北斗系統(tǒng)在石油管道監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用

北斗系統(tǒng)在石油管道監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用摘要：目前石油管道位移監(jiān)測(cè)方法很多，將衛(wèi)星導(dǎo)航測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在輸油管道位移監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，能夠有效的減少野外作業(yè)的強(qiáng)度，大大提高工作效率。本文重點(diǎn)介紹了北斗系統(tǒng)對(duì)于石油管道監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。關(guān)鍵詞：北斗系統(tǒng)；石油管道；監(jiān)測(cè)；應(yīng)用北斗自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述1.1北斗自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理北斗的全稱是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem），它是泛指所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括全球的、區(qū)域的和增強(qiáng)的，如美國(guó)的GPS、中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、俄羅斯的Glonass、歐洲的Galileo，以及相關(guān)的增強(qiáng)系統(tǒng)，如美國(guó)的WAAS（廣域增強(qiáng)系統(tǒng)）、歐洲的EGNOS（歐洲靜地導(dǎo)航重疊系統(tǒng)）和日本的MSAS（多功能運(yùn)輸衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)）等，還涵蓋在建和以后要建設(shè)的其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。國(guó)際北斗系統(tǒng)是個(gè)多系統(tǒng)、多層面、多模式的復(fù)雜組合系統(tǒng)。通過(guò)近十多年的實(shí)踐證明，利用北斗定位技術(shù)進(jìn)行精密工程測(cè)量和大地測(cè)量，平差后控制點(diǎn)的平面位置精度為1mm?2mm，高程精度為2mm?3mm。應(yīng)該說(shuō):利用北斗定位技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，是一種先進(jìn)的高科技監(jiān)測(cè)手段，而用北斗監(jiān)測(cè)滑坡是北斗技術(shù)變形監(jiān)測(cè)的一種典型應(yīng)用，通常有兩種方案：①用幾臺(tái)北斗接收機(jī)，由人工定期到監(jiān)測(cè)點(diǎn)上觀測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施處理后進(jìn)行變形分析與預(yù)報(bào)；②在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上建立無(wú)人值守的北斗觀測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)軟件控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)解算和變形分析、預(yù)報(bào)。1.2項(xiàng)目背景延長(zhǎng)石油輸氣管道干線工程在黨家莊附近穿越某煤礦采空區(qū)，采空區(qū)面積如圖綠色部分所示。由于采空區(qū)未曾填埋，遇到暴雨、地震等特殊情況下，有可能發(fā)生地基下沉，對(duì)輸氣管道造成威脅。而且此處為黃土地質(zhì)，有暴雨情況下，極易產(chǎn)生沖刷，危險(xiǎn)性極大。本次工程項(xiàng)目針對(duì)輸氣管道穿越采空區(qū)的地表沉降問(wèn)題，建立一套基于北斗的自動(dòng)化高精度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地表沉降，采集地表沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)沉降量超過(guò)警戒值時(shí)進(jìn)行報(bào)警，保障輸電線路安全運(yùn)行。北斗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則2.1設(shè)計(jì)原則（1）在充分利用現(xiàn)有資料和現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，建立高精度的的北斗控制網(wǎng)，以高精度北斗控制網(wǎng)作為基準(zhǔn)，在不穩(wěn)定的區(qū)域建設(shè)北斗監(jiān)測(cè)觀測(cè)點(diǎn)，而且北斗觀測(cè)點(diǎn)的位置選擇要與其它監(jiān)測(cè)手段相結(jié)合的原則，而且專業(yè)監(jiān)測(cè)與群眾監(jiān)測(cè)相結(jié)合的系統(tǒng)化、立體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。及時(shí)測(cè)定和預(yù)報(bào)沉降區(qū)及滑坡的位移等變化情況，并為長(zhǎng)期穩(wěn)定性預(yù)測(cè)研究提供資料。