油田工程測量精度及有效測量方法

祁萬榮

青海省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院

1 基本理論

1.1 測量精度

油田工程測量是指對油田地面工程測量、長距離輸油管道測量、油田內(nèi)部道路測量、油田架空輸電線路測量、廠房和站測量、地下探測工程測量等于一體的測量技術(shù)，工程測量是油田所有工程建設(shè)過程測繪工作的總稱，貫穿于油田工程項(xiàng)目建設(shè)的全部過程，為項(xiàng)目選址、設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收等各個(gè)環(huán)節(jié)提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)測量數(shù)據(jù)，服務(wù)于項(xiàng)目目標(biāo)的建設(shè)[1]。

油田工程測量精度是工程測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的一種標(biāo)稱，它是測量結(jié)果與被測量值實(shí)際真值之間存在的差距體現(xiàn)，這種差距是不可避免的，但卻是可控的，只要控制在一定范圍內(nèi)就是可接受水平。

1.2 測量方法

最初的油田工程測量方法絕大部分是人工操作，通過基本的測量尺進(jìn)行測量、記錄、計(jì)算等并得出測量結(jié)果；現(xiàn)在是通過各種科技工具和技術(shù)手段進(jìn)行分析。當(dāng)前油田工程測量應(yīng)用效果好、使用廣泛的測量方法有航拍測量、激光掃描測量、全站儀高程導(dǎo)線測量以及GPS定位測量等。

1.3 影響測量精度的因素

（1）測量儀器設(shè)備對精度造成影響。由于測量人員技術(shù)素質(zhì)和能力不同，在使用測量儀器設(shè)備時(shí)會(huì)造成不同的操作偏差，操作過程不當(dāng)、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)不到位都會(huì)影響測量精度。

（2）工程測量人員對精度造成影響。測量人員對工程測量精度具有重要影響，不同的人員操作方法、儀器擺放以及選擇位置等得到的測量數(shù)據(jù)也不相同，測量人員專業(yè)素質(zhì)能力不同必然導(dǎo)致測量結(jié)果存在誤差。

（3）測量方法對精度造成影響?？茖W(xué)合理的測量方法可以在很大程度上提高油田工程測量精度，結(jié)果由過程決定，過程由方法決定，因此測量方法對測量結(jié)果影響重大。

2 全站儀—GPS油田工程測量方法

2.1 原理

全站儀是通過在測站上架設(shè)儀器設(shè)備，通過測角、測邊確定各個(gè)控制點(diǎn)的位置，以此確定工程現(xiàn)場坐標(biāo)值，是常用的三維極坐標(biāo)測量方法。它可以測距、測角、測線并進(jìn)行計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，測量準(zhǔn)確，應(yīng)用廣泛[2]。

GPS測量技術(shù)主要是通過GPS衛(wèi)星定位技術(shù)進(jìn)行測量點(diǎn)位置確定和分析，對油田工程項(xiàng)目進(jìn)行GPS靜態(tài)控制測量和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集成圖分析，能夠高準(zhǔn)確度獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)。文中采用的GPS—RTK技術(shù)是GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)，主要是測量工作終端GPS接收系統(tǒng)接受衛(wèi)星信號，對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行差位分析計(jì)算，實(shí)時(shí)結(jié)算得出流動(dòng)站所在位置高精度坐標(biāo)。

2.2 測量過程

（1）通過航拍測控技術(shù)布設(shè)工程測量圖根點(diǎn)和后視點(diǎn)，對測量選取的控制點(diǎn)進(jìn)行三維坐標(biāo)確定，分別控制平面和高程。

（2）用全站儀進(jìn)行碎部測量。設(shè)置全站儀棱鏡工作模式和測量程序，設(shè)置測站名稱、測站高及后視點(diǎn)等，測量并記錄數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換分析。將全站儀和GPS采集數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，采用專業(yè)軟件進(jìn)行RTK差分分析，轉(zhuǎn)換成圖，以圖測繪和描述提高精度和形象性。

2.3 測量操作

（1）航拍測控技術(shù)方法確定油田工程測量中線。通過國內(nèi)外研究與實(shí)踐，采用1∶3 000~1∶5000的比例進(jìn)行攝影航測，達(dá)到《工程測量規(guī)范》規(guī)定精度。航拍測量精度與焦距大小成反比，焦距小、測量精度高，但是太小又會(huì)產(chǎn)生遮擋。選擇航高700~1 100 m，高程精度在0.13~0.4 m之間確定為精確航測數(shù)據(jù)，由此直接測量架設(shè)中線和控制布網(wǎng)，為全站儀和GPS測量提供基礎(chǔ)。

