浅析测绘技术在给水管网工作中的应用

2022-09-11

随着城市化进程的推进, 城市规模和人口的急剧增加, 作为基础设施的供水管网的管理维护和建设就显得特别重要, 目前各供水企业针对自身公司和当地的实际情况, 在给水管网管理方面有很多可以借鉴的地方。以成都市为例, 据不完全统计每年新增人口达到10万, 这还不包括每天的新增的流动人口数量, 给供水企业带来了很大的压力。目前每天的供水规模达到了1 0 0万m 3, 在夏季高峰时段, 曾经达到了120m3, 成都市现有四大主要供水水厂, 分别为水二厂;水五厂;水六厂和水六厂BOT厂。为了应对人口的急剧增加, 现阶段正在加紧建设水六厂五期工程, 预计在2010年供水。远期规划还有水七厂, 目前正在前期的规划和设计阶段。成都市每年新增加的用户数量达到了1400余家, 包括居民用水和企事业单位, 每年新增管网长度约150km, 加上已有的管网, 总的管线长度可能达到了3000km, 全市五城区范围内消防设施有1.3万个, 阀门有3.4万个, 用户数量5.3万户, 面对如此大的管理量, 科学高效的管理措施和方法将起到事半功倍的效果。利用计算机和互连网技术就是解决这类问题很好的办法, 在全面调查和掌握管网基本情况下通过建立具有现实性、权威性的给水管线综合地理信息系统, 将给水管线的信息和各类设施及构筑物以数字的方式进行获取、存储, 具备分析、查询和输出的功能, 实现科学的管理, 可时时的对更改的数据进行修改, 依附于公共数据交换平台, 实现管网基础数据的共享, 避免人为的破坏造成不必要的停水, 给人们的生产和生活带麻烦。

在城市给水管网工作中, 测绘工作贯穿于每个环节, 扮演着很重要的角色。因此在实际工作中, 必须对测绘工作有一个清楚的认识, 给予高度的关注。国家建设部在2004年12月15日第49次常务会议讨论通过 (第136令, 自2005年5月1日起施行) 《城市地下管线工程档案管理办法》, 从法律的角度强制规定新建管网和管网维护过程中, 管线覆土前必须进行竣工测量, 收集特征点、管网设施和构筑物的坐标数据, 形成电子和书面的竣工文档, 移交专门的档案管理部门。

1 测绘技术在给水管网工程中的作用

给水工程共分为三个阶段:设计阶段、建设阶段、管理维护阶段。在三个阶段中, 均涉及到测绘工作。

1.1 设计阶段

在新建给水工程前, 需要进行设计工作。设计工作包括对拟安装管网区域管网基础资料, 供水需求, 人口数量以及远期的规划等的收集调查工作。由于原有大比例尺地形图缺乏管网的基础数据, 因此在实际工作中, 设计人员需要将该区域内的给水管网图加载到大比例尺地形图上, 如果比例尺不一致, 则需要通过比例的更改使其具有现实性很强的设计电子版底图。如果只有原有的大比例尺纸质地形图, 则需要对其进行相应的处理即数字化工作, 数字化后如现实性不强, 可以进行修测工作, 该种方法比较省时, 节约不必要的支出。如果没有电子底图, 就需要进行设计区域地形图的测绘工作, 一般情况下, 施测的比例为1∶500, 个别的可以施测1∶250的地形图供设计使用, 测绘的标准按照相关的国家规范进行。另外也可以向相关的地图版权单位进行购买。成都自来水公司目前已经有1∶10000管网现状图, 基本涵盖了市区范围, 管径从目前最大的供水管道口径D N 2 4 0 0 m m到DN100mm。从管网现状图形上能够大致了解目前给水管网的分布, 区域用水情况以及人口和工业布局的情况。由于比例尺小, 反映的主要街道, 居民小区等信息不够, 在设计过程中只能作为选择取水位置的参考, 更详尽的图形需要借助于大比例尺地形图。内业人员通过对原有的城市区域1∶500地形图进行处理并加载基建管线数据, 生成具体的给水管线设计图。

1.2 建设阶段

在给水工程建设阶段, 主要的测绘工作包括控制测量、工程放样和工程竣工。

1.2.1 控制测量

在控制测量开始工作前, 应收集施工区内已有的控制点情况并进行相应的检测和复核工作, 如无控制点和缺少控制点则需要进行控制测量工作, 由于给水管线工程自身的特点, 基建管线位置一般安装在街道的人行道或慢车道上呈带状分布, 因此在布设导线时应尽可能根据管线的设计位置和工程施工场地的具体情况布设成单条附合导线或沿街道布设成导线网;而新建小区给水管线工程一般根据该小区房屋的总体布局将管线设计到单元楼下, 管线位置需要方便小区用户接水, 设计时一般将给水管线置于沿小区主要道路, 距厨房和厕所较近的地方, 因此在布设控制网形式时, 应尽量布设成闭合导线, 在比较困难的地方可以布设成支导线的形式。各种导线精度指标需满足《城市测量规范》CJJ8和《城市地下管线探测技术规程》CJJ6标准要求。

