油氣田建設中的GPS高程處理

王 研，張紅娟

1.西安長慶科技工程公司，陜西 西安 710018

2.河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘察院，河南 南陽 473000

0 引言

GPS現已廣泛的應用到了工程建設的各個領域，從坐標測定﹑點位放樣﹑滑坡監測，無一不體現出它的高效﹑快捷﹑精度高﹑限制少的特點，油氣田地面建設領域，遇到的多為管道鋪設﹑站址建設﹑穿跨越設計及各種精度的GPS網布設，GPS的平面精度可以輕易的達到厘米級，但高程問題卻成為制約其高效﹑快捷﹑精確的弱項，主要是由于GPS測的是精度較高的大地高，我國應用的卻是正常高，由于大地高和正常高之間存在一個常數ζ = H- h，這個常數不易獲得，因此解決好GPS高程問題即正常高，成了工程建設（油氣田）的一個重要研究問題。

1 高程異常

（正常高及高程異常值之間的關系：ξ=H - h）

似大地水準面和參考橢球面之間關系比較復雜，它們之間的常數ξ隨著位置的變換而不同，沒有一個直接利用的求解公式，目前常用的求解正常高方法就是用水準測量方法來求解正常高，水準測量比較直接﹑精度也高，而且可以進行檢核，但油氣田產能建設中長距離管道特別多，特別在陜北的山區，高差起伏大﹑管線周圍交通差，通視不易，諸多不利因素成為了制約水準選用的“瓶頸”，如何能高效﹑快捷﹑準確﹑費用低地解決GPS高程的問題，成為了測量外業急需解決的問題，經過長期的研究和探索，現在公認的比較經濟﹑方便的方法就是：利用GPS擬合高程代替水準測量來求解點位的高程。

2 擬合方法

1）現在GPS擬合的方法很多，主要是利用數學模型來擬合似大地水準面，即先在GPS網布設的范圍內聯測若干水準點，再利用點的正常高和大地高求出它們的高程異常值，借助高程異常值與坐標的關系，擬合出測區的似大地水準面，最后利用擬合的似大地水準面內插出其他GPS點的高程異常值。

高程擬合的數學模型很多，按照布設的特點概括為兩類，一類歸納為曲線擬合，即當GPS 點布設成條﹑帶狀時采用，其基本思想是：根據條﹑帶狀上已知點的平面坐標和高程異常，用模型擬合計算出條帶方向的似大地水準面曲線，再利用似大地水準面曲線內插出其他點的高程異常，進而求出正常高。

在油氣田中應用最多的是長距離輸油﹑輸氣管道的測量，如吳-延輸油管線﹑靖-咸輸油管線﹑長-蒙輸氣管線﹑西氣東輸二線，這些管道通常都在200km以上，為了節時﹑省力﹑高效，高程只能依靠擬合來進行。

在長-蒙輸氣管道工程中，管線全長216公里，通過前期的選點﹑找點，共收集到57個水準點，由于管線和水準點均沿著公路走向呈條帶狀分布，沙漠地形較為平坦﹑起伏不大，最高點和最低點高程相差47m，完全符合上述的“條形擬和”高程符合條件，我們采用了二次多項式曲線的擬合方法，很好地解決了線路的高程問題，比常規的水準測量節約了約10天時間，成本節約了2萬余元。

2）如果GPS網布設成網狀的話，可采用曲面擬合，其基本思想是∶根據測區中已知點的平面坐標X﹑Y 和高程異常ζ，用擬合的方法模擬出測區的似大地水準面，再內插求出待定點的高程異常，從而求出正常高。

在油氣田的站址測量中，一般采用較多，目前我們測量的站址中，面積從40000m2到1000000m2不等，以前這類地形的高程處理，多數采用水準測量或者三角高程測量的方法，現在通過計算和分析，認為采用多項式曲面擬合法完全可以站址測量中對高程的要求。

在實測某一個凈化廠時，按照該地地形共埋設了10個GPS控制樁，并在控制樁子上進行了靜態觀測，然后通過三角高程測量，對這10個點高程進行了往返觀測，通過對控制樁的高程擬和計算，其擬和高程和三角測量的高程結果數據上極其接近，精度略高于四等水準要求，完全滿足了高程測量的精度要求。

在油氣田產建測量中，借助于GPS，一次可以獲得控制點的平面坐標，不同地形條件的測區，GPS高程擬合需依據測區實際情況采用相應的數學模型，無論采用線狀或面狀，所選的特征點的分布上應達到分布均勻﹑且真實﹑全面的反映出測區的地形﹑地貌，通過合理的選點并尋找適合的函數模型，GPS高程擬合的其精度可滿足四等水準測量要求，完全符合油氣田建設的要求。

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