探索GPS在非洲大漠油氣轉運站施工中的應用

李 明 孟祥寧 薛小強 劉 偉

天津大港油田集團工程建設有限責任公司 天津 300272

探索GPS在非洲大漠油氣轉運站施工中的應用

李 明 孟祥寧 薛小強 劉 偉

天津大港油田集團工程建設有限責任公司 天津 300272

GPS測量是現代工程施工中普遍采用的一種測量方法，可覆蓋全球準確定位。主要闡述了針對西非大漠區域內一座油氣轉運站施工中所采用的一種GPS測量方法，分別從GPS測量的必要性、改進方法及改進方法的優點等方面進行了論述。

GPS測量 坐標系統 坐標轉換

天津大港油建公司承建的尼日爾AGADEM油田地面建設工程屬大型油氣轉運站工程。該工程位于西非大漠尼日爾GOUMERI地區，地處撒哈拉沙漠腹地，方圓百里無任何已建構筑物。該工程主要包括CPF（中心油氣處理設施）一座和OGM（油氣集輸區）四處，其中CPF站規模為339m*400m，內含20000m3罐體兩座，2000m3罐體三座，1000m3罐體一座和500m3罐體兩座，綜合辦公室、能源控制間各一處，鋼樁及混凝土型設備基礎若干，涉及測量點位多達上千。而該工程屬區域內新建工程，周圍無任何已有建筑可做參考，所以必須采用GPS全球定位，以滿足基礎測量之施工需求。

1 GPS的應用

1.1 GPS定義

GPS是英文Navigation Satellite Tim ing and Ranging/Global Positioning System的縮寫,全稱為“授時，測距導航系統/全球定位系統”，它是利用衛星發射的無線電信號進行導航定位，具有全球性、全天候、高精度測量定位功能。

GPS定位一般分為靜態定位和動態定位，目前國內基礎設施建設施工均采用動態定位，尤其是實時動態（Rcal Time Kinematic——RTK）測量系統，測量簡單，便于操作。

1.2 GPS功能

目前，GPS測量已經得到了全球性認可，具有如下特點：

（1）全球地面連續覆蓋；

（2）高精度定位；

（3）施工測量觀測簡便。

根據工程實際需要，我們沙漠施工現場采用美國天寶公司生產的Trimble TSC 2型GPS進行實時動態測量。

2 圖紙標定的GPS測量方法

根據華東地質勘查設計研究院提供的地質勘查報告，CPE設計要求使用GPS進行WGS-84大地坐標系統全球定位，組織現場測量。

2.1 坐標轉換

圖紙提供了待建CPF站兩個角點的施工相對坐標，即西南角坐標 A=0.00，B=0.00，東北角坐標 A=339.00，B=400.00，同時確定了與其對應的WGS-84大地坐標（X和Y值）。另外，華東地質勘查設計研究院在CPF站外圍確定了四個基準點并提供了對應的WGS-84大地坐標。而圖紙標定的站內各種待建構筑物基礎坐標全部為施工相對坐標（A、B），即相對于站內零點坐標。同時，圖紙提供了針對該工程施工測量的坐標轉換方法，即施工相對坐標與WGS-84大地坐標的轉換方法，如下：

（1）施工相對坐標換算為WGS-84大地坐標:

式中，X0、Y0和α為固定數值；Ap、Bp為圖紙中涉及的基礎施工相對坐標，圖紙標定；Xp、Yp為WGS-84大地坐標，一般需要利用上述公式進行換算求解。

2.2 初始GPS識別

GPS出廠時設置任務自動識別GWS-84坐標，對于其他人工后期編制的坐標需要人工設置并校正后方能識別。而本工程中除了華東地質勘查設計研究院特別針對CPF提供的四個基準點和設計圖紙標定的CPF兩個角點的大地坐標外，其余站內涉及的所有構筑物坐標全部為施工相對坐標，即A、B坐標。通常我們根據圖紙中的公式將施工相對坐標換算成WGS-84大地坐標，然后再將換算后的大地坐標X、Y值鍵入GPS測量任務內進行測量。但是，大地坐標換算和坐標輸入給現場測量施工帶來了諸多不便。

2.2.1 坐標換算工作量大

根據圖紙提供的公式我們可以將施工相對坐標（A、B）換算成WGS-84大地坐標（X、Y），但是由于CPF站內涉及到的各種構筑物基礎坐標多達上千個，換算坐標工作量較大，過多的占用測量技術人員時間，延誤現場施工。

2.2.2 換算數值易出現錯誤

上述公式換算后的大地坐標（X、Y）數值較大，數字冗長并含有小數，其中小數點前7位，小數點后2位。這可能會在換算過程中由于進位等原因出現錯誤，造成工程測量不準確。

2.2.3 坐標輸入量大

由于CPF站內基礎坐標多達千個，而每個坐標經過換算后，X值一般為9位數字，Y值為8位數字，這樣每個基礎坐標至少有17個數字需輸入至GPS測量任務內，而上千個坐標點也就需要近兩萬個數字輸入至GPS測量任務的點管理器內。數字量大而冗長難免產生輸入錯誤，影響測量。

