新疆油田CORS系統(tǒng)的建立與應用

黃 健，華 磊，何 燕

(新疆油田公司數(shù)據(jù)公司，新疆克拉瑪依834000)

新疆油田CORS系統(tǒng)的建立與應用

黃 健，華 磊，何 燕

(新疆油田公司數(shù)據(jù)公司，新疆克拉瑪依834000)

新疆油田CORS基站網(wǎng)是我國首批針對整個油田應用的連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡系統(tǒng)，它在全準噶爾盆地13萬km2范圍內(nèi)建立了永久性參考站，并進行精化似大地水準面的工作，以實現(xiàn)高精度三維測量，從而構(gòu)成新一代的網(wǎng)絡化的大地測量系統(tǒng)，可以向各級測繪用戶提供高精度、連續(xù)的時間和空間基準，使油田井位測量、勘探踏勘、地面工程規(guī)劃設計和空間數(shù)據(jù)采集等工作效率得到極大提高，成為數(shù)字新疆油田基礎(chǔ)設施之一。

CORS系統(tǒng);大地水準面;油田;測量

一、引 言

近幾十年來，全球定位系統(tǒng)技術(shù)高速發(fā)展并得到廣泛應用。目前，利用多基站網(wǎng)絡RTK技術(shù)建立的連續(xù)運行參考站系統(tǒng)(continuously operating reference system，CORS)已成為GPS應用的發(fā)展熱點之一。由于CORS系統(tǒng)突破了常規(guī)GPS差分作業(yè)系統(tǒng)分散、相互獨立、臨時性基準站頻繁設置等問題，已經(jīng)在測繪、規(guī)劃建設、交通導航管理、氣象輔助預報、地震監(jiān)測等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應用。新疆油田根據(jù)勘探開發(fā)區(qū)域人煙稀少、地形陌生、地域廣闊的特點結(jié)合CORS系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢，建立了覆蓋準噶爾盆地的，由17個連續(xù)運行參考站、基準站網(wǎng)絡、控制中心、用戶應用、數(shù)字通信組成的CORS系統(tǒng)，并進行了大地水準面精化，使GPS技術(shù)結(jié)合高精度、高分辨率大地水準面模型，取代了傳統(tǒng)水準測量方法來測定正常高，真正實現(xiàn)了GPS技術(shù)對幾何和物理意義上的三維定位功能。新疆油田CORS系統(tǒng)已經(jīng)應用在油田測繪的各個領(lǐng)域，油田測繪工作已經(jīng)進入到全面數(shù)字化階段。

二、系統(tǒng)建設歷程

新疆油田在油田勘探開發(fā)過程中存在以下問題:①油田井位測量工作量大、人員少、裝備落后;②地面工程空間數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求高、工作效率低;③測量三角標破壞嚴重，維護費用高。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，為數(shù)字油田提供一個統(tǒng)一的、高精度動態(tài)測繪基準平臺，來實現(xiàn)各種信息和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性、標準性的需求越來越迫切。新疆油田公司2007年啟動了新疆油田CORS基站網(wǎng)建設項目。2007年11月第一期項目，完成了覆蓋新疆油田西北緣區(qū)域7個基站的布設。2008年4月第二期項目，完成了覆蓋新疆油田全部油區(qū)的10個基站網(wǎng)布設，并進行了全網(wǎng)聯(lián)測。2010年12月完成了新疆油田CORS系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)大地水準面精化工作。

三、主要成果

1)建立了覆蓋新疆油田的17個GPS基站。

新疆油田CORS系統(tǒng)由17個地面連續(xù)運行的GPS基站參考網(wǎng)、1個數(shù)據(jù)處理中心、1個定位導航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(利用油田已建成的光纖網(wǎng)絡)5個部分組成，是我國首個全油田級別的CORS系統(tǒng)，不僅可以向各級測繪用戶提供高精度、連續(xù)的時間和空間基準，并可為導航、災害預報等提供各種數(shù)據(jù)服務，是數(shù)字油田基礎(chǔ)設施之一。如圖1所示。

