数字化天然气管道测量主要有控制测量、数据采集、安全运营应急保障等特殊测量，特点是呈线状分布，跨度大, 地形地貌复杂多样，观测条件较差，部分地区控制点稀缺。在全球定位系统(global positioning system，GPS)静态控制测量中, 高等级控制点作为整个控制网的基准和尺度依据非常重要。目前，管道建设和运营亟需一种更简单、快速、精确的测量定位技术和安全保障解决方案。连续运行参考站系统(continuous operational reference system，CORS)技术的发展和应用为解决该问题提供了可能，CORS的高精度基准站坐标和不间断的观测数据提供了一种能够替代联测高等级控制点的作业方式。本文以广东省天然气某主干管网工程为例，应用CORS技术进行数字化天然气管道控制测量，并对结果进行了分析，工程实践表明，该方法有效提高了数字化天然气管道测量的效率。

1 CORS技术在控制测量中的应用 1.1 首级控制测量

首级控制测量主要包括首级平面控制测量和首级高程控制测量，广东省天然气某主干管网工程控制网由40个GPS控制点组成，使用4台中海达V8双频GPS接收机按静态作业模式实施野外观测，每时段有效同步观测时间为60 min以上，重复设站大于1.6倍。

为验证CORS在首级控制测量中的精度，首级控制网采用两种方案进行解算，第一种方案采用3个国家Ⅱ等控制点和1个GDCORS (广东CORS)静态C级点(GDCORS静态C级点的坐标是通过与其最近3个GDCORS基准站进行静态GPS联测获取的)作为起算点对GPS控制网进行解算；第二种方案采用均匀分布在GPS控制网沿线的GDCORS基准站作为起算点对控制网进行解算。解算结果对比如图 1所示。

由图 1可以看出，在x、y方向上，两种方案解算的较差在-5~5 cm之间波动，最大为5.3 cm，最小为0.13 cm。

目前，国内多数省市级CORS中心都与当地似大地水准面精化模型建立了联系，可实时或事后通过格网内插求取国家高程基准成果。似大地水准面模型是以一定分辨率建立的区域高程异常格网，在区域内任何位置都可采用内插数值方法获取该位置的高程异常，根据观测的大地高即可转换为正常高。这种模式减少了大量的繁重劳动，避免了误差累计对精度的影响，尤其对数字化天然气管道的线状地形，避免了分段GPS高程拟合带来的分段重叠地区成果不一致的情况^[1-3]。

由表 1可以看出，方案2解算的似大地水准面高程与四等水准测量高程的最大差值为4.9 cm，最小差值为0.1 cm。由图 1、表 1的对比结果可以看出，CORS技术运用于数字化天然气管道首级控制测量时，满足首级平面控制测量和首级高程控制测量的规范要求。

1.2 图根控制测量

图根控制采用网络RTK (real-time kinematic)技术，该技术是利用区域内网状分布的基准站的载波相位观测数据，并以这些基准站中的一个或多个基准站为基准，通过差分原理，计算和发播全球卫星导航系统(global navigation satellite system，GNSS)改正信息，达到对该区域内的用户进行实时定位的效果，定位精度可达到cm级。作业方式采用带有拨号模块的GPS双频接收机，通过GPRS方式连接到CORS中心服务器，获取网络RTK差分改正数，完成初始化后即可开始测量，获得图根点的坐标^[4]。

为验证CORS在图根控制测量中的精度，选取此工程中的部分图根点进行实测，每个图根点测量2个时段，每时段不低于60个历元，利用GDCORS提供的坐标转换服务，将观测成果转换成1980西安坐标，实测点的精度统计如表 2、表 3所示。

采用GDCORS对广东省内均匀分布于各地市的8个已知C级GPS点：南岗(广州)、周田中学(韶关)、大金顶(肇庆)、安惠大厦(惠州)、果菜站(东莞)、潮阳人民医院(汕头)、实验中学(梅州)、愚公楼村委会(湛江)，以及广东省内4个国家三角点：髻顶(珠海)、求雨山(江门)、大尖峰(中山)、径心背(深圳)进行观测，利用国土测绘部门提供的成果解算业务将WGS-84坐标系下接收的CORS经纬度转换成1980西安坐标系的成果^{[5, 6]}，然后对数据进行分析，得出外符合精度的统计表如表 4所示。

由表 2、表 3可以看出，单次初始化点坐标标准差最大值为0.019 m，高程标准差最大值为0.022 m，且坐标标准差和高程标准差的内符合精度较好；重复观测点坐标精度的最大值为0.019 m，高程精度的最大值为0.027 m，内符合精度较好。由表 4可以看出，外符合平面精度的最大值为0.081 m，精度较好。观测精度统计和外部检核精度均在工程限差要求的范围之内。

采用全站仪和CORS分别进行实测长度对比^[7]，如表 5所示。

由表 5可以看出，两种方法实测的距离最大差值为0.029 cm，最小为0.002 cm，满足规范要求，网络RTK观测可用于图根控制测量。

2 CORS技术在数据采集中的应用

数据采集是数字化天然气管道的基础，CORS数据采集主要是不同类型特征点的测设(测量和放样)，应用在天然气管道勘察设计与选线、施工跟踪测量、安全运营应急保障各个阶段。工作人员在掌握相关专业理论知识的同时，还需要能熟练使用CORS、熟悉数字化天然气管道数据采集各个阶段的特征点和数据采集过程中必要的检核条件。