2.2.4 測量觀測不方便

WGS-84大地坐標（X，Y）是相對赤道的垂直球面距離和本初子午線的距離，是地理上的絕對北方向，而實際工程往往會隨著當地風土人情等確定相對的工程北方向（此工程CPF的北方向就與地理北方向呈45°夾角，見圖1），這樣若繼續使用大地坐標測量就會給觀測、定位帶來諸多不便。

3 GPS測量改進方法及應用

由于施工相對坐標（A、B）換算大地坐標（X、Y）工作量大，易產生誤差，甚至錯誤。而圖紙標定的施工相對坐標（A、B）數值相對簡單，最多為5位數字，操作簡便，易于輸機。所以我們努力探尋一種直接采用施工相對坐標（A、B）進行測量的簡便方法。

3.1 GPS改進后的測量方法

根據圖紙標定的坐標轉換方法，我們將華東勘察設計研究院給定的四個基準點大地坐標全部換算為施工相對坐標（A、B），建立以施工相對坐標為基準的新測量任務，直接采用施工相對坐標進行測量定位。

3.1.1 建立新測量任務

針對CPF施工相對坐標，我們在GPS手部內建立新的測量任務并命名，然后打開新任務界面，在新任務界面內進行點輸入、工地校正及測量。

3.1.2 坐標換算并輸入

根據圖紙坐標轉換公式將四個基準點坐標換算為針對CPF的施工相對坐標，重新命名并輸入至新任務中的點管理器內。另外，將四個基準點的WGS-84大地坐標也對應輸入至該任務的點管理器內，并設置為控制點。

3.1.3 啟動工地校正

每臺GPS均帶有工地校正功能，待基準點大地坐標和與之對應的施工相對坐標換算并輸入完成后，直接開啟“測量”文件下“RTK”功能中的“工地校正”，注意開啟工地校正時一定要求大地坐標和換算后的施工相對坐標一一對應。若經自動校正后GPS手部屏幕顯示“水平殘差”和“垂直殘差”均在規范允許誤差范圍內，則表示該測量任務已經形成并可以在該任務下進行施工相對坐標測量定位；若經過自動校正后屏幕顯示“水平殘差”或“垂直殘差”超出規范允許誤差范圍，則說明在坐標換算或坐標輸入時存在誤差甚至錯誤，必須重新檢查換算過程和結果并校核輸入數值，直至GPS手部屏幕中“水平殘差”和“垂直殘差”均在規范允許誤差范圍之內時方可進行下一步測量定位工作。

3.2 GPS測量改進方法的優點

針對CPF站內施工，采用GPS改進后的測量方法后明顯提高了測量速度和測量精度。

（1）設計圖紙直接標定了施工相對坐標（A、B），不必再進行坐標轉換而可以直接輸入至測量新任務內進行測量定位。

（2）施工相對坐標A、B數值相對于大地坐標X、Y數值簡單，輸入方便。同時，數值小而簡單在實際測量時也易于觀測，調整。

（3）WGS-84大地坐標（X，Y）是地理上的絕對北方向，而施工相對坐標是根據實際工程而確定的相對北方向，針對單體工程測量定位靈活。

（4）由于圖紙標定了A、B值，可直接根據圖紙坐標進行輸機并測量，縮小了錯誤幾率。

（5）此方法還可現場及時對應測量。現場如需CPF站內某指定點（非圖紙給定）的坐標，則可以直接將GPS移動站置于該點上，啟動“儀器”中“位置”程序，待移動站調平后即可讀數，直接讀取該點的施工相對坐標，快捷，簡便。

3.3 GPS測量改進方法的弊端

該方法是針對現場實際工程而探索的一種測量方式，其觀測的施工坐標數值只相對于新建任務內A=0.00，B=0.00點的坐標，而非X、Y值的全球定位坐標。

4 結語

對于我們大港油建正在施工的CPF站工程，全部測量點均涵蓋在了華東地質勘查設計研究院提供的基準點范圍內，完全可以采用此方法進行測量定位。實際測量施工也證明該方法是可行的，提高了測量定位速度，節省了時間。同時，采用此方法縮小了錯誤出現幾率也減小了測量誤差，整個CPF站內測量定位沒有出現偏差，創造了效益，贏得了口碑。

1 《尼日爾AGADEM油田巖土工程勘察報告》

2 《測量學》高井祥、張書畢等主編

3 《測量與工程測量》程新文主編

4 《CPF總圖》 CPE

5 《工程測量》 王霞主編

TE682

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1672-9323（2012）05-0092-03

2012-06-14）