RTK定位技術(shù)與全站儀導(dǎo)線測量在山區(qū)石油地震勘探中的聯(lián)合應(yīng)用

馬進(jìn)軍

[摘要]介紹在孫吳嘉蔭盆地沽河地區(qū),采用GPS實(shí)時(shí)動態(tài)測量(RTK)技術(shù)與全站儀極坐標(biāo)放樣相結(jié)合進(jìn)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(jìn)行探討。

[關(guān)鍵詞]實(shí)時(shí)動態(tài)測量(RTK)全站儀極坐標(biāo)放樣山區(qū)地震勘探測線放樣

中圖分類號:TP7文獻(xiàn)標(biāo)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(zhì)量及作業(yè)施工進(jìn)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(jìn)行二維地震勘探測量施工,工作中采用RTK定位技術(shù)與全站儀導(dǎo)線聯(lián)合放樣的方法在山區(qū)布設(shè)地震勘探測線物理點(diǎn),有效的解決了這一困擾石油物探測量界的棘手難題,總結(jié)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(shù)積累了經(jīng)驗(yàn)。

二、RTK定位技術(shù)與全站儀測量的工作原理

(一)作業(yè)工作原理

實(shí)時(shí)動態(tài)測量RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)是基于載波相位觀測值的實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù),它能夠?qū)崟r(shí)快速地獲得測量點(diǎn)的三維定位坐標(biāo)值。在RTK作業(yè)模式下,基準(zhǔn)站接收機(jī)架設(shè)在已知坐標(biāo)的參考點(diǎn)上,連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號。流動站接收機(jī)在初始后,通過無線數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的載波相位觀測值、偽距觀測值等數(shù)據(jù)的同時(shí)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(nèi)差分處理求解載波相位整周模糊度,實(shí)時(shí)求算出流動站厘米精度級坐標(biāo)和高程。而全站儀雖然屬于電子測量設(shè)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(shù)。它的工作原理是在測站上架設(shè)儀器,通過測角、測邊確定測量點(diǎn)的位置,或直接測量待定點(diǎn)的坐標(biāo)值,是常規(guī)的三維極坐標(biāo)測量方法。

(二)測量坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

GPS衛(wèi)星觀測的坐標(biāo)系統(tǒng)為世界大地坐標(biāo)系(WGS-84),而地震勘探中使用的是國家大地坐標(biāo)系(BJ54坐標(biāo)系)。由于WGS-84坐標(biāo)系與國家大地坐標(biāo)系之間存在著平移和旋轉(zhuǎn)關(guān)系,在實(shí)際應(yīng)用中,將BJ54坐標(biāo)系的一些已知點(diǎn)納入GPS控制網(wǎng)。利用這些公共點(diǎn),它們同時(shí)具有WGS-84坐標(biāo)和BJ54坐標(biāo),這樣可以確定轉(zhuǎn)換參數(shù)(3個(gè)平移量,3個(gè)旋轉(zhuǎn)角和一個(gè)尺度比),并檢核BJ54坐標(biāo)系成果的相容性。

全站儀測量不涉及到參數(shù)的轉(zhuǎn)換問題。

三、測區(qū)條件及工作任務(wù)

(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(shè)大部分在農(nóng)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(wù)及精度要求

石油地震勘探測量的主要任務(wù)是:依據(jù)地震勘探設(shè)計(jì),采用衛(wèi)星定位RTK技術(shù)和經(jīng)緯儀導(dǎo)線兩種測量方法,將石油地震勘探測線(測網(wǎng))的物理點(diǎn)放樣到實(shí)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(diǎn)平面精度根據(jù)成圖比例尺而定,基本上與地形點(diǎn)的精度相同;高程中誤差控制在±1m以內(nèi)。

物理點(diǎn)放樣誤差沿測線方向不超過道距(兩個(gè)相鄰物理點(diǎn)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(nèi),根據(jù)地震勘探的要求確定每一個(gè)物理點(diǎn)的具體位置;然后測定每一個(gè)物理點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。也就是說,物理點(diǎn)是以設(shè)計(jì)測線為軸線,以一個(gè)條帶形式進(jìn)行布設(shè)。

四、施工過程

(一)控制點(diǎn)布設(shè)情況

根據(jù)工區(qū)概況和已知三角點(diǎn)的分布情況,在工區(qū)周邊選取均勻分布的四個(gè)已知三角點(diǎn),同時(shí)在工區(qū)中部選取視野開闊地勢較高處布設(shè)2個(gè)加密控制點(diǎn)參與GPS網(wǎng)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(jīng)檢核的差分點(diǎn)布設(shè)加密控制點(diǎn)15個(gè),點(diǎn)位選擇在交通便利、通視良好、地勢開闊、遠(yuǎn)離干擾源的工區(qū)中間制高點(diǎn)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(diǎn),建立一個(gè)GPS網(wǎng),通過該網(wǎng)求得該區(qū)塊的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)及加密控制點(diǎn)成果,加密的控制點(diǎn)用于RTK放樣時(shí)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(zhì)量,提高工作效率,因此采用GPS實(shí)時(shí)動態(tài)(RTK)測量、全站儀極坐標(biāo)放樣測量聯(lián)合作業(yè)的方法放樣物理點(diǎn),并記錄其坐標(biāo)和高程。

