GNSS卫星定位信息系统在深圳北部水源管线工程的应用探讨

GNSS卫星定位信息系统在深圳北部水源管线工程的应用探讨

翟振起

深圳市北部水源工程管理处广东.深圳518000

摘要：本文介绍了深圳北部水源管线工程GNSS卫星定位信息系统布置及应用，简要分析了GNSS卫星定位信息系统的建设概况和设计思路、架构等，为其他地区的水务信息化建设起到一定得参考作用。

关键词：GNSS卫星定位信息系统；北线引水工程；龙茜供水工程

1.概述

随着供水管线运行管理信息化、规范化的水平越来越高，需要对供水设备的数字化、可视化、实时化管理，切实的提高紧急故障处理的能力和协调水平。传统的检修管理方法和模式已逐渐不适应当今运行管理要求。GNSS定位巡检管理系统，集成了GNSS全球卫星定位技术、无线数据传输技术、GIS地理信息系统和计算机网络通信与数据处理技术，可以为管线巡检人员提供重要的辅助信息，并可以远程对长线巡检人员进行监督管理，以确保他们能准确地按照设定的巡检路线、地点、时间、重点部位必要的停留等进行巡检，保障供水设施的安全稳定可靠的运行。

深圳北部水源管线工程是北线引水工程和龙茜供水工程组成，北部水源工程分布图见图1。北线引水工程和龙茜供水工程线路长，周边地物复杂，横跨或经过公路、铁路、河流、物流园、商业区、住在区、城中村，周边建设活动密集，日常巡查管理任务艰巨（图2，图3）。

图2龙观快速与供水管线交叉处图3供水管线旁在建楼盘（环观南路）

长期以来，北部水源工程管理处投入了大量人力、物力用于供水线路的日常巡查工作。随着卫星定位技术的发展，实时、准确的获取三维空间信息成为了可能。利用地基增强系统，作业人员采用便携式的卫星定位接收机即可实时获取高精度（分米级、甚至厘米级）的三维空间信息。将实时高精度定位技术与GIS技术相结合，管理人员在野外利用便携式设备，既可以随时采集高精度位置信息，又可以调用查看各种基础数据资料并进行分析。在上述技术的帮助下，管理人员在野外即可一次性完成数据摸底、工况判别和分析决策工作，应用于日常管理和应急抢修可大幅提升工作效率。GNSS卫星定位信息系统的建设，能为现场工作人员提供实时精确的空间位置信息和基础资料信息，用于辅助判断相关活动位置与线路保护范围的空间关系，及时发现可能存在的安全隐患。

2.GNSS卫星定位信息系统建设

2.1系统结构

卫星定位增强系统结构设计图如图1所示。

图1卫星定位增强系统结构图

卫星定位增强系统包括基准站子系统、数据传输系统、数据处理和监控中心、面向用户的数据发播系统、定位应用子系统等几个部分（表1）。

本项目实施时，基准站子系统、数据传输系统可充分利用茜坑水库GNSS变形监测系统的基础设施，面向用户的数据发播系统可充分利用北线引水工程现有Internet网络。因此，本项目中主要完成数据处理和监控中心、用户应用子系统的建设工作，以及坐标联测、系统定位精度评估、系统安装调试等技术服务工作。

2.2基准站子系统

基准站子系统负责采集GNSS卫星观测数据并输送至数据处理中心。本项目计划充分利用茜坑水库主坝GNSS自动化变形监测系统已建成的基准站，直接作为地基增强系统的基准站。

茜坑水库GNSS基准站位于茜坑水库主坝右侧山头，观测墩高3米，观测条件良好。基准站采用天宝NETR9型接收机配合华信扼流圈天线采集观测数据，并可将观测数据通过通信网络实时传输至茜坑水库管理所网络室。基准站已接通220V交流电源，用于连续供电。基准站周边已配套建设有避雷针。经考察，茜坑水库基准站满足作为本项目地基增强系统基准站的条件。

