在长距离油气管道工程建设领域，管道带状地形图、隧道地形图、穿跨越及场站地形图通常使用航空摄影测量、传统RTK(Real Time Kinematic)技术、全站仪测量等仪器设备完成［1］。随着测绘新设备、新技术的快速发展，机载激光雷达测量、VRS（Virtual Reference Stations）技术等也开始在管道测量中使用，并初见成效。

VRS技术是集Internet技术、无线通信技术、计算机网络管理和GPS定位技术于一身的新兴定位技术。VRS技术能否应用于油气管道工程测量，其测量精度是否满足行业规范的各项要求，本文结合工程实践，对VRS技术的优势进行了分析，为今后油气管道工程测量提供了借鉴。

1 RTK技术与VRS技术对比

RTK技术是现代测绘常用的GPS测量方式。VRS技术的出现把RTK技术推向了一个更趋完美的地步，代表了网络RTK技术以及GPS的发展方向。

1.1 RTK技术及其局限性

RTK技术是GPS实时动态定位的简称，是一种将GPS与数据传输技术相结合，实时解算和处理数据，在1～2 s内得到高精度三维定位技术。它的出现为工程放样、地形测图和低等级控制测量带来了曙光。RTK技术的优点：作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大；对通视条件、能见度、气候、季节等因素的要求低；定位精度高，数据安全可靠；操作简便、数据处理能力强；作业效率高。

RTK技术在应用过程中，存在一定的局限性，主要表现：需架设本地的参考站（基准站）；误差随距离的增长而增大；电台功率使流动站和参考站距离受到限制（＜15 km）；可靠性和可行性随距离的增长而降低。

1.2 VRS技术组成、工作原理及优势

VRS技术包括：控制中心、固定参考站和用户部分［2］。控制中心是整个系统的核心，既是通信控制中心，也是数据处理中心。它通过通信线(光缆、ISDN、电话线)与所有的固定参考站通信；通过无线网络(GSM、CDMA、GPRS)与移动用户通信。由计算机实时控制整个系统的运行，控制中心的软件GPS-NET既是数据处理软件，也是系统管理软件。

固定参考站是固定的GPS接收系统，即CORS系统（Continuous Operational Reference System），分布在整个网络中，1个VRS网络包括不少于3个甚至无数个固定参考站，站与站之间的距离可达70 km(传统高精度GPS网络，站间距离10～20 km)。固定参考站与控制中心之间有通信线相连，数据实时传送到控制中心。

用户部分包括用户的接收机、智能手机等无线通信的调制解调器。用户根据不同需求，放置在不同的载体上，如：汽车、飞机、农业机器、挖掘机等；用户也可背在肩上。接收机通过无线网络将自己初始位置发给控制中心，并接收控制中心的差分信号，生成厘米级的位置信息。

VRS网络中，各固定参考站不直接向移动用户发送任何改正信息，而将所有的原始数据通过数据通信线发至控制中心。同时，移动用户在工作前，先通过GSM的短信息功能向控制中心发送一个概略坐标；控制中心收到后，根据用户位置由计算机自动选择最佳的一组固定基准站；再根据固定基准站发来的信息，整体地改正GPS的轨道误差，电离层、对流层和大气折射引起的误差，将高精度的差分信号发送给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁边，生成一个虚拟的参考基站。

VRS技术的优势：测量范围大；用户省略架设基准站，单用户可直接操作；相对于传统RTK技术，没有距离误差的概念，提高了测量精度；误差均匀统一；可靠性提高［3］；信号稳定，兼容GPS各种型号，可野外单人作业等［4］。

2 VRS技术的具体应用

国内某在建天然气管道江西段长度约570 km，全线总体地势西北和东南低，中部高，大体呈阶梯状展布低山丘陵及平原。前期沿线做了206个D级GPS首级控制点，采用美国天宝GPS接收机，以静态测量方式，同步观测1h以上，并用天宝TBC软件解算处理所得数据［5］。线路地形图采用VRS技术测量。使用测量仪器为Trimble R8 Model 2，配套手簿为TSC2。

在正式开展线路测量前，向江西省测绘地理信息局申请注册了该省VRS的用户名和密码、IP地址和端口，办理了VRS技术测量专用的中国移动GPRS数据卡。

VRS技术测量中，手机、TSC2手簿和接收机的各项配置是一个复杂、系统、精细的过程。

2.1 TSC2手簿与手机蓝牙配对连接

打开TSC2手簿和手机的蓝牙，使蓝牙可见，输入一个自定义密码后匹配。这样手机就相当于调制解调器，供给TSC2手簿联网；在TSC2手簿里点击“连接”“管理现有连接”“新建连接”，输入连接GPRS，选择蓝牙为调制解调器，在拨号方式栏输入*99#或*99***#（中国移动专用），数据流量选择最大115 200，其它默认设置。

