油氣田建設(shè)中空間數(shù)據(jù)采集方法

中國(guó)石化河南石油工程設(shè)計(jì)有限公司

油氣田建設(shè)中空間數(shù)據(jù)采集方法

李越 周興澤中國(guó)石化河南石油工程設(shè)計(jì)有限公司

全站儀測(cè)量和GPS測(cè)量是油氣田建設(shè)中常用的方法。在測(cè)區(qū)內(nèi)確定控制點(diǎn)，選定已有控制點(diǎn)或利用全站儀引控制點(diǎn)，計(jì)算所有控制點(diǎn)坐標(biāo)。根據(jù)已有控制點(diǎn)，在整個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行碎步測(cè)量。把全站儀架在A點(diǎn)，對(duì)A點(diǎn)附近的測(cè)區(qū)進(jìn)行碎步測(cè)量，碎步測(cè)量的內(nèi)容包括地形、地貌測(cè)量等。利用GPS進(jìn)行數(shù)據(jù)采集同樣是分兩步走，控制測(cè)量在先，碎步測(cè)量在后。首先進(jìn)行GPS首級(jí)控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)長(zhǎng)距離輸油輸氣管道測(cè)量規(guī)范，首級(jí)控制為E級(jí)，并遵循優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則。其次是進(jìn)行GPS網(wǎng)的觀測(cè)。

全站儀測(cè)量；GPS測(cè)量；控制測(cè)量；碎步測(cè)量；控制點(diǎn)

1 全站儀測(cè)量

項(xiàng)目名稱為“YL油田Y2305等5口井產(chǎn)能建設(shè)工程”，測(cè)區(qū)位于YL油田，在3度帶38號(hào)帶范圍內(nèi)，測(cè)區(qū)主要為平原，平均海拔高程為140m，項(xiàng)目任務(wù)是提供Y2305等5口新井及其周圍的地形圖，并對(duì)其輸油管線、熱工管線、電力線和井場(chǎng)道路走向做出初步設(shè)計(jì)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)踏勘，實(shí)地選線，收集已有資料，開始外業(yè)測(cè)繪工作，依據(jù)先整體后局部，先控制后碎步的原則，測(cè)區(qū)簡(jiǎn)易示意圖如圖1所示。

圖1 YL油田井產(chǎn)能建設(shè)工程中的測(cè)區(qū)示意圖

1.1 控制測(cè)量

在測(cè)區(qū)內(nèi)確定控制點(diǎn)，選定已有控制點(diǎn)或利用全站儀引控制點(diǎn)，計(jì)算所有控制點(diǎn)坐標(biāo)。首先由1號(hào)點(diǎn)和3號(hào)點(diǎn)坐標(biāo)可求出坐標(biāo)方位角α31，位于第一象限時(shí)，位于第二、三象限時(shí)，α=R+31位于第四象限時(shí)，α=R+2Π。其次31用全站儀測(cè)出β角及D1A，α1A=α31+β-Π，XA=X1+D1Acosa1A，YA=Y1+D1Asina1A。D表示兩點(diǎn)間的距離。最后用全站儀測(cè)γ角，同理測(cè)算出B、C、D三點(diǎn)坐標(biāo)作為測(cè)區(qū)內(nèi)的控制點(diǎn)使用。

1.2 碎步測(cè)量

根據(jù)已有控制點(diǎn)，在整個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行碎步測(cè)量。首先把全站儀架在A點(diǎn)，對(duì)A點(diǎn)附近的測(cè)區(qū)進(jìn)行碎步測(cè)量，碎步測(cè)量的內(nèi)容包括地形、地貌測(cè)量。棱鏡立在各地物點(diǎn)，以全站儀對(duì)準(zhǔn)棱鏡進(jìn)行測(cè)量。在大片平坦地區(qū)要量取適當(dāng)個(gè)數(shù)的高程點(diǎn)。其次，再對(duì)站址進(jìn)行比例尺為1∶200的碎步測(cè)量，點(diǎn)密度為10m。再對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行比例尺為1∶1000的碎步測(cè)量，在站址附近易于保存的地方埋設(shè)3個(gè)固定樁，便于測(cè)圖、放線和檢核。最后是完成碎步測(cè)量。外業(yè)完成后，將全站儀數(shù)據(jù)導(dǎo)出。利用南方CASS8.0軟件完成內(nèi)業(yè)制圖，最終測(cè)量和初步設(shè)計(jì)的成果如圖2所示（依照?qǐng)D例顯示，圖中虛線部分為設(shè)計(jì)線路，至此，項(xiàng)目完成）。

