物探測量數(shù)據(jù)質量管理體系建立的方法探討

王 晗

(大慶鉆探工程公司地球物理勘探二公司測繪中心,松原 138006)

隨著國內市場的進一步完善和擴展,物探行業(yè)的規(guī)范不斷細化,勘探施工的標準逐步提高,對技術人員的素質和能力也提出了更高的要求.這些要求在物探測量工作上主要表現(xiàn)在空間數(shù)據(jù)質量優(yōu)秀與否,精度是否提高等生產質量要素上.因此,物探測量工作必須通過制定合理有效的外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作方法,對施工工序和施工工藝進行質量控制,對所得數(shù)據(jù)成果進行評價,以保證得到質量合格的空間數(shù)據(jù)文件.

1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集管理方法

1.1 對測量人員的管理

在外業(yè)工作前,召開專門討論待測地區(qū)測量情況外業(yè)工作會議,使測量人員明確此次測量的任務、目的、外業(yè)工作計劃及使用儀器的狀況.在此基礎上，組織兩人以上的小組進行組內自檢和組間互檢,發(fā)現(xiàn)問題要立即停止作業(yè)，與現(xiàn)場工程師及時溝通.在現(xiàn)場工程技術人員指導下,GPS操作人員方可繼續(xù)施工.

1.2 對測量設備的檢查

為了觀測工作的順利進行,出工前要對測量儀器進行檢驗,做到“人手一機,心中有數(shù).”檢驗步驟與方法如下:

(1) 對定位誤差進行檢驗. 引起定位誤差的原因較多,主要有接收機鐘差、信號通道時間遲延、延遲鎖相環(huán)誤差及機內噪聲等因素.檢驗時首先用零基線法檢驗GPS接收機內置的功率分配器,合格的功率分配器能將同一衛(wèi)星天線輸出的電磁波分成相位和功率相同的兩路信號送出;然后進行雙差處理,求得觀測數(shù)據(jù)的坐標增量,計算出的固有誤差值在規(guī)范接受的范圍內的儀器即為合格儀器；

(2) 對GPS天線相位中心穩(wěn)定性的進行檢驗. 檢驗時將兩臺GPS接收機分別安置于基線的兩個端點上,確保GPS天線精確對中,保證對中誤差小于±1 mm,定向指標線指向正北,觀測一個時段后,交換基線兩端的接收機和天線再觀測一個時段.再在與此觀測基線垂直的基線兩端分別各觀測一個時段.保證各時段的坐標差和基線長度誤差都在接收機標稱精度的兩倍以內[1].

1.3 規(guī)范外業(yè)觀測方法,明確觀測數(shù)據(jù)質量要求

觀測工作是GPS測量的主要外業(yè)工作.觀測記錄質量的好壞直接決定著空間數(shù)據(jù)成果的優(yōu)劣.所以為了得到精確的物理點源數(shù)據(jù)的坐標值和屬性信息,我們就必須學習GPS操作理論,研究施工技術,分析影響接收機工作的諸多因素,制定出一套相應的操作規(guī)范和現(xiàn)場處理方法.在外業(yè)操作中應做到以下幾點:

(1) 首先利用Matlab軟件對近期的GPS廣播星歷進行編輯和解算,模擬仿真出GPS星座模型;再通過已知測區(qū)內某一測站的概略坐標,得出某時刻以后在衛(wèi)星高度角大于15度的范圍內的衛(wèi)星數(shù)量和位置信息,通過遍歷組合選用GDOP值較低的衛(wèi)星星座;最后繪制出以時間為橫軸,衛(wèi)星數(shù)量為縱軸的星歷預報曲線,時間軸每兩個小時作為一個刻度單位.該衛(wèi)星預報星歷曲線圖應每月更新一次.通過衛(wèi)星預報星歷曲線,便可以選擇衛(wèi)星狀態(tài)好的時間段開展工作[2]；

(2) 無論是絕對定位還是相對定位,都應在PDOP值小于6.0的條件下進行觀測工作.PDOP值是搜索到的衛(wèi)星星座與觀測站所組成的幾何圖形的空間位置因子；

(3) 選擇最佳的觀測時段進行觀測,應保證此時搜索到的衛(wèi)星多于4顆,且分布較均勻,且觀測時段內絕不允許停止觀測；

(4) 進行良好的觀測區(qū)域的設計和劃分. 當工區(qū)的范圍較大、涉及的點數(shù)較多且參與觀測的接收機數(shù)量有限時,可進行分區(qū)觀測.但必須保證相鄰分區(qū)設置的公共點數(shù)量大于3個.

