山地長(zhǎng)線二維控制網(wǎng)布設(shè)方法研究

陳端良 王永強(qiáng) 龐衛(wèi)平 劉金萍

(勝利油田物探公司儀器管理中心 山東東營(yíng))

山地長(zhǎng)線二維控制網(wǎng)布設(shè)方法研究

陳端良 王永強(qiáng) 龐衛(wèi)平 劉金萍

(勝利油田物探公司儀器管理中心 山東東營(yíng))

控制網(wǎng)的實(shí)施是物探測(cè)量施工的第一道工序,控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)布置、實(shí)施的好壞,直接決定著測(cè)量施工的成敗和效益。文章對(duì)于山地長(zhǎng)測(cè)線二維工區(qū)GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究探討,提出了具體方法,并在保證質(zhì)量要求的前提下以最經(jīng)濟(jì)為原則進(jìn)行了實(shí)施細(xì)化,大大減少了工作量,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

物探測(cè)量;GPS控制網(wǎng);長(zhǎng)線二維

0 引 言

隨著物探市場(chǎng)的發(fā)展,勘探任務(wù)日趨緊張,勘探工區(qū)的地形越來(lái)越復(fù)雜,工區(qū)的形狀也隨之復(fù)雜多變,由原來(lái)的規(guī)則形、方形,逐漸變?yōu)椴灰?guī)則形、長(zhǎng)形甚至是單條測(cè)線,使得工區(qū)的GPS控制網(wǎng)布設(shè)工作越來(lái)越困難,特別是對(duì)于長(zhǎng)測(cè)線二維工區(qū),按照常規(guī)的GPS控制網(wǎng)測(cè)量方法已很難達(dá)到物探測(cè)量精度的要求。另一方面,長(zhǎng)測(cè)線施工過(guò)程中由于人員過(guò)于分散,互相之間的聯(lián)系極為不便,很難預(yù)料各個(gè)施工點(diǎn)的成敗,這就非常有必要針對(duì)這種特殊的工區(qū)形狀設(shè)計(jì)出切實(shí)可行的GPS測(cè)量方案,以滿足當(dāng)前這一特殊工區(qū)的測(cè)量需要。

1 長(zhǎng)線二維GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

所謂長(zhǎng)線二維,是依據(jù)測(cè)線工區(qū)的平面形狀和控制測(cè)量的方法定義的,是指窄而長(zhǎng)的工區(qū),也就是長(zhǎng)與寬懸殊比較大的工區(qū),如寬只有幾十米或幾百米,而測(cè)線長(zhǎng)度達(dá)到幾十公里乃至幾百公里等。而在物探測(cè)量中,則表現(xiàn)為超長(zhǎng)的測(cè)線,這些測(cè)線或單條獨(dú)立存在,或多條互相平行,但都表現(xiàn)為橫向與縱向特別的懸殊。

對(duì)于規(guī)則的、方形的工區(qū),我們可以參照?qǐng)D1所示的網(wǎng)形進(jìn)行GPS控制網(wǎng)的布設(shè)。

在規(guī)則的、方形地形的工區(qū),測(cè)量的GPS邊長(zhǎng)長(zhǎng)短懸殊一般不大,可以按照2 km～8 km的間隔布設(shè)控制點(diǎn),網(wǎng)型比較均勻,因此全網(wǎng)的精度比較均衡,精度較高,一般可達(dá)到幾厘米,并且有一個(gè)或多個(gè)異步環(huán),可以對(duì)GPS網(wǎng)點(diǎn)的精度進(jìn)行檢核。而對(duì)于狹長(zhǎng)工區(qū),如果仍按照常規(guī)方法測(cè)量,那么在測(cè)量的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題,如GPS網(wǎng)的邊長(zhǎng)懸殊太大,因?yàn)闆](méi)有良好的圖形結(jié)構(gòu),短邊與長(zhǎng)邊就會(huì)互相影響,GPS控制網(wǎng)的精度極不均勻,極易發(fā)生網(wǎng)型的扭曲,使得測(cè)量精度降低,有時(shí)候就滿足不了物探施工的測(cè)量精度要求。