（2）北斗自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備完全自動(dòng)化、數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定可靠，所有系統(tǒng)綜合分析評(píng)價(jià)科學(xué)快捷，所得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及結(jié)果應(yīng)能夠?yàn)閳?chǎng)地規(guī)劃建設(shè)及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供依據(jù)。（3）高精度北斗控制網(wǎng)要定時(shí)和國(guó)際IGS網(wǎng)聯(lián)測(cè)［3具體聯(lián)測(cè)要求請(qǐng)參考北斗測(cè)量規(guī)范］，然后通過(guò)GAMIT或Bernese軟件解算，采用同濟(jì)大學(xué)或者武漢大學(xué)專用平差軟件進(jìn)行平差，前三次聯(lián)測(cè)周期至少保證半年一次，如果控制網(wǎng)比較穩(wěn)定，聯(lián)測(cè)周期可以適當(dāng)放寬到一年一次。（4）科學(xué)合理性原則?監(jiān)控對(duì)象的選取有科學(xué)和法律依據(jù)，尤其符合相關(guān)安全規(guī)程和規(guī)定，是必要的；監(jiān)控手段的選取有高科技含量，是先進(jìn)的；監(jiān)控效果準(zhǔn)確有效。（5）經(jīng)濟(jì)實(shí)用性原則凡是需要較大投入的監(jiān)控項(xiàng)目都是需要經(jīng)常使用的；凡是原系統(tǒng)已具備的功能或結(jié)構(gòu)裝置，只要準(zhǔn)確有效，都采用系統(tǒng)整合的方法加以利用，相互配合；所有涉及的技術(shù)手段，在保證長(zhǎng)期可靠有效的前提下，采用最經(jīng)濟(jì)的方案；所有的操作功能都采用最簡(jiǎn)潔的使用方法、做到直觀方便、性能穩(wěn)定以及維護(hù)簡(jiǎn)單。（6）系統(tǒng)可擴(kuò)展性原則在監(jiān)控方案要求改變時(shí)，本次投入的軟硬件設(shè)備能夠繼續(xù)使用，最大限度減少重復(fù)投入；系統(tǒng)接口開(kāi)放性：系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)信息采用國(guó)際或國(guó)內(nèi)通用的標(biāo)準(zhǔn)格式，便于系統(tǒng)功能擴(kuò)充和監(jiān)測(cè)成果的開(kāi)發(fā)利用；系統(tǒng)軟件系統(tǒng)支持其它監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)分析、支持人工巡檢記錄等。北斗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)容和技術(shù)要求3.1監(jiān)測(cè)具體內(nèi)容本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容是將原有人工監(jiān)測(cè)點(diǎn)位表面處布置12個(gè)北斗觀測(cè)點(diǎn)，在各觀測(cè)點(diǎn)上安置北斗天線，各接收機(jī)觀測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通訊的方式實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行?，控制中心軟件?zhǔn)實(shí)時(shí)解算出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，最終通過(guò)數(shù)據(jù)分析軟件自動(dòng)分析各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化量、變化趨勢(shì)，并結(jié)合其它監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)各個(gè)滑坡體整體的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。3.2監(jiān)測(cè)技術(shù)要求本北斗自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體技術(shù)要求為：（1）各參考站的位置選擇要遵守北斗參考站網(wǎng)技術(shù)規(guī)范，同時(shí)也要考慮服務(wù)的對(duì)象；（2）各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇也必須遵守北斗測(cè)量的要求，同時(shí)也要考慮監(jiān)測(cè)的任務(wù)、周?chē)F(xiàn)有資源情況以及交通等情況；（3）數(shù)據(jù)通訊和供電系統(tǒng)要盡量利用大崗水電站現(xiàn)有資源；（4）數(shù)據(jù)處理中心最好設(shè)立在專門(mén)的機(jī)房里，同時(shí)要具備面向公網(wǎng)的固定IP地址，從而便于系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理與維護(hù)。3.3監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)（1）各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)一次，但是系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)、1小時(shí)、2小時(shí)、6小時(shí)等不同時(shí)間長(zhǎng)度原始數(shù)據(jù)解算；（2）各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的精度平面中誤差小于2mm+1ppm、高程中誤差小于4mm+1ppm；（3）系統(tǒng)完全是自動(dòng)運(yùn)行，如數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸、數(shù)據(jù)自動(dòng)處理及自動(dòng)網(wǎng)平差、數(shù)據(jù)自動(dòng)分析、自動(dòng)報(bào)警及自動(dòng)生成報(bào)表等；（4）數(shù)據(jù)分析軟件應(yīng)為基于WEB平臺(tái)的可視化系統(tǒng)，預(yù)防滑坡災(zāi)害管理與防災(zāi)決策，建立滑坡監(jiān)測(cè)信息發(fā)布網(wǎng)站，同時(shí)該系統(tǒng)軟件支持其它監(jiān)測(cè)手段數(shù)據(jù)輸入并能自動(dòng)分析等功能，如全站儀、巖土設(shè)備等。