RTK定位技術與全站儀導線測量在山區(qū)石油地震勘探中的聯(lián)合應用

馬進軍

[摘要]介紹在孫吳嘉蔭盆地沽河地區(qū),采用GPS實時動態(tài)測量(RTK)技術與全站儀極坐標放樣相結合進行山區(qū)地震勘探測線放樣的施工情況;對施工方法的可行性進行探討。

[關鍵詞]實時動態(tài)測量(RTK)全站儀極坐標放樣山區(qū)地震勘探測線放樣

中圖分類號:TP7文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1120102-02

一、前言

山區(qū)石油地震勘探測量作業(yè),由于受到地形、氣候、森林覆蓋等諸多因素的影響,使測量精度、作業(yè)速度都受到很大限制,單一的測量方法很難保證測量成果的質量及作業(yè)施工進度。大慶鉆探工程公司物探一公司于2009年7月至9月在孫吳嘉蔭盆地沽河地區(qū)進行二維地震勘探測量施工,工作中采用RTK定位技術與全站儀導線聯(lián)合放樣的方法在山區(qū)布設地震勘探測線物理點,有效的解決了這一困擾石油物探測量界的棘手難題,總結出一套適合山區(qū)地震勘探測量的方法,為山區(qū)地震勘探推廣該技術積累了經驗。

二、RTK定位技術與全站儀測量的工作原理

(一)作業(yè)工作原理

實時動態(tài)測量RTK(Real Time Kinematic)技術是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術,它能夠實時快速地獲得測量點的三維定位坐標值。在RTK作業(yè)模式下,基準站接收機架設在已知坐標的參考點上,連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號。流動站接收機在初始后,通過無線數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的載波相位觀測值、偽距觀測值等數(shù)據(jù)的同時也同步觀測采集GPS衛(wèi)星載波相位數(shù)據(jù),通過系統(tǒng)內差分處理求解載波相位整周模糊度,實時求算出流動站厘米精度級坐標和高程。而全站儀雖然屬于電子測量設備,除了受測站互通視環(huán)境影響外,使用范圍還是比較廣,是一門比較成熟的測量定位技術。它的工作原理是在測站上架設儀器,通過測角、測邊確定測量點的位置,或直接測量待定點的坐標值,是常規(guī)的三維極坐標測量方法。

(二)測量坐標系統(tǒng)轉換

GPS衛(wèi)星觀測的坐標系統(tǒng)為世界大地坐標系(WGS-84),而地震勘探中使用的是國家大地坐標系(BJ54坐標系)。由于WGS-84坐標系與國家大地坐標系之間存在著平移和旋轉關系,在實際應用中,將BJ54坐標系的一些已知點納入GPS控制網。利用這些公共點,它們同時具有WGS-84坐標和BJ54坐標,這樣可以確定轉換參數(shù)(3個平移量,3個旋轉角和一個尺度比),并檢核BJ54坐標系成果的相容性。

全站儀測量不涉及到參數(shù)的轉換問題。

三、測區(qū)條件及工作任務

(一)測區(qū)條件

工區(qū)ZH04﹣1線北部大約20公里為沿江平原,交通和測量條件較好。ZH04﹣5線沿遜河布設大部分在農田地中,而且多段穿河,其它測線也盡由大面積的森林覆蓋,樹木以落葉松、樺樹和柞樹為主,由于山間沖溝發(fā)育,灌木叢生,車輛通行困難,交通極不方便。ZH04﹣2線東部到烏底河邊,西部穿2公里原始沼澤,測量條件極差。工區(qū)地勢起伏大,呈斷階趨勢,南部山區(qū)高程為400米左右,北部江邊高程為100米左右。工區(qū)沖溝發(fā)育,形成沾河、遜河、烏底河匯入黑龍江,造成車輛通行極為困難。

(二)測量任務及精度要求

石油地震勘探測量的主要任務是:依據(jù)地震勘探設計,采用衛(wèi)星定位RTK技術和經緯儀導線兩種測量方法,將石油地震勘探測線(測網)的物理點放樣到實地,為地震勘探野外施工、資料處理及解釋提供符合要求的測量成果和圖件。物理點平面精度根據(jù)成圖比例尺而定,基本上與地形點的精度相同;高程中誤差控制在±1m以內。

物理點放樣誤差沿測線方向不超過道距(兩個相鄰物理點間的距離)的1/10,垂直測線方向的偏差不超過±50m,在此范圍內,根據(jù)地震勘探的要求確定每一個物理點的具體位置;然后測定每一個物理點的坐標和高程。也就是說,物理點是以設計測線為軸線,以一個條帶形式進行布設。

四、施工過程

(一)控制點布設情況

根據(jù)工區(qū)概況和已知三角點的分布情況,在工區(qū)周邊選取均勻分布的四個已知三角點,同時在工區(qū)中部選取視野開闊地勢較高處布設2個加密控制點參與GPS網觀測,并命名為ZHJ01和YFC。

另外根據(jù)測線分布情況,利用其他經檢核的差分點布設加密控制點15個,點位選擇在交通便利、通視良好、地勢開闊、遠離干擾源的工區(qū)中間制高點上。

(二)施工作業(yè)方法

1.首先通過靜態(tài)測量的方式觀測已知點,建立一個GPS網,通過該網求得該區(qū)塊的坐標轉換參數(shù)及加密控制點成果,加密的控制點用于RTK放樣時的參考站。

2.由于本工區(qū)大部分為山地林區(qū),耕地極少,為了能保證測量工作質量,提高工作效率,因此采用GPS實時動態(tài)(RTK)測量、全站儀極坐標放樣測量聯(lián)合作業(yè)的方法放樣物理點,并記錄其坐標和高程。