2.3数据传输系统

数据传输系统用于将基准站数据通过通讯线路传输至数据处理中心，该系统包括数据传输硬件设备及软件控制模块。

目前，茜坑水库基准站数据已能传输至茜坑水库管理所网络室。本项目可直接加以利用，无需再新建数据传输系统。

2.4数据处理和监控中心

数据处理中心是地基增强系统的核心单元，也是高精度定位得以实现的关键。中心的主要设备包括网络设备、服务器、计算机、不间断电源等构成的内部局域网和系统软件等。它用于接收基准站数据，进行数据处理，形成差分定位用户数据，组成一定格式的数据文件，分发给用户。

作为整个服务系统的核心，数据处理和监控中心要求具备有以下功能：数据处理、系统运行监控、信息服务、网络管理、用户管理等功能。

2.5数据发播系统

系统通过Internet形式向用户播发定位导航数据。用户端通过无线通信方式（GSM、GPRS、3G、4G等），读取系统播发的定位导航数据。

由于服务器部署在内部局域网上，用户需要根据北部水源工程管理处的公网IP和制定端口号，读取系统播发的定位导航数据。在此之前，需要做好端口映射等网络配置工作。

2.6定位应用子系统

定位应用子系统是地基增强系统的最终应用端，GNSS接收机、通信模块组成。用户通过GNSS接收机接收卫星定位信号，并进行简单数据处理后与地基增强系统的数据处理中心进行数据交换，最终获得高精度的差分改正信息，实现实时的高精度的定位服务。

2.7坐标联测

系统建设时，在北线引水工程管线附近布设E级点6点，与茜坑水库基准站联测，用于计算区域坐标转换参数。采用数据处理软件进行同步环闭合差、重复基线、异步环闭合差检验，三维自由网平差和二维约束平差。

①根据规范要求，同步环各坐标分量闭合差应符合：

④GPS网进行约束平差后，最弱相邻点边长相对中误差小于1/20000。

2.8定位精度评估

系统建设完成后，开展定位精度评估工作，对建成卫星定位增强系统后使用GM20型接收机定位的精度进行评价。首先，采用MG20型接收机，接收卫星定位增强系统的差分改正信息，施测坐标点；然后，采用徕卡GS15型接收机，利用常规GPSRTK方法对上述坐标点进行检核；比较上述两次观测结果的坐标值，对定位增强系统的定位精度进行评估。检核测量的精度按二级点精度执行，方法如下。

二级点点位选在通视良好、地基稳定且宜长期保存的地方，选点时应避开不利于GPS观测的因素。点位应位于水泥铺装路面，中心标志采用锯有十字的镙杆，用冲击钻钻洞打入，以点位为中心刻20cm×20cm的方框，并刻上其点号。点号采用“II-流水号”组成，如“II-1”，从“II-1”开始顺编，计划布设20个二级控制点。

二级点测量选用LeicaGX15GPS测量系统的RTK功能进行测量，仪器经过检定，精度满足规范要求。测量时采用LeicaGX15GPS的RTK方式施测。测量时在E级点上设架设参考站，流动站经其他E级点上检查符合规范要求后，逐一测量各二级点。

对同一点进行三次独立测量。二级点三次测量成果之差应小于4cm，三次测量成果应满足规范要求，最终成果取三次观测成果的平均值。二级点高程采用GPSRTK测量。

3、结束语

与传统供水管道巡线方式相比，采用GNSS卫星定位信息系统，用户使用测量型GNSS接收机可实现厘米级（或分米）精度实时定位，可服务于日常管理、应急抢修。不但能在第一时间采集到现场数据，而且能对线路问题、设备故障、安全隐患进行精确定位，并实现对供水管道巡检过程的全过程监控。GNSS卫星定位信息系统在深圳北部水源管线工程的成功应用，有效提高了供水管网的巡检工作质量和管网检漏的效率，实现了爆管抢修时快速、正确关阀，大大提升了集团公司的管网管理水平，同时该系统在供排水行业具有广泛的推广应用价值。