2)建立了由基準站網(wǎng)絡、控制中心、用戶應用、數(shù)字通信組成的CORS系統(tǒng)。

該CORS系統(tǒng)是以控制中心為中心節(jié)點的星形網(wǎng)絡。系統(tǒng)的網(wǎng)絡協(xié)議采用TCP/IP，服務器操作系統(tǒng)采用Windows 2003 Server，CORS系統(tǒng)由基準站網(wǎng)絡、控制中心、用戶應用系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)組成。根據(jù)以上所設計的信息流程，系統(tǒng)管理和網(wǎng)絡RTK服務軟件是新疆油田GPS基站網(wǎng)系統(tǒng)的核心部分，網(wǎng)絡RTK管理和計算軟件是美國天寶(Trimble)導航公司的GPS Net/RTK Net軟件最新V2.6版本，如圖2所示。主要技術(shù)指標:

圖1 新疆油田CORS系統(tǒng)基站分布圖

圖2 系統(tǒng)組成圖

a.覆蓋范圍。根據(jù)RTK定位測試結(jié)果，在域內(nèi)只要可以接收5顆以上的衛(wèi)星，有穩(wěn)定的移動通信信號均可快速獲得RTK固定解。

b.系統(tǒng)精度。RTK定位精度:西北緣區(qū)域平面精度為 ±0.028 m，其他區(qū)域平面精度精度為±0.065 m;DCORS精度為±0.279 m。

c.系統(tǒng)可用性。準噶爾盆地是中緯度地區(qū)，除14:00—16:00之間電離層變化較強外，其他時間的電離層變化較平穩(wěn)。系統(tǒng)各基準站24小時內(nèi)有效衛(wèi)星數(shù)不少于7顆，系統(tǒng)全天可用性為99%。

d.兼容性。已完成Leica GX1230、Trimble 57/ 58/R7/R8/GEOXT6型號接收機兼容性測試。從系統(tǒng)測試情況看，所用的接收機只要支持RTCM2.0、RTCM2.3、RTCM3.0或CMR/CMR+及DCORS差分改正數(shù)據(jù)格式，均可接收到系統(tǒng)差分改正信息，從而進行RTK和DCORS測量。

3)構(gòu)建了新疆油田精化似大地水準面。

在新疆油田CORS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行大地水準面精化工作。在國家空間坐標基準框架的基礎(chǔ)上，結(jié)合準噶爾盆地GPS基站網(wǎng)，利用已有的GPS點水準、重力測量等資料，采用最新的區(qū)域似大地水準面建模方法，獲得分米級的似大地水準面數(shù)值模型。似大地水準面是獲取地理空間信息的高程基準面，準噶爾盆地似大地水準面計算中，使用了10 792個點重力數(shù)據(jù)和 615個 GPS水準資料，WDM94地球重力場模型作為參考重力場，由第2類Helmert凝集法完成了大地水準面的計算。615個GPS水準資料與重力似大地水準面獨立比較精度為±0.084 m。

同時研究了Trimble、Leica等主流GPS接收機所采用的似大地水準面模型格式，并將準噶爾似大地水準面模型寫成相應的GPS接收機所采用的模型格式，用戶在外業(yè)作業(yè)時，可直接利用所加載的大地水準面模型實現(xiàn)由GPS測得的大地高向水準高的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)GPS RTK與似大地水準面模型的有效結(jié)合，以滿足 GPS用戶實時獲取水準高程的需求。

四、主要創(chuàng)新

1)解決了油田大范圍沙漠戈壁惡劣條件建立CORS的難題。

研究制定科學布網(wǎng)設計方案，在新疆油田13萬km2大范圍內(nèi)和惡劣沙漠戈壁地理條件下，率先成功建立了油田級別測繪控制網(wǎng)。充分利用油田現(xiàn)有通信網(wǎng)絡和依托油田站、庫進行建站，共建設17個GPS基準站，整體網(wǎng)絡的35條基線平均站間距83 km左右。利用這種方案實現(xiàn)了無人值守、無需架設專門通信線路，使建設成本和后期維護成本大幅度降低，完成后網(wǎng)絡不僅覆蓋新疆油田全部油區(qū)，而且達到了系統(tǒng)運行最優(yōu)。