(三)設備及人員投入情況

1.儀器設備投入情況。Leica530 GPS接收機6臺套(其中2臺套做參考站),Leica 1102型智能全站儀2臺套。

2.人員投入情況。技術人員10人,測量工38人(其中清障12人),司機6人。

分為兩個大組,每組配1個參考站組,1個流動站組,1個全站儀組,由清障組配合施工。

(四)施工中存在的問題和解決

在山區(qū)施工由于受到多種因素的影響,具體作業(yè)時應注意以下幾個問題:

1.由于山區(qū)地表條件的限制,電臺信號傳輸距離有限,有時還會出現(xiàn)電臺信號盲點,在施工過程中要提高參考站和流動站電臺天線架設高度,并適當增加中繼站。

2.高山峽谷、森林等地段能接收到的衛(wèi)星數(shù)目有限,注意衛(wèi)星預報,以選擇最佳觀測時間。

3.在山區(qū)由于植被茂密GPS衛(wèi)星信號被遮擋情況多,容易造成信號失鎖,采用RTK測量時有時需要重新初始化,為了保證定點精度,需要增加觀測時間,在初始化完成2分鐘后開始測量數(shù)據(jù)。

4.為解決森林樹葉茂密,RTK定點困難無法為全站儀導線提供充足控制點的問題,每天收工前,RTK組可采用靜態(tài)測量方法為全站儀導線準備次日工作控制點。

5.由于測區(qū)地形比較復雜,控制點間距離較近,RTK測定控制點時要將對中桿氣泡居中,測站前、后視的覘標要用角架架設,且覘標的標志要明顯、清晰。

(五)質量控制

1.RTK測量的質量控制主要是兩個方面:一是物理點的放樣位置必須在地震勘探規(guī)定的范圍內,可通過在控制器中設置放樣點點位允許偏差半徑來控制;二是RTK的測量精度,可依靠儀器提供的CQ值來進行判斷,CQ值是根據(jù)衛(wèi)星條件及信號質量計算的點位理論精度,基本上能反應點位的實際精度。用戶可根據(jù)需要設置CQ值,地震勘探作業(yè)一般要求設置在0.1以內,作業(yè)時控制器中的軟件根據(jù)用戶設置的放樣點允許誤差半徑和CQ值進行判斷處理,符合要求后顯示并記錄結果,若達不到要求則無法進行記錄,這就保證了點位質量達到實時控制。

2.全站儀導線測量的質量控制:(1)放樣過程中控制物理點的放樣范圍。(2)施測前必須對測站和方向站的距離(或坐標)與高程進行檢核,如果S>2㎝或者△h>2㎝就要注意檢查,如有必要則重新用RTK測量控制點。(3)全站儀導線長度不易過長,應控制在小于等于5公里,適當增加檢核點數(shù)量,全站儀放樣物理點檢核小于3米,否則重測。(4)內業(yè)資料處理控制導線技術指標。

五、任務完成情況及施工質量

本工區(qū)完成二維地震生產測線5條,其中南北方向線1條,ZH04﹣1,公里數(shù)62.80㎞,東西方向線4條,ZH04﹣2、3、4、5,公里數(shù)97.44㎞,工區(qū)檢波點數(shù)12025個,炮點數(shù)4025炮,總放樣物理點數(shù)16050個,總公里數(shù)160.24㎞。

RTK放樣物理點數(shù):11364個,占總點數(shù)的70.8%。

全站儀極坐標放樣物理點數(shù):4686個,占總點數(shù)的29.1%。

(一)物理點放樣質量

由于地面障礙物的原因有11個特殊點。

物理點放樣誤差:

RTK放樣物理點最大偏移0.98米,物理點觀測精度(CQ)最大值0.09,限值0.1。

全站儀極坐標放樣點位誤差最大為1.57米。

(二)物理點復測檢核情況

為了保證野外物理點放樣準確,每天施工前、接收機或手簿內的數(shù)據(jù)或參數(shù)更新后,都要對物理點或單個的控制點進行復測檢核,驗證參數(shù)和數(shù)據(jù)的準確性。

物理點復測情況如下:

復測點數(shù):380個;復測率:2.386%。

物理點復測最大誤差:Δx=﹣0.46m,Δy=﹣0.42m,Δh=﹣0.60m。

測量中誤差:Mx=±0.084m,My=±0.093m,Mh=±0.084m。

(三)測線端點與設計坐標較差情況

測線端點實測坐標與設計坐標較差統(tǒng)計表

測線端點實測坐標與設計坐標較差:

Δx最大﹣0.17 m

Δy最大﹣0.28 m

通過以上數(shù)據(jù)分析表明,本工區(qū)二維地震勘探所放樣的物理點的點位、高程,準確、可靠,完全達到了測量技術設計和測量規(guī)范要去。

六、結論

通過這次山區(qū)施工,我認為使用GPS實時動態(tài)測量(RTK)與全站儀導線相結合放樣物理點是完全可行的。利用RTK精確測量得到的控制點,完全能滿足全站儀導線對控制點質量的要求。采用RTK與全站儀相結合,能充分發(fā)揮兩種儀器的優(yōu)點,彌補彼此的不足,有效提高工作效率,降低生產成本,為后續(xù)地震生產提供可靠的測線成果資料。

參考文獻:

[1]徐紹銓等,GPS測量原理及應用(修訂版)[M].武漢:武漢大學出版社,2005.

[2]謝世杰、奚有根,RTK的特點與誤差分析[J].測繪工程,2002,11(2).