圖1 規(guī)則的、方形的工區(qū)GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)圖

根據(jù)工區(qū)的特點(diǎn)及GPS控制網(wǎng)的布設(shè)精度要求,針對(duì)狹長(zhǎng)的工區(qū),我們首先要采用先主后次的布設(shè)方法,如圖2所示。即先對(duì)整個(gè)工區(qū)進(jìn)行全局布設(shè)控制,逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,然后再根據(jù)施工需求進(jìn)行加密控制。這樣整體網(wǎng)形雖然過(guò)長(zhǎng),有些邊長(zhǎng)懸殊較大,但是從控制測(cè)量的角度來(lái)看,整體控制網(wǎng)形較好,不易引起整網(wǎng)扭曲。依據(jù)工區(qū)的地形特征,我們采用分級(jí)布網(wǎng)的方案,即首先建立骨干網(wǎng),然后逐級(jí)進(jìn)行靈活發(fā)展點(diǎn)。在建立控制網(wǎng)的過(guò)程中,首先選取工區(qū)內(nèi)原有國(guó)家控制點(diǎn)及待定點(diǎn)進(jìn)行首級(jí)控制測(cè)量(測(cè)定骨干網(wǎng)),在施工的過(guò)程中,再以這些點(diǎn)位作為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行加密控制(發(fā)展點(diǎn))。

2 長(zhǎng)線二維GPS控制網(wǎng)布設(shè)方法的論證

2.1 遞推測(cè)量、分區(qū)處理

這種測(cè)量方法就相當(dāng)于把原網(wǎng)分成兩個(gè)或多個(gè)子網(wǎng),為了使整個(gè)工區(qū)有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái),各子網(wǎng)之間通過(guò)設(shè)置公共點(diǎn)互相聯(lián)接。各子網(wǎng)的測(cè)量與處理按照規(guī)則的、方形地形工區(qū)GPS控制網(wǎng)的布設(shè)方法進(jìn)行。這里的關(guān)鍵是各子網(wǎng)之間測(cè)設(shè)的公共點(diǎn),因?yàn)楦髯泳W(wǎng)采用的是不同的起算數(shù)據(jù),因此公共點(diǎn)在不同的子網(wǎng)中會(huì)有不相同的坐標(biāo)值,這是由原國(guó)家控制網(wǎng)的測(cè)量誤差和本子網(wǎng)的測(cè)量誤差所引起的,是不可避免的。根據(jù)《石油物探測(cè)量規(guī)范》第7.6.3.4條[1]:“不同起算點(diǎn)測(cè)算的重合點(diǎn),互差要求小于0.6m”。在此種情況下,依現(xiàn)在GPS設(shè)備測(cè)量精度達(dá)到厘米級(jí)的情況,只要選擇適當(dāng)?shù)钠鹚銛?shù)據(jù),測(cè)量成果可滿足此項(xiàng)要求。采用這種測(cè)量方法,最終將各子網(wǎng)通過(guò)重合點(diǎn)連接,各子網(wǎng)之間的誤差互不傳遞,從而可提高整個(gè)測(cè)區(qū)的測(cè)量精度。

2.2 分級(jí)布網(wǎng)、逐級(jí)控制

根據(jù)工區(qū)的特點(diǎn)及測(cè)線的布設(shè),尤其針對(duì)狹長(zhǎng)的工區(qū),首先想到的是先主后次的布設(shè)方法,即先對(duì)整個(gè)工區(qū)進(jìn)行全局布設(shè)控制,逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,然后再根據(jù)施工需求進(jìn)行加密控制。這樣整體網(wǎng)形雖然過(guò)長(zhǎng),有些邊長(zhǎng)懸殊較大,但是從控制測(cè)量的角度來(lái)看,整體控制網(wǎng)形較好,不易引起整網(wǎng)扭曲。依據(jù)工區(qū)的特征,我們采用分級(jí)布網(wǎng)的方案,即首先建立骨干網(wǎng),然后逐級(jí)進(jìn)行靈活發(fā)展點(diǎn)。在建立控制網(wǎng)的過(guò)程中,首先選取工區(qū)內(nèi)原有國(guó)家控制點(diǎn)及待定點(diǎn)進(jìn)行首級(jí)控制測(cè)量(測(cè)定骨干網(wǎng)),在施工的過(guò)程中,再以這些點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行加密控制(發(fā)展點(diǎn))。

3 長(zhǎng)線二維GPS控制測(cè)量方法的運(yùn)用[2～6]