2)大地水準面成果與CORS系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)了高精度的三維測量。

獲取的準噶爾盆地中西部油區(qū)高精度似大地水準面及高精度GPS網(wǎng)成果，不僅可以用于建立與國家大地測量坐標相一致的精確的區(qū)域大地測量平面控制框架，而且GPS技術(shù)結(jié)合高精度、高分辨率大地水準面模型，可實現(xiàn)通過GPS測量來代替低等級水準測量，即可以取代傳統(tǒng)的水準測量方法測定正常高，從而真正實現(xiàn)GPS技術(shù)對幾何和物理意義上的三維定位功能。這將極大地改善傳統(tǒng)高程測量作業(yè)模式，從而使費用高、難度大、周期長的傳統(tǒng)高精度水準測量工作量減少到最低限度，似大地水準面成果結(jié)合GPS測量可以滿足石油勘探及工程建設對高程精度的需要。

3)改變了油田企業(yè)測繪工作模式，實現(xiàn)了高效的數(shù)字化測繪。

在CORS系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)上，建立了一套測控網(wǎng)終端數(shù)據(jù)采集、質(zhì)檢、處理、轉(zhuǎn)換和地理信息發(fā)布的應用體系。目前新疆油田在油田井位測量、地面工程數(shù)據(jù)采集、地面建設規(guī)劃等需要測繪的領(lǐng)域都采用了CORS系統(tǒng)，并組建了相應的數(shù)據(jù)采集隊伍、建立了技術(shù)規(guī)范、管理制度，通過基礎(chǔ)設施建設、標準規(guī)范和技術(shù)培訓的工作，使新疆油田在數(shù)字化測繪方面取得了重大突破。

五、應用情況

新疆油田CORS建立后在油田井位測量、油田地面工程規(guī)劃設計、油田地面工程數(shù)據(jù)信息采集等方面極大地提高了工作效率，并在數(shù)據(jù)采集過程中，減少了人員、車輛和勞動等成本，共計節(jié)約各類費用近100萬元。準噶爾盆地CORS基站網(wǎng)系統(tǒng)不再新建測量標志和對原有測量標志的維護工作，節(jié)約維護費用投入近200萬元。新疆油田的測繪工作全面向全數(shù)字化階段邁進。

六、結(jié)束語

新疆油田CORS測控網(wǎng)采用Trimble VRS技術(shù)，能接收處理雙星信號，RTK定位精度優(yōu)于±0.1 m，在建設和運行過程中完成了控制系統(tǒng)建設、測控基站建設、用戶服務系統(tǒng)建設、整網(wǎng)聯(lián)測、坐標轉(zhuǎn)換、管理及服務機制建立等內(nèi)容，并進行了精化似大地水準面構(gòu)建工作，實現(xiàn)了幾何和物理意義上的三維測量。通過CORS測控網(wǎng)改變了傳統(tǒng)的油田測量模式，為數(shù)字油田地理信息數(shù)據(jù)采集提供了方便快捷的技術(shù)手段。建成一年來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，已在油田基礎(chǔ)測量、地理信息數(shù)據(jù)采集中得到廣泛應用。新疆油田CORS測控網(wǎng)已經(jīng)成為數(shù)字油田基礎(chǔ)設施之一，是數(shù)字油田建設歷史上的一個重要里程碑。

［1］ 劉暉，時曉燕，楊沾吉，等.深圳市連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)的建立與試驗［J］.測繪通報，2003(9):33-36.

［2］ 楊光，林鴻，歐海平，等.廣州市亞厘米級高精度似大地水準面的確定［J］.測繪通報，2007(1):24-26.

［3］ 黃丁發(fā)，丁建偉.差分GPS連續(xù)運行參考站(網(wǎng))建設研究［J］.西南交通大學學報，2000，35(4):375-378.

［4］ 陳俊勇，張鵬，武軍酈，等.關(guān)于中國構(gòu)建全球?qū)Ш叫l(wèi)星國家級連續(xù)運行站系統(tǒng)的思考［J］.測繪學報，2007，36(4):366-369.

Establishment and Application of the Xinjiang Oilfield CORS

HUANG Jian，HUA Lei，HE Yan

0494-0911(2012)08-0031-02

P228.4

B

2012-05-11

黃 健(1974—)，男，四川自貢人，工程師，主要從事信息項目管理等工作。