控制测量的方法有:全站仪控制测量和GPS控制测量两种。

全站仪控制测量。在给水工程控制测量工作中, 由于高程控制四等水准测量精度标准基本能满足工程需要, 可以用三角高程替代水准测量, 因此使用全站仪能够完成平面和高程控制工作。由于给水管线工程涉及范围较小, 在实际工作中可以不考虑地球重力场的变化带来的影响, 但要考虑大气折光和温度变化的影响。依据数据处理软件可以实现对野外全站仪采集的边角控制数据, 并进行相应的平差处理, 求得精度指标。

全站仪进行平面控制常采用导线测量模式。导线测量精度要求如表1和表2所示。

GPS控制测量。随着GPS应用于测量方面的技术日趋成熟, 相对于传统的测量模式具有控制点无需通视图形选择比较灵活, 全天侯观测, 容易实现全系统自动化。在给水管线工程GPS控制测量中, 第一步是GPS网的优化设计, 这是一项基础工作, 也是在GPS网的精确性、可靠性和经济性方面实现给水工程要求的重要环节。主要内容包括:精度指标的合理确定, 网的图形设计和网的基准设计。由于给水工程自身的限制, 一般按照E级网的要求确定精度指标, 既经济, 也能满足工程的需要。至于图形设计和基准设计则要求满足国家相关的技术标准即可。确定好上述三个指标后就可以开展GPS外业测量工作了, 选点和埋石与常规的测量方法基本相同。在正式开展外业测量时要先拟定观测计划和GPS测量仪器设备的配置并对其进行复核仪器是否有效使用期内, 是否有相应的鉴定证书等。目前的静态和动态GPS接收机均可用做控制测量工作, 作业模式有:经典静态相对定位、快速静态相对定位、准动态相对定位、动态相对定位和实时动态 (RTK) 测量五种。目前广泛用于给水管线工程控制测量的模式是实时动态 (RTK) 动态定位, 定位精度可以达到厘米级, 但是受移动站和基准站距离的信号限制, 一般不宜超过30km。

1.2.2 给水管线测量放样

施工控制网建立后, 紧接工作就是测量放样工作。放样工作的目的与测图相反, 它是将图上所设计的给水管线的位置与高程在实地位置标定出来, 作为施工的依据。施工坐标放样的方法有很多:极坐标法、直角坐标法、方向线交会法、轴线交会法、正倒镜投点法、前方交会发和后方交会法。施工高程放样的方法包括几何水准测量、三角高程测量和卷尺直接丈量竖角距离。由于给水管线工程安装的位置一般为主要街道和居民小区, 建筑物距离很近并且很不规范, 放样将受到给水工程施工现场条件、施工的方法和整个工程的施工周期等因素的制约, 在进行控制网选点时也要综合考虑放样点的需要, 尽可能的选择位置比较开阔的地方。

在给水管线放样工程中, 通常使用的放样的方法是极坐标法, 如果在比较困难的地方, 可以配合其他的方法进行。目前在使用GPSRTK技术的地方可以在模拟坐标系统后在精度要求符合施工需要时可以使用该技术放样, 目前主要解决的是GPS信号接收的问题。

1.2.3 给水管线竣工测量

在给水工程施工完未覆土前需要进行竣工测量工作, 除测量管线特征点坐标和高程外还应收集管网的设施其他信息。

1.3 管理和维护阶段

在给水管网管理阶段, 目前主管部门主要采取的手段是以一定管线长度两个或多个可以止水的阀门为控制段进行分段管理。将测量有坐标的给水管网通过计算机成图后精简部分地形图要素, 加载管网控制尺寸后形成的管网控制图, 管理人员可以通过管网控制图进行停水指挥, 同时现场参与维修的人员也可以在现场快速的找到需要关闭的阀门, 减少自来水流失造成的损失。该方法简单易懂实用, 通过主管部门多年的实践使用, 效果理想。

给水管网的管理和维护应该依靠现代测绘技术, 建立包括基建管线和用户管线数据的给水管网GIS系统, 使其在给水管网管理方面发挥高新测绘技术的作用。由于城市的改造比较频繁, 需要改造的管网很多, 如果不及时更新数据, GIS系统就是一个死系统, 发挥不了应有的作用。因此在维护管网时, 例如:水表位改动, 管道改造, 阀门更换等, 均对其特征点的相关参数进行了测量, 将修改后的数据及时更新给水管网GIS系统。