勝利物探2232隊(duì)承擔(dān)雪峰隆起及周緣地區(qū)二維勘探項(xiàng)目時(shí),工區(qū)設(shè)計(jì)測(cè)線只有一條,跨越四川省、重慶市東北部、湖北省西南、湖南省西北部,測(cè)線長(zhǎng)達(dá)250多公里,屬于典型的山地長(zhǎng)線二維。依據(jù)該工區(qū)的特點(diǎn)及測(cè)線的分布情況,在建立首級(jí)控制網(wǎng)的過(guò)程中,我們將其分為兩個(gè)子網(wǎng)(宣漢-桑植1、宣漢-桑植2)進(jìn)行控制測(cè)量。在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中,首先采用分區(qū)域處理方法進(jìn)行處理,然后進(jìn)行控制網(wǎng)的聯(lián)合處理。在網(wǎng)平差處理中,對(duì)宣漢-桑植2段控制網(wǎng)單獨(dú)處理,首先在WGS84自由平差,各項(xiàng)精度指標(biāo)符合要求后,然后利用大堡(db)、三窩凹(swa)和獅子巖(szy)三個(gè)已知國(guó)家三角點(diǎn)求取七參數(shù)。其平差計(jì)算結(jié)果和宣漢-桑植1對(duì)比見(jiàn)表1。

圖2 長(zhǎng)線二維雪峰隆起及周緣工區(qū)GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)圖

從聯(lián)測(cè)點(diǎn)的較差情況來(lái)看,趕場(chǎng)(gc)一點(diǎn)高程較差較大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)范要求。由此,在兩個(gè)控制子網(wǎng)自由網(wǎng)平差的基礎(chǔ)上,將宣漢-桑植2段控制點(diǎn)和宣漢-桑植1段控制點(diǎn)聯(lián)合進(jìn)行平差計(jì)算:以所有基線組成閉合圖形,以三維基線向量及其相應(yīng)方差協(xié)方差陣作為觀測(cè)信息,在WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)下,采用缺省參數(shù)、各觀測(cè)值交替純量加權(quán)方式進(jìn)行GPS網(wǎng)的無(wú)約束平差。無(wú)約束平差各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)符合要求后,固定B級(jí)WGS84點(diǎn)西達(dá)69進(jìn)行GPS網(wǎng)的約束平差。從比較情況來(lái)看,各點(diǎn)平面坐標(biāo)符合較好,高程較差除xd69一點(diǎn)比較大以外其余各點(diǎn)較差均在1m以內(nèi)。西達(dá)69(xd69)位于控制網(wǎng)最西端,屬于聯(lián)測(cè)的高等級(jí)GPS點(diǎn),在求取其海拔高程時(shí)采用的是分布在測(cè)線附近的國(guó)家控制點(diǎn),求取精度較差,但不影響其它點(diǎn)的求取精度。從兩種處理方案的結(jié)果比較情況來(lái)看,兩段聯(lián)合處理的成果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于分段處理的成果。

表1 宣漢-桑植1、2公共點(diǎn)單獨(dú)平差結(jié)果對(duì)比表

4 山地長(zhǎng)線二維工區(qū)控制測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)及效益分析[7、8]

針對(duì)雪峰隆起及周緣地區(qū)二維勘探工區(qū)特點(diǎn),如果按照常規(guī)方法布設(shè)控制點(diǎn)(一般2 km～8 km),就存在一定的問(wèn)題。首先從時(shí)間上分析,如果按照常規(guī)方法布設(shè)控制網(wǎng),本工區(qū)將新布設(shè)控制點(diǎn)約66個(gè),在這樣復(fù)雜的地域要完成66個(gè)控制點(diǎn)的踏勘和布設(shè),這將需要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。按照當(dāng)時(shí)投入的儀器設(shè)備和采集控制點(diǎn)的難度計(jì)算,要完成66個(gè)控制點(diǎn)原始資料的采集,需要花費(fèi)15 d～18 d時(shí)間。其次,在數(shù)據(jù)處理方面也會(huì)有非常大的困難。第一就是數(shù)據(jù)量非常大,以66個(gè)新布設(shè)控制點(diǎn)再加上6個(gè)已知三角點(diǎn)為準(zhǔn)計(jì)算,這樣將會(huì)生成約300條基線和200閉合環(huán)。如此多的基線和閉合環(huán),對(duì)于數(shù)據(jù)的處理和數(shù)據(jù)的檢核將會(huì)帶來(lái)很大的困難,一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)不合格現(xiàn)象,就要進(jìn)行數(shù)據(jù)的補(bǔ)測(cè),工作量大大增加。

在實(shí)際工作中,該工區(qū)采用上述方法,新布設(shè)控制點(diǎn)共19個(gè),聯(lián)測(cè)國(guó)家級(jí)控制點(diǎn)6個(gè),共用了6 d時(shí)間完成控制網(wǎng)布設(shè)。該測(cè)量方法的提出,大大減少了控制點(diǎn)布設(shè)的工作量,節(jié)省了大量的財(cái)力和物力,更重要是節(jié)省了我們寶貴的時(shí)間。

