GPS 靜態與常規測量方法在國外復雜地形中的聯合應用

李佃鋒，葉友龍，馬春麗

（中石化石油工程地球物理有限公司華東分公司，江蘇 揚州225007）

1 引言

加蓬某區塊二維地震勘探項目是中國石化集團國際石油勘探開發公司與加蓬政府能礦部的一個合作項目，該區塊中部和南部為國家級森林自然保護區，森林覆蓋率極高，工區中西部分布有與大西洋溝通的大面積的瀉湖，東部為山丘地形，地形起伏大，中部有一條大河橫貫東西，在瀉湖四周和大河兩岸沼澤密布，工區內交通極為匱乏，道路稀少。這些復雜的自然條件給物探測量工作出了一個極大的難題，即如果全部采用GPS 作業，由于森林覆蓋率極高，可實施性基本為零，如果采用全站儀作業，由于控制點太少，交通困難，首級控制測量工作都難于完成，對此，測量技術主管召集技術骨干研究對策，最終決定采用GPS+全站儀聯合作業的方法，即利用GPS布設首級控制網及導線控制點，利用全站儀進行物理點放樣。

2 布設首級控制網及導線控制點

①首級控制。工區內分布有加蓬國家等級三角點3 個，確定使用這三個點為首級控制網的起算點，控制網采用GPS 靜態方法按石油物探II 級GPS 網要求布設。由于工區內森林覆蓋率極高，供GPS 靜態觀測的場地很少，只有幾個面積很小的草原，如果在靠近森林的地方選點，由于首級控制精度要求高，必須進行清場工作[1]，將方圓50m 范圍內的樹木伐倒并清理干凈，工作量非常大且會對環境造成很大破壞，同時影響作業進度，因此，控制網的設計和選點成為首級控制的關鍵環節，既要將點位選在開闊、無須太多清場工作的地方，又要使點數能滿足施工的需要，即以最少的網點滿足控制的需要。首先根據工區遙感圖在小草原和大路附近設計了7 個網點，點位分布比較均勻，控制距離均在15km 以內，能控制到整個工區。在經過幾天的實地踏勘后，確定都能到達點位，并且觀測環境較好。埋石穩定后，進行觀測，為了保證后期處理能一次通過，不耽誤生產，采取2 時段觀測方法，每個時段采集時間大于2h。最終控制網一次通過處理，各項指標均達到規范要求，并通過了甲方的驗收。

②加密控制。加密控制點的作用是為導線放樣提供起閉方位和坐標，由于工區范圍大，所需控制點多，前期全部布設到位不現實，因此，采用邊生產邊加密的方法進行，即先加密一定數量的控制點，滿足前期生產需要，然后專門成立一個加密控制組，只負責加密控制的工作，保持加密控制進度始終快于放樣工作進度，使放樣工作有控制點可用[2]。加密形式是一對一對地加密，即每次加密最少兩個點，兩個點之間必須通視，兩點間距離滿足SY/T 5171—2003《石油物探測量規范》對導線起閉邊長的要求。加密控制采用單環（三邊環）靜態方法布設，即在首級控制網點架設一臺GPS，在兩個加密點上分別架設一臺GPS，同步觀測1h 以上。由于加密控制點必須靠近測線，以減少上線過程中的砍伐樹木工作，選點基本沒有靈活性，絕大部分點位均在森林中，每個點都要進行清場工作，并且交通極差，車輛無法到達點位，因此，做點效率較低，一天最多只能做兩對點，大部分時間只能做一對點。加密控制點時必須遵循這樣的原則，即先布設供導線起始使用的控制點，后布設導線閉合使用的控制點，這樣的好處是使放樣工作不至于等待起始點。然后在放樣過程中，再選擇合適的位置布設閉合控制點。

3 測線放樣

本區塊陸上部分基本覆蓋了原始森林，RTK 方法根本無法作業，只有瀉湖可以采用RTK 方法進行放樣，而工區陸上部分占了90%之多，因此，放樣工作主要使用全站儀采用導線方法進行，只有瀉湖上使用RTK 方法。

在加密一定數量的控制點后開始測線放樣，放樣采用的形式是：清線組和放樣組綜合在一個組里，邊清線邊放樣，在測站上線后，由測站指揮清線組一直沿著測線方向前進，使導線成直伸形[3]。這樣的形式有三個好處：一是走最短的路線完成放樣工作；二是清線后形成的通道可供后序班組使用；三是直伸形導線可減小由角度引起的點位誤差。

本次項目我們使用的是徠卡公司的TC802 全站儀，該型號是針對放樣工作設計的，在設站輸入起算數據后，就可根據室內上傳至儀器內的物理點樁號和坐標進行放樣，同時進行導線觀測。在導線觀測過程中，各導線點的坐標就已經由儀器實時計算出來并存貯，儀器搬至下一站后，設站時輸入導線點名，儀器自動調用該點的坐標，后視定向后就可以進行坐標放樣[4]。這樣的作業方式方便了野外操作，不需要在導線處理完后再重新走一遍通道進行物理點放樣，節省了大量的人力和時間，但必須考慮到的問題是，儀器計算各導線點的坐標時使用的邊長是野外觀測值，并未加入曲率改正，隨著導線越來越長，累積的誤差也將越來越大，根據計算，本區塊每公里的曲率改正為33cm，而由于加密控制點布設難度大，導線長度一般都在5km 左右，有的甚至達到10km，可見累積誤差并不小，離導線起始點越遠的物理點放樣值與理論值誤差越大。由于地形復雜，各小組每天的工作量均在1km 左右，在困難地段只有幾百米，一天下來的累積誤差并不大，最大的才30cm 左右，遠遠小于二維地震采集規范限制的最大值，因此，當天內的數據并不會出現問題，要解決的是第二天、第三天，直到導線閉合這幾天的改正問題。我們解決這個問題的措施是每天收工后將數據下載到計算機中，使用國際物探市場通用的Gpseismic 軟件按支導線計算一遍（計算過程中軟件自動加入曲率改正），得到各導線點的新坐標。第二天設站時本站和后視坐標均手工輸入新坐標，不調用儀器內的坐標，收工后再將第二天的原始數據與第一天的原始數據連接起來按支導線計算，以此類推。這樣就很好地解決了曲率改正的問題，整個工區未出現誤差超限的物理點。

4 施工經驗

通過本區塊二維地震采集項目的測量工作，得出以下幾條經驗：

①在使用GPS 和全站儀聯合作業的復雜工區，首級控制一定要科學合理設計，既滿足施工需要，又不布設多余網點。

②加密控制點先滿足導線起始點的需要，在放樣過程中加密導線閉合點。

③導線觀測與放樣工作同時進行時必須考慮曲率改正，高海拔地區還要考慮高程對邊長改正的影響。

5 結論

通過本次項目的順利施工，并通過了甲方竣工驗收，得出以下結論：

①在森林覆蓋率極大的工區，使用GPS 靜態結合常規測量方法完全可行；

②使用本方法過程中，每條導線每天的工作量最好不要超過2km（實際也很難達到）。