圖2 YL油田Y2305等5口井已完成的地形圖

2 GPS測(cè)量

全球定位系統(tǒng)GPS是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展建立起來的新一代全方位、實(shí)時(shí)和三維（精度、緯度、高程）的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。利用GPS進(jìn)行測(cè)量是以GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)天線之間距離的觀測(cè)量為基礎(chǔ)，并根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬間坐標(biāo)來確定用戶接收機(jī)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位，即待觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。在觀測(cè)過程中由于受到衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差等因素的影響，差分GPS（DGPS）測(cè)量是為了得到高精度結(jié)果而將復(fù)雜的觀測(cè)模式簡(jiǎn)易化的方法，能有效地消除各種誤差。

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量RTK技術(shù)是以載波相位觀測(cè)量為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分測(cè)量技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度，是GPS應(yīng)用的重大里程碑。GPS從一定程度上改變了傳統(tǒng)野外測(cè)繪的施測(cè)方式，并成為GIS數(shù)據(jù)采集的重要手段。利用GPS進(jìn)行數(shù)據(jù)采集同樣是分兩步走，控制測(cè)量在先，碎步測(cè)量在后，以“JW輸油管道線路改造工程”為例，過程如下。

首先進(jìn)行GPS首級(jí)控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)長(zhǎng)距離輸油輸氣管道測(cè)量規(guī)范，首級(jí)控制為E級(jí)，并遵循優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則。用GPS做首級(jí)控制，它采用的基準(zhǔn)就是WGS—84坐標(biāo)系統(tǒng)。而已知的控制資料控制點(diǎn)為地方坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，這里需要將地方坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS—84坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。做GPS首級(jí)控制網(wǎng)同樣要選點(diǎn)。選點(diǎn)要遵循有關(guān)的技術(shù)要求。選點(diǎn)后要埋石，對(duì)于E級(jí)網(wǎng)，采用普通標(biāo)石，埋設(shè)標(biāo)石時(shí)，須使各層標(biāo)志中心嚴(yán)格在同一鉛垂線上，對(duì)于天線墩其偏差不得大于5mm，對(duì)于一般標(biāo)石不得大于2mm。強(qiáng)制對(duì)中裝置的水平盤面（直徑不小于250mm）最大傾斜不得大于1mm。按照上述選點(diǎn)要求，在已有航測(cè)圖上選了一些GPS控制點(diǎn)。采用的布網(wǎng)形式為邊聯(lián)式。首級(jí)控制網(wǎng)縮略圖如圖3所示。圖中1、2、3、4為已知控制點(diǎn)，1為JL252，2為GC251，3為V45井，4為河堤某點(diǎn)。結(jié)合地形及通視條件，初步選擇了8個(gè)點(diǎn)作為GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)點(diǎn)。實(shí)地選點(diǎn)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況而定。由于已知點(diǎn)坐標(biāo)為1954北京坐標(biāo)，在此不便標(biāo)明。