在完成主控制網(wǎng)之后,對(duì)于控制點(diǎn)的發(fā)展加密是必不可少的,特別是對(duì)于長(zhǎng)線二維工區(qū)而言。但是對(duì)于發(fā)展控制點(diǎn)的合理布設(shè)是相當(dāng)重要的,特別是首次發(fā)展點(diǎn)位置的選擇。《石油物探測(cè)量規(guī)范》第7.6.1.3條規(guī)定:“參考站的發(fā)展不能連續(xù)超過(guò)3次。”這就限制了發(fā)展點(diǎn)連續(xù)發(fā)展的次數(shù),所以在施工過(guò)程中我們要提前研究是否需要發(fā)展點(diǎn)。我們可以根據(jù)主控制網(wǎng)點(diǎn)位置,提前對(duì)首次發(fā)展點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì),合理選擇要發(fā)展的點(diǎn)位。在選擇發(fā)展點(diǎn)時(shí)有多種設(shè)計(jì)方案,若按照?qǐng)D3所示方法發(fā)展點(diǎn),在S01向S02方向逐步施工時(shí),從首次發(fā)展點(diǎn)FZ01開始,最多發(fā)展到FZ03,當(dāng)在FZ03點(diǎn)位上架設(shè)參考站,FZ03和S02之間距離過(guò)遠(yuǎn),會(huì)出現(xiàn)信號(hào)覆蓋盲區(qū)問(wèn)題,將無(wú)法進(jìn)行參考站發(fā)展,耽誤生產(chǎn)。在實(shí)際施工期間,若為了一個(gè)發(fā)展點(diǎn)回到主控點(diǎn),這不僅浪費(fèi)了大量的時(shí)間,而且影響了施工進(jìn)度,無(wú)形中就增加了工作量。如果采取圖4所示方法發(fā)展點(diǎn),我們至少還有兩次發(fā)展機(jī)會(huì),這樣不僅節(jié)約了時(shí)間提高了工作效率,而且節(jié)省了大量的財(cái)力和物力。

圖3 首次發(fā)展點(diǎn)靠近一個(gè)已知控制點(diǎn)設(shè)計(jì)圖

圖4 首次發(fā)展點(diǎn)接近兩已知控制點(diǎn)中心設(shè)計(jì)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本工區(qū)GPS控制網(wǎng)布設(shè)完成后,經(jīng)甲方測(cè)量專家檢查驗(yàn)收,認(rèn)為該工區(qū)GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)方案客觀實(shí)際,點(diǎn)位布設(shè)合理,各項(xiàng)質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到《規(guī)范》規(guī)定。GPS接收機(jī)性能良好,觀測(cè)要求嚴(yán)格,野外采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠,不含粗差,基線解算及平差使用的軟件成熟可靠,平差方法正確,定位精度較高,完全能夠滿足本工區(qū)后續(xù)測(cè)量施工。該控制測(cè)量方法的提出和實(shí)施,得到了甲方測(cè)量專家的認(rèn)可和好評(píng)。

優(yōu)化的控制網(wǎng)布設(shè)和發(fā)展點(diǎn)位的合理加密促進(jìn)了物探測(cè)量整體工作的順利進(jìn)行,對(duì)于山地長(zhǎng)線二維GPS控制網(wǎng)的布設(shè),本次施工探討提供了一種新思路,皆在為今后類似工區(qū)提供一種借鑒。

[1] SY/T5171-2003.石油物探測(cè)量規(guī)范[S]

[2] 趙長(zhǎng)勝.GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[M].北京:教育科學(xué)出版社,2001

[3] 徐紹銓.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2003

[4] 沈?qū)W標(biāo),吳向陽(yáng).GPS定位技術(shù)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003

[5] 劉基余.全球衛(wèi)量定位原理與應(yīng)用[M].北京:測(cè)繪出版社,1993

[6] 周忠謨.衛(wèi)星測(cè)量原理與應(yīng)用[M].北京:測(cè)繪出版社,1999

[7] 劉大杰,施一民.全球定位系統(tǒng)(GPS)的原理與數(shù)據(jù)處理[M].同濟(jì)大學(xué)出版社,1996

[8] 趙長(zhǎng)勝.GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[A].江蘇省測(cè)繪學(xué)會(huì)20003學(xué)術(shù)年會(huì)專輯,2003

P631.3+2

B

1004-9134(2011)01-0066-03

陳端良,男,工程師,1998畢業(yè)于武漢測(cè)繪科技大學(xué)工程測(cè)量專業(yè),現(xiàn)在勝利油田物探公司儀器管理中心測(cè)繪工程部從事物探測(cè)量技術(shù)工作。郵編:257000

2010-09-27編輯:梁保江)