3.4監(jiān)測(cè)坐標(biāo)系統(tǒng)平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用：（1）1984年世界大地坐標(biāo)系（WGS-84）（2）獨(dú)立坐標(biāo)系：WGS-84橢球高斯投影坐標(biāo)系（中央子午線101°21,Y加常數(shù)20000m）高程系統(tǒng)采用：（1）北斗大地高系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1.1系統(tǒng)布點(diǎn)方案輸氣管道從采空區(qū)中間沿北偏東30度左右穿過(guò)采空區(qū)，將采空區(qū)分為左右兩個(gè)片區(qū)。該采空區(qū)南北大約4km，東西2km，呈橢圓形狀。針對(duì)該采空區(qū)的特點(diǎn)，本方案采用如圖所示的布點(diǎn)方案，設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)11個(gè)，基準(zhǔn)點(diǎn)1個(gè)，共12個(gè)北斗監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其中左右側(cè)采空區(qū)，各設(shè)計(jì)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，平均間距1km，均勻分布于采空區(qū)上方，如圖藍(lán)色標(biāo)志。基準(zhǔn)站位于黨家莊，如圖紅色部分。4.1.2系統(tǒng)通訊方案系統(tǒng)通訊拓?fù)鋱D監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)站都采用4G進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至輸氣管道監(jiān)測(cè)中心，在監(jiān)測(cè)中心安裝服務(wù)器，部署HCMonitor軟件和HCmas軟件，將數(shù)據(jù)發(fā)布給相關(guān)工作者。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于采空區(qū)上方，采用太陽(yáng)能進(jìn)行供電?；鶞?zhǔn)站需要穩(wěn)定運(yùn)行，采用市電供電。4.2北斗硬件系統(tǒng)沉降區(qū)北斗自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件部分總體可分為：北斗接收機(jī)部分、數(shù)據(jù)通訊部分及其它輔助部分。（1）北斗接收機(jī)部分：即各北斗參考站、監(jiān)測(cè)站接收機(jī)，負(fù)責(zé)變形監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)的采集；（2）數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)：負(fù)責(zé)傳感器系統(tǒng)所采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳輸?shù)娇刂浦行?，根?jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用4的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；（3）輔助支持系統(tǒng)：由監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)及監(jiān)控中心，其輔助整個(gè)卡拉北斗自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的設(shè)備組成，包括供電、避雷、綜合布線及外場(chǎng)機(jī)柜等子系統(tǒng)組成。4.3北斗參考站設(shè)計(jì)沉降區(qū)北斗參考站是整個(gè)表面位移監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)框架。它長(zhǎng)期連續(xù)跟蹤觀測(cè)衛(wèi)星信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸北斗原始觀測(cè)數(shù)據(jù)到控制中心，幾個(gè)參考站聯(lián)合組網(wǎng)，并實(shí)時(shí)為各監(jiān)測(cè)站提供高精度的載波相位差分?jǐn)?shù)據(jù)及起算坐標(biāo)。根據(jù)沉降區(qū)現(xiàn)有條件，我們對(duì)于本北斗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共建立1個(gè)基準(zhǔn)站，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)點(diǎn)位進(jìn)行衛(wèi)星信號(hào)測(cè)試后最終確定?；鶞?zhǔn)站需定期復(fù)核，以減小測(cè)量誤差。本系統(tǒng)參考站需定時(shí)和國(guó)際IGS網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)