1.4 建立一個穩(wěn)定、高效、可靠的工程控制網

工程控制網的作用是控制全局,提供基準和控制測量誤差積累,一個好的工程控制網可以提供工程范圍內統(tǒng)一的空間參照框架,為各項測量工作提供位置基準,滿足工程建設不同階段對測繪質量、進度和費用等方面的要求.在生產實踐中,石油物探GPS控制網都是通過定位控制點組成控制點間關系來建立的.為保證控制網數(shù)據(jù)的合格可靠,觀測方法和觀測質量必須滿足如下要求:

(1) 將GPS接收機分別安置在一條或幾條基線的兩個端點上,同步環(huán)觀測必須做到時間上同步開始和結束接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)；

(2) 保證同步觀測的衛(wèi)星數(shù)達到4顆以上,且觀測時間在1 h～2 h之間.如果工區(qū)范圍較大,基線較長,觀測時間相應追加；

(3) 在靜態(tài)觀測結束后,要將數(shù)據(jù)導入裝載測量軟件的計算機,對數(shù)據(jù)質量進行分析,舍去不符合要求的衛(wèi)星數(shù)據(jù),剔除接收率低的測量時段.如發(fā)現(xiàn)某一控制點某時間段內數(shù)據(jù)質量未達到要求,要對該點追加觀測1 h以上,追加觀測點的成果放在異步環(huán)平差階段參與解算；

(4) 平差后求解的控制點坐標如與已有測量成果相差較大(按照石油物探測量規(guī)范,標準是X≤0.5 m,△Y≤0.5 m,△H≤1.0 m),原則上要將該點剔除，如此點位置重要，要將該控制點與最少兩個衛(wèi)星數(shù)據(jù)可靠的控制點同步追加觀測；

(5) 為了方便檢查測量成果的質量，我們要優(yōu)先選取國家二等以上控制點進行觀測工作.

1.5 提供滿足施工要求的測量成果

召開包括甲方代表、監(jiān)督機構和工程技術人員在內的資料驗收會,對提交的資料和工區(qū)設計進行討論、審核.

物探測量施工中需要的測量成果應包括以下內容:

(1) 外業(yè)原始記錄(包括GPS接收機的各種參數(shù)和GPS點之記)；

(2) 參與聯(lián)測的國家大地控制點的點名、編號、等級和代碼等資料；

(3) GPS控制網平差結果(包括解算的同步基線三維向量、實測邊長及對比精度；各基線向量改正值；基線自身相對中誤差值;各控制點點的三維空間直角坐標及對比精度;各控制點在WGS-84坐標系下的大地坐標及對比精度;各點在北京54坐標系下的大地坐標及對比精度;各控制點自身的誤差橢圓參數(shù)等)；

(4) 放樣的物理點的數(shù)據(jù)(包括接收機內原始的job文件、DC文件;放樣的物理點的三維坐標數(shù)據(jù);由障礙物引起的變觀的激發(fā)點的數(shù)據(jù);為繞過障礙物而進行偏移的接受點的數(shù)據(jù),每天放樣的工作量統(tǒng)等)；

(5) 觀測工作的技術總結和數(shù)據(jù)處理的技術總結.

2 對施工工序和施工工藝進行質量控制

2.1 施工工序的質量控制

施工工序質量控制工作的基本組織形式與流程如下:

(1) 生產階段的檢查驗收. 空間數(shù)據(jù)生產過程中執(zhí)行“兩級檢查,一級驗收”制度,即過程檢查,最終檢查和全局驗收.過程檢查由生產單位的檢查人員承擔;最終檢查由生產單位的質量管理機構負責實施;全局驗收工作由生產單位具有檢驗資格的檢驗機構負責實施.各級檢查和驗收工作必須獨立進行,不得省略和替代；

(2) 入庫檢查. 入庫檢查采取兩級流程，抽樣詳查與全數(shù)概查相結合的方式進行.具體做法是將上交數(shù)據(jù)分批進行抽樣檢查和質量評定,評定結果以批為單位標定為合格品或不合格品,對批質量檢查不合格數(shù)據(jù)進行全數(shù)概查,并對全數(shù)概查的所有數(shù)據(jù)分別進行質量評定.入庫檢查驗收的質量要求:① 各生產單位上交的成果數(shù)據(jù)應符合《石油物探測量規(guī)范》的要求;② 上交數(shù)據(jù)的存儲介質、目錄組織、數(shù)據(jù)格式等必須正確無誤;③ 與成果數(shù)據(jù)一同上交的文檔資料包括技術總結、資料清單、生產單位的檢查驗收報告、質量監(jiān)督檢查報告及項目監(jiān)理報告等必須完整.