2.2 TSC2手簿与天宝接收机蓝牙配对连接

打开TSC2手簿里新建文件，在“配置”“控制器”“蓝牙”选项里，选择接收机型号，将手机和接收机通过蓝牙完成连接。

2.3 拨号简表的各项设置

新建拨号简表，简表类型为互联网流动站，选择上述建立的GPRS连接，蓝牙调制解调器为手机，接入点为cmnet，数据传输协议的用户名、密码和VRS的IP地址及端口均为上述在测绘局申请的专用号码，其它用默认设置，存储拨号简表。

2.4 VRS技术流动站的各选项设置

在“测量形式”里新建一个VRS技术测量，流动站选项测量形式设置为RTK，播发格式为RTCM（GNSS差分信号格式），点存储为矢量，天线类型设置成与接收机匹配的类型，勾选俄罗斯格洛纳斯卫星（GLONASS），接受设置并存储；流动站电台选为互联网连接，拨号简表选择新建的VRS简表，接受设置并存储。

完成各项设置后，即可进入VRS技术测量程序，TSC2手簿通过手机接入互联网，获取测绘局接入点源列表，选择RTKRTCM建立连接，收到电台信号后即可进行测量或放样工作。

为确保线路测量成果的正确性，每次施测前均对首级控制点进行检核［6］。部分测量结果对比见表1。

表1 VRS技术测量成果与静态测量成果较差 m

由表1可看出，VRS技术测量静态控制点成果的平面精度优于2 cm，高程精度优于4 cm。依据GB/T 50539-2009《油气输送管道工程测量规范》的相关规定，既能满足线路带状图测量的限差要求，也能满足隧道、穿跨越和场站地形图测量等限差要求；从表1也可看出，VRS技术在控制测量方面，其部分成果精度不能满足CH/T 2009-2010《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范 》的相关技术要求，需要采取措施，提高测量精度，才能满足规范要求［7］。所以VRS技术可用于油气管道工程测量的碎部点采集和施工放样［8］。

3 结论

VRS技术节约了人力、扩展了作业距离、提高了工作效率，较传统RTK技术具有明显的优势。近年来，随着国内各省区CORS系统的建立和筹建，在测绘及油气管道工程领域的应用前景广阔。同时，也应该认识到，现阶段的VRS技术能胜任碎部点采集和施工放样；但在控制测量方面，其精度还不能完全满足管道测量的相关要求，特别是隧道、穿跨越及场站地形图的测量，特殊情况下需做好降低误差的准备工作。另外国内部分地区还未建立CORS系统，不能提供虚拟参考站差分信息；个别山区没有通信运营商服务，流动站无法接收虚拟参考站的差分信息，限制了VRS技术的使用。

［1］李 玮，万仕平. 浅析GPS在龙岗净化厂控制测量中的应用［J］.天然气与石油, 2010, 28(1): 41-43.Li W ei, Wan Shiping. Application of GPS to Control Survey in Longgang Purification Plant［J］. Natural Gas and O il,2010, 28(1): 41-43.

［2］杨玉忠，刘玉财. 网络RTK技术在管线测量中的应用［J］.测绘与空间地理信息，2011, 34(6): 76-78.Yang Yuzhong, Liu Yucai. Application of RTK Technology in Pipeline Network in Measurement［J］.Geomatics &Spatial Information Technology, 2011, 34(6): 76-78.

［3］王 研. VRS系统在山区管线测量中的应用前景［J］.甘肃科技，2010, 26(11): 43-45.Wang Yan. Application of VRS System in Pipeline Surveying in Mountainous Area［J］. Gansu Science and Technology,2010, 26(11): 43-45.

［4］李 明. GPS-RTK与全站仪结合用于油田工程测量［J］.油气田地面工程，2012, 31(7): 75.Li Ming. GPS-RTK and Total Station Combined for Oilfield Engineering Measurem ent［J］. O il-Gasfield Surface Engineering, 2012, 31(7): 75.

［5］郭 阳. GPS技术在仪征-长岭原油输送管道测量中的应用［J］.油气田地面工程，2011, 30(12): 82-83.Guo Yang. Application of GPS Measurement Technology in Yizheng - Changling Crude Oil Pipeline［J］. Oil-Gasfield Surface Engineering, 2011, 30(12): 82-83.

［6］桑 悦，江 斌，刘 岩，等. RTK技术在长输管道测量中的应用［J］.石油工程建设，2010, 36(2): 125-126.Sang Yue, Jiang Bin, Liu Yan, et al. Application of RTK Technology in the Measurement of Long Distance Pipeline［J］. Petroleum Engineering Construction, 2010, 36(2):125-126.

［7］王 涵，姚连璧. VRS技术在城市地籍控制测量中的应用［J］.地矿测绘，2009, 25(3): 22-24.Wan Han, Yao Lianbi. VRS Technology in City Cadastral Control Survey Application［J］. Surveying and Mapping of Geology and Mineral Resources, 2009, 25(3): 22-24.

［8］杨善文. GPS-RTK技术在油气管道中线桩放样上的应用［J］. 天然气与石油，2010, 28(1): 33-36.Yang Shanwen. Application of GPS-RTK Techno logy to Centerline Stake Lofting in Oil and Gas Pipeline［J］.Natural Gas and O il, 2010, 28(1): 33-36.