圖3 GPS首級(jí)控制網(wǎng)縮略圖

其次是進(jìn)行GPS網(wǎng)的觀測(cè)。使用3臺(tái)ASHTECH雙頻接收機(jī)靜態(tài)觀測(cè)，采樣間隔20s，最少觀測(cè)衛(wèi)星5顆，衛(wèi)星截止高度角大于15°，觀測(cè)時(shí)間大于50min，觀測(cè)時(shí)段大于1，PDOP值小于7。觀測(cè)時(shí)，精確對(duì)中整平，接收機(jī)箭頭標(biāo)志大致對(duì)北，天線高量取2次，觀測(cè)前后各1次，互差不大于3mm。觀測(cè)過程中，不應(yīng)在天線附近使用無線電通訊設(shè)備。對(duì)講機(jī)、手機(jī)應(yīng)距天線10m以上，車載臺(tái)應(yīng)距天線50m以上。再次是GPS數(shù)據(jù)處理。基線向量解算采用的軟件為ASHTECH廠商提供的SOLUSION軟件。基線向量的質(zhì)量應(yīng)符合相關(guān)的技術(shù)要求。最后是GPS控制網(wǎng)平差計(jì)算。當(dāng)復(fù)測(cè)基線檢核及同步環(huán)、異步環(huán)檢核情況都在允許限差內(nèi)時(shí)，說明全網(wǎng)的外業(yè)觀測(cè)成果可靠，則可進(jìn)行下一步的控制網(wǎng)平差計(jì)算。約束平差基線向量改正數(shù)與無約束平差的同名基線改正數(shù)的較差不得大于2σ，否則，認(rèn)為參與約束平差的已知坐標(biāo)、已知距離、已知方位角的誤差太大，應(yīng)刪除誤差較大的約束值，直至符合較差限差的要求。先利用已聯(lián)測(cè)高程GPS點(diǎn)的正常高和經(jīng)GPS控制網(wǎng)平差得到的大地高，求其高程異常值；然后根據(jù)聯(lián)測(cè)高程點(diǎn)的分布、地形、轉(zhuǎn)換后高程的精度，選擇適宜的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行GPS高程轉(zhuǎn)換。

對(duì)GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量RTK。首先用RTK做圖根控制。首級(jí)控制完成后，用RTK在線路中線附近測(cè)量圖根點(diǎn)。本次在已有航測(cè)圖上預(yù)選了72個(gè)圖根點(diǎn)，實(shí)地在布好的GPS點(diǎn)上架基準(zhǔn)站，然后沿線以一定寬度范圍內(nèi)布設(shè)圖根點(diǎn)。圖根點(diǎn)確定后，打下帶小釘?shù)哪緲叮⒃邳c(diǎn)附近做好標(biāo)記，繪好點(diǎn)記。由一個(gè)參考站遷到另一個(gè)參考站后應(yīng)對(duì)兩個(gè)已測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢核，檢核限差：Δx≤0.2m；Δy≤0.2m；Δh≤0.4m。RTK用于線路轉(zhuǎn)折點(diǎn)測(cè)量是其次的工作。線路中線上轉(zhuǎn)點(diǎn)有57個(gè)點(diǎn)，按長(zhǎng)輸管道測(cè)量規(guī)范，RTK用于中線測(cè)量時(shí)，一般應(yīng)以國(guó)家四等或以上等級(jí)點(diǎn)以及加密國(guó)家等級(jí)點(diǎn)為參考站。所以為了保證精度，在四個(gè)已知控制點(diǎn)選擇點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)。

帶狀圖測(cè)量采用全站儀自動(dòng)采集記錄外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)，利用南方CASS7.0專業(yè)測(cè)繪軟件繪圖。在通視條件差的山區(qū)，采用RTK技術(shù)測(cè)繪地形圖。圖4是最終測(cè)量成果的部分內(nèi)容（管線全長(zhǎng)達(dá)33km）。

圖4 JW輸油管道線路改造工程的部分內(nèi)容

3 結(jié)語

在油氣田建設(shè)中，空間數(shù)據(jù)采集需要遵循《1∶500，1∶1000，1∶2000地形圖圖式（GB/ T20257.1—2007）》、《油氣田工程測(cè)量規(guī)范（GB/ T50537—2009）》、《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范（GB/T18314—2009）》等規(guī)范要求。攝影測(cè)量與遙感將成為數(shù)據(jù)采集的新方向，尤其是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方向，這也是該技術(shù)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)之一。

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.062