2.2 施工工藝的質量控制

在施工工藝方面主要將檢查重點放在以下幾方面上:

(1) 完整性和結構一致性. 對于上交的數(shù)據(jù)要做到文件命名規(guī)范、數(shù)據(jù)格式一致、數(shù)據(jù)層完整、數(shù)據(jù)的數(shù)學基礎合理、拓撲關系完整、屬性表完整.同層數(shù)據(jù)之間邏輯關系簡潔清晰,結構獨立；

(2) 圖形精度. 上交數(shù)據(jù)要做到具有備用多余要素，避免要素遺漏;保證幾何位移不超限;對結點錯誤、線段錯誤、多邊形錯誤及時糾正;圖形要素綜合取舍得當；

(3) 屬性精度. 對于數(shù)據(jù)整體要做到屬性要素分層正確,層間地物相同屬性值域一致,屬性與屬性間各項邏輯關系一致;相同屬性值要素之間要連通,檢查水系的代碼和名稱是否正確,道路交通系統(tǒng)編碼是否正確,境界數(shù)據(jù)是否正確及其他屬性項是否正確；

(4) 地物間要素關系一致性. 這方面要特別注意水系與等高線區(qū)間的關系,水系與河流編碼數(shù)據(jù)的關系,村鎮(zhèn)與附近公路的關系,村鎮(zhèn)與村鎮(zhèn)的關系,公路與其途徑村鎮(zhèn)的關系，公路與鐵路的關系,公路與骨干交通網的關系,公路與其附屬設施的關系,公路與水系交通網的關系,多山地區(qū)公路與骨干交通網的關系等，這些地物要素都要與所測工區(qū)的自然狀況相符；

(5) 數(shù)據(jù)更新. 更新要素時要保證整體要素完整,保證更新要素的屬性正確,關系合理.

3 對數(shù)據(jù)質量進行綜合評價

為了加強質量管理,提高質量意識,要按照任務批次,對測量單位進行數(shù)據(jù)質量綜合評其對價.對數(shù)據(jù)實行合格批和不合格批定制，把每一個施工質量缺失按數(shù)據(jù)質量影響的程度進行考評,并以此為標準劃分出嚴重缺陷因素、重缺陷因素、和輕缺陷因素.我們總結出的一套實施方法就是將每一個等級的缺陷進行相應的質量扣分.以每一天劃為一個單位,每天都要檢查并匯總出當天數(shù)據(jù)中出現(xiàn)問題的類型和數(shù)量,扣除相應的質量分,然后再按質量得分評定出當天的采集成果為合格品或不合格品.

對數(shù)據(jù)進行質量綜合評價更直接地說就是抽樣，質量評定；再抽樣,再評定.不斷將此過程反復地循環(huán)進行,直到整體數(shù)據(jù)合格率達到入庫要求.抽樣的方法常用的有簡單隨機抽樣和分層抽樣.簡單隨機抽樣，即按照隨機原則直接從總體中抽取樣本構造統(tǒng)計量,而對總體對應的指標做出統(tǒng)計推斷.常用到的是抽簽法和隨機數(shù)表法；分層抽樣,這種方式是先將總體按照一定的標識進行分層,然后在各層中按簡單隨機抽樣抽取若干個樣本,再由各層的樣本組成一個總體樣本.例如將數(shù)據(jù)按照樁號分層,將進山出山的樁號劃為一層;河流,水庫、魚池水面冰面上的樁號劃為一層;大型林帶中的數(shù)據(jù)劃為一層;大型城鎮(zhèn)劃為一層等.在此基礎上，運用適度分配的方法,將數(shù)據(jù)波動程度較小的樣本層中按照隨機抽樣取樣，將數(shù)據(jù)波動程度較大的樣本層中按照比例分配法取樣,在地物比較復雜的區(qū)塊多取樣進行分析.這樣即能得到比較科學、公正的工區(qū)數(shù)據(jù)評價標準.