1)勘察设计与选线阶段。勘察放孔时孔位测设、线路初步设计与详细设计时线位测设、选线阶段航摄像控点测量。

2)施工跟踪测量阶段。管沟土方回填前后的测量数据和偏差(代表业主的第三方测量数据)应及时反馈给业主、监理、施工方，批准合格方可回填、埋设3桩。

回填前管沟内特征点测量。相邻钢管焊口点、热煨弯头与冷煨弯头的弯点和曲线变化点、补伤中心点和补伤范围、配重块中心点、管顶埋设深度、验沟(实际施工埋深与设计埋深的偏差)、验桩(实际施工位置与设计桩位的偏差)、穿越起终点位置及走向、定向钻起终点位置及走向、管道上阴极保护点。

回填后地面设施特征点测量。水土保持位置和范围、3桩测量(牺牲阳极-阴极保护桩、转角桩和里程桩、警示桩和警示牌)、站场、阀室等。

3)安全运营应急保障阶段。为了快速获取管道通气运营后沿线安全信息而进行无人机航摄时像片地面控制点测量、航摄后影像精度检测、管道内检测、日常巡线时危险点及危险区域的应急测量等^[8]。

4)跨省作业时CORS在无人机航摄像片地面控制点测量和航摄后影像精度检测中的应用。以西气东输某已建干线天然气管道为例，干线部分标段经过湖北省、湖南省、广东省，支线进入江西省。为了及时并清楚地了解已建管道通气后的安全运营应急保障情况(沿线地貌变化情况、沿线警示标志保存情况、沿线工程施工情况)，采用无人机航空摄影测量及后续数据处理获取数字正射影像图、数字高程模型、数字栅格地图、数字线划地图^[9]。数据通讯采用移动手机卡开通GPRS流量后装入GPS移动台主机内即可使用，分别采用各省CORS采集各省范围内的像片地面控制点和影像精度检测的数据。航摄后，正射影像内业处理精度检测主要是到实地采集明显的房角、围墙角、坎角等地形地物角。目前各省CORS不能进行并网联测和解算，通过各省CORS中心的数据解算业务，分别将WGS-84坐标系下采集的CORS经纬度转换至1980西安坐标系，从而实现整个长输管道坐标系的统一。

5) CORS技术数据采集的检核条件。代表业主的第三方测绘每天开始数据采集前后都至少找不同方向的2~3个已知控制点进行检核，每天都重复采集2~3个之前测设过的点确认数据相符后再开始新的测量，每个点都采集2次取平均值，每次重新初始化采集60个历元。施工单位也对施工现场的线路等信息数据进行采集和录入。业主通过管网地理信息系统的数据校验及自动比对功能可以及时地发现建设过程中数据与实际情况不符、管道线位不准、管道技术数据错误等问题，以此提高管道的建设效率和质量。

6) CORS技术在数字化天然气管道数据采集中的可靠性与适用性分析。选取部分能够反映数字化天然气管道的特征点，如城郊街区、山地、林地、开阔平地、高压线及辐射区域、河流湖泊等水系的穿越点、施工中的管沟内、阀室和站场的室外等。采用CORS进行观测，并对观测结果进行分析^[10]。结果表明，无明显遮挡、通讯条件良好的区域，网络RTK观测初始化速度快，观测精度相对高，完全可以满足数字化天然气管道的规范要求；在遮挡严重或通讯信号差的位置，初始化速度慢，观测精度低。例如，韶关支线山区的复杂作业情况只能采用静态GPS联测已知国家控制点+CORS技术+电台模式GPS RTK+全站仪的混合作业模式(某些区域也可在待测点附近采用CORS布设2~3个图根点，采用电台模式GPS RTK和全站仪配合使用)；在广东、海南等低纬度地区，正午时分的电离层指数达到峰值，造成平均初始化所需时间明显增加，高程精度下降，针对这种情况，可根据电离层和GPS星历预报合理拟定作业计划。

7)高压天然气管道的安全运营应急保障。高压天然气管道易燃、易爆，且干线埋设位置多位于野外, 线路长、跨度大，运营维护期间现场无固定人员值守，管顶平均埋深1.2 m，易遭施工的损坏, 需要提高日常巡检的效率，采用外挂或加载了CORS技术的数字化管网地理信息智能巡检系统(载有管道位置信息、钢管信息等全部施工数据)，寻线员再结合寻线经验以及3桩位置准确及时地定位事故点位置, 提高维护、抢修的效率。

3 结束语

本文通过对CORS关键技术和数字化天然气管道测量现状与需求的分析，以广东省主干天然气管网工程为背景，对CORS技术在数字化天然气管道控制测量、数字化天然气管道数据采集等方面的应用进行了精度分析和论述。国内大部分省级CORS网络都已经建设好或正在建设中，相对于数字化天然气管道测量的传统作业方式，CORS技术的应用使得作业更为灵活、方便，平面和高程控制成果整体精度更高，在实际安全运营应急保障方面也更具可操作性，具有极为重要的行业推广价值。