(三)設(shè)備及人員投入情況

1.儀器設(shè)備投入情況。Leica530 GPS接收機(jī)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(shù)人員10人,測量工38人(其中清障12人),司機(jī)6人。

分為兩個(gè)大組,每組配1個(gè)參考站組,1個(gè)流動站組,1個(gè)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(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:

1.由于山區(qū)地表?xiàng)l件的限制,電臺信號傳輸距離有限,有時(shí)還會出現(xiàn)電臺信號盲點(diǎn),在施工過程中要提高參考站和流動站電臺天線架設(shè)高度,并適當(dāng)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(yù)報(bào),以選擇最佳觀測時(shí)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(shí)有時(shí)需要重新初始化,為了保證定點(diǎn)精度,需要增加觀測時(shí)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(diǎn)困難無法為全站儀導(dǎo)線提供充足控制點(diǎn)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(dǎo)線準(zhǔn)備次日工作控制點(diǎn)。

5.由于測區(qū)地形比較復(fù)雜,控制點(diǎn)間距離較近,RTK測定控制點(diǎn)時(shí)要將對中桿氣泡居中,測站前、后視的覘標(biāo)要用角架架設(shè),且覘標(biāo)的標(biāo)志要明顯、清晰。

(五)質(zhì)量控制

1.RTK測量的質(zhì)量控制主要是兩個(gè)方面:一是物理點(diǎn)的放樣位置必須在地震勘探規(guī)定的范圍內(nèi),可通過在控制器中設(shè)置放樣點(diǎn)點(diǎn)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(jìn)行判斷,CQ值是根據(jù)衛(wèi)星條件及信號質(zhì)量計(jì)算的點(diǎn)位理論精度,基本上能反應(yīng)點(diǎn)位的實(shí)際精度。用戶可根據(jù)需要設(shè)置CQ值,地震勘探作業(yè)一般要求設(shè)置在0.1以內(nèi),作業(yè)時(shí)控制器中的軟件根據(jù)用戶設(shè)置的放樣點(diǎn)允許誤差半徑和CQ值進(jìn)行判斷處理,符合要求后顯示并記錄結(jié)果,若達(dá)不到要求則無法進(jìn)行記錄,這就保證了點(diǎn)位質(zhì)量達(dá)到實(shí)時(shí)控制。

2.全站儀導(dǎo)線測量的質(zhì)量控制:(1)放樣過程中控制物理點(diǎn)的放樣范圍。(2)施測前必須對測站和方向站的距離(或坐標(biāo))與高程進(jìn)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(diǎn)。(3)全站儀導(dǎo)線長度不易過長,應(yīng)控制在小于等于5公里,適當(dāng)增加檢核點(diǎn)數(shù)量,全站儀放樣物理點(diǎn)檢核小于3米,否則重測。(4)內(nèi)業(yè)資料處理控制導(dǎo)線技術(shù)指標(biāo)。

五、任務(wù)完成情況及施工質(zhì)量

本工區(qū)完成二維地震生產(chǎn)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(diǎn)數(shù)12025個(gè),炮點(diǎn)數(shù)4025炮,總放樣物理點(diǎn)數(shù)16050個(gè),總公里數(shù)160.24㎞。

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

全站儀極坐標(biāo)放樣物理點(diǎn)數(shù):4686個(gè),占總點(diǎn)數(shù)的29.1%。

(一)物理點(diǎn)放樣質(zhì)量

由于地面障礙物的原因有11個(gè)特殊點(diǎn)。

物理點(diǎn)放樣誤差:

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

全站儀極坐標(biāo)放樣點(diǎn)位誤差最大為1.57米。

(二)物理點(diǎn)復(fù)測檢核情況

為了保證野外物理點(diǎn)放樣準(zhǔn)確,每天施工前、接收機(jī)或手簿內(nèi)的數(shù)據(jù)或參數(shù)更新后,都要對物理點(diǎn)或單個(gè)的控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測檢核,驗(yàn)證參數(shù)和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

物理點(diǎn)復(fù)測情況如下:

復(fù)測點(diǎn)數(shù):380個(gè);復(fù)測率:2.386%。

物理點(diǎn)復(fù)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(diǎn)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)較差情況

測線端點(diǎn)實(shí)測坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)較差統(tǒng)計(jì)表

測線端點(diǎn)實(shí)測坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)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(diǎn)的點(diǎn)位、高程,準(zhǔn)確、可靠,完全達(dá)到了測量技術(shù)設(shè)計(jì)和測量規(guī)范要去。

六、結(jié)論

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

參考文獻(xiàn):

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

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