空間數(shù)據(jù)質量檢查常用的技術方法主要有以下3種:

(1) 程序自動檢查. 通過設計模型算法和編制計算機程序,利用空間數(shù)據(jù)的圖形與屬性,圖形與圖形,屬性與屬性之間純在的一定的邏輯關系和規(guī)律,檢查和發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中存在的錯誤;

(2) 利用質量檢查程序進行自動檢查. 根據(jù)項目情況設計合適的算法模型，在建模的基礎上編制相應的操作程序，該程序要具備能夠根據(jù)空間數(shù)據(jù)的圖形與屬性間，圖形與圖形間，屬性與屬性間存在的一定的邏輯關系和規(guī)律，評定和發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)缺陷和錯誤的功能[3];

(3) 人機交互檢查. 在數(shù)據(jù)檢察人員的參與和指導下，將數(shù)據(jù)精確劃分，再利用質檢程序分步，分級的進行檢查.完全利用質檢程序進行數(shù)據(jù)檢查的弊病是數(shù)據(jù)的很多方面靠程序檢查不能完全正確的質量分級,但程序檢查能將有偏差的地方搜索出來,我們就通過程序將可能出現(xiàn)問題的數(shù)據(jù)段縮小范圍或精確定位,,再由人工進行質量分級，保證數(shù)據(jù)的可靠性;

(4) 人工對照檢查. 完全有質量檢查員應用數(shù)據(jù)表格或可視化圖形對原始數(shù)據(jù)進行核對，，判斷檢查內容的可靠性，對不合格產品進行人工評級，這種方法具有分級準確，檢查結果邏輯關系完整的優(yōu)點，且易于檢查操作，但對于較大型項目就要付出大量的人工成本.

上述檢查方法各具優(yōu)勢,根據(jù)不同情況,選擇合適的方法,大多時候這些方法需要組合使用.我們就要在深入的研究和分析數(shù)據(jù)后,結合生產工藝流程、工區(qū)的各種圖幅資料及甲方對于數(shù)據(jù)質量的要求,提出影響數(shù)據(jù)質量的各項數(shù)據(jù)的質量因子和指標,并針對每一項質量因子,確定可操作的檢查方法.

根據(jù)中石油陸上物探測量規(guī)范和物探測量監(jiān)理規(guī)范，把檢查驗收的檢驗批不合格判定比例設定為為5%,也就是說如果樣本中不合格品數(shù)小于抽檢樣本總數(shù)的5%,則判定該檢驗批次合格,否則即為不合格.并要進行循環(huán)檢查和評定，要把第一次抽檢合格的數(shù)據(jù)進行下一階段的全數(shù)概查,在全數(shù)概查中如果發(fā)現(xiàn)不合格品數(shù)累計大于5%時,第一批次的抽檢就劃定為不合格抽檢，該批次檢查樣本同樣判為不合格數(shù)據(jù),要將該批次重新抽樣檢查.直至整個項目所有批次的數(shù)據(jù)都通過了全數(shù)概查和整體質量評定，才能判定為合格項目.在這項檢查工作中，要注意保證只有首次檢驗為合格的檢驗批,才可以進行后續(xù)的全數(shù)概查與修改[4].

4 結語

綜上所述，建立一個邏輯關系清晰、應用廣泛的物探測量數(shù)據(jù)質量管理體系，對于物探測繪生產實踐具有較大的指導意義.這套管理體系的運行不僅能減輕測量人員的勞動強度,更好地保證測量數(shù)據(jù)的采集工作在可控狀態(tài)內,增強并改善資料處理的精度,而且還可以滿足更大范圍的物探測量資料處理需求.

參 考 文 獻

[1] 周忠謨,易杰軍.GPS衛(wèi)星測量原理與應用[M].北京:測繪出版社,1997:198-222.

[2] 國家測繪局職業(yè)技能鑒定指導中心.注冊測繪師資格考試輔導教材測繪案例分析[M].北京:測繪出版社,2009:122-127.

[3] 馬 林,何 禎.六西格瑪管理(第二版)[M].北京:中國人民大學出版社,2007:28-36.

[4] 中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準.陸上石油物探測量規(guī)范(SY/T 5171-2011)[S].北京：石油工業(yè)出版社，2011.