（2）GPS—RTK測量技術(shù)定位放樣點(diǎn)。在航拍測量基礎(chǔ)上，在中線樁放樣過程中經(jīng)現(xiàn)場檢測，一個(gè)基準(zhǔn)站配套多個(gè)流動(dòng)站進(jìn)行同時(shí)作業(yè)，每個(gè)放樣點(diǎn)停留2~4 s，每天完成10 km左右的中線測量，提高測量效率。GPS—RTK測量是以載波相位觀測為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS技術(shù)，由基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈以及流動(dòng)站接收機(jī)組成。GPS—RTK測量技術(shù)操作過程簡單，適合大批量設(shè)計(jì)點(diǎn)位的放樣工作，尤其是中線折點(diǎn)樁，可測量征地范圍廣泛，無需沿途布設(shè)很多圖根點(diǎn)進(jìn)行控制，減少了測量和施工密度。通過GPS—RTK測量技術(shù)進(jìn)行測量，采用全站儀進(jìn)行測繪，以達(dá)到高精度要求。

（3）全站儀中間法進(jìn)行高程測量。全站儀具有測量速度快、測量精度高以及適用范圍廣的特點(diǎn)，用全站儀中間法三角高程測量方法可以解決量取儀器高等問題，測量精度達(dá)到國家三（四）級的標(biāo)準(zhǔn)和精度要求。通過積分和微分計(jì)算，轉(zhuǎn)換成中誤差關(guān)系式，推理出全站儀中間法測量的高程中誤差如下式所示

式中mh是全站儀中間法高程測量的誤差（m）；ms為測距中誤差（m）；ma為測角中誤差（m）；mk為大氣折光系數(shù)測定中誤差（m）；mv為目標(biāo)高量取中誤差（m）。一般油田工程全站儀測量精度為±0.5~±6.5 mm，以ma=±2的全站儀進(jìn)行測量實(shí)驗(yàn)，精度一般在±（2+2×10-6D）mm（其中D為測距長度，km）。

（4）實(shí)際工程應(yīng)用分析。將上述全站儀—GPS油田工程測量方法用于某油田基地建設(shè)工程測量，為了驗(yàn)證該方法技術(shù)的可靠性和準(zhǔn)確性，將全站儀高程測量和GPS—RTK測量結(jié)果進(jìn)行對比分析驗(yàn)證，同時(shí)比較國家標(biāo)準(zhǔn)四級精度要求，得出實(shí)際應(yīng)用結(jié)果，如表1所示。由實(shí)際應(yīng)用案例分析結(jié)果得知，四級水準(zhǔn)限差為：±20D=±38.41 mm，全站儀—GPS油田工程測量方法得出的閉合誤差11 mm＜38.41 mm，即該方法測量誤差遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)限差，完全滿足精度要求。

表1 油田工程測量實(shí)際對比分析

3 測量模式改進(jìn)

油田工程測量模式要根據(jù)科技的發(fā)展而改變，在采用航拍測控、全站儀中間法測量、GPS—RTK測量等技術(shù)方法的基礎(chǔ)上，完善并制定合理的工程測量模式[3]，這對提高油田工程測量精度及測量效率具有重大作用。

（1）簡化油田工程測量環(huán)節(jié)和流程，使之更加簡潔、明晰、規(guī)范，以容易控制的內(nèi)業(yè)逐步取代外業(yè)測量，提高工程測量質(zhì)量和測量標(biāo)準(zhǔn)。

（2）根據(jù)油田工程項(xiàng)目建設(shè)實(shí)際特征和區(qū)域地理位置情況，改變測量流程。采用合并測量、一次布網(wǎng)控制點(diǎn)直接測量中線、從航測轉(zhuǎn)斷面直測等模式入手，逐步提高工程測量每個(gè)環(huán)節(jié)操作。

（3）硬件設(shè)備與軟件設(shè)備相互結(jié)合，并不斷更新。在全站儀—GPS油田工程測量方法基礎(chǔ)上，對GPS隨機(jī)軟件進(jìn)行選用和更新，使得測量儀器設(shè)備測量出的數(shù)據(jù)能得到科學(xué)、準(zhǔn)確地分析處理。

[1]萬仕平，肖德仁，張勇，等．GPS在油氣田及管道工程測量中的應(yīng)用現(xiàn)狀及需求[J]．天然氣與石油，2012（8）：84-88.

[2]李明．GPS—RTK與全站儀結(jié)合用于油田工程測量[J]．油氣田地面工程，2012，31（7）：74-75.

[3]杜春元．油氣田工程測量放樣方法的比較[J]．油氣田地面工程，2010，29（5）：90-91.