海洋石油勘探中的GPS動態精密定位研究

牟振北 佘航 米江紅 徐玉超

中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司海洋物探分公司 天津 300457

前言

我國在海洋石油勘探中所使用的定位設備一直在不斷更新。從一開始的經緯儀和六分儀光學定位，經歷了使用各種類型的地面無線電定位系統的時期以及使用精確度較高的自動化定位系統時期，這些技術的更迭使得我國海洋石油勘探的發展不斷增快。但是由于我國對海洋開發領域的增加以及勘探深度的增加，現有的許多技術已經不足以滿足海洋石油勘探對目標定位的日益精密的需求了。因此，本文將重點介紹GPS動態精密定位技術在海洋石油勘探活動當中的應用。

1 GPS精密定位技術

對于我國目前的海洋定位技術，通過GPS定位系統，目前已經能夠滿足國家海洋定位的準確度要求。例如在大比例尺沿岸海道的測量方面，它已經能夠滿足該活動對于導航、定位的要求。但是對于一些更加精細的海事測量定位活動，它還是無法滿足。而雙頻GPS動態觀測數據的事后精密處理技術[1]則可以滿足這樣的測量精度。因此，在海洋石油勘探的活動中，相關的工作人員可以采用無線電指向標差分GPS定位系統與雙頻GPS動態觀測數據的事后精密處理技術相結合的技術方法。

在使用該方案時，工作人員可以通過RBN/DGPS，即無線電指向標差分GPS定位系統獲得實時的導航定位信息，該技術提供的定位信息準確度可以控制在三米以內。而雙頻載波相位測量的部分可以向工作人員提供載波相位的數據，對數據進行處理之后，可以得到米級精度水平的平面位置，也可以得到GPS大地高，該數據可以用來對水位的改正。該方案的實行對技術設備的要求也較低，一般來說只要配備一臺大地測量型雙頻GPS接收機，并擁有可以接收、采集測量數據的電腦即可[1]。

2 GPS技術在海洋石油勘探中的應用

2.1 GPS用于水深測量

一般來說，我國現在運用最廣泛地用于水深測量的方法是多波束水深測量法。該方法每次測量時，可以獲取在航道垂直方向上的多點水深數據。該方法高效、準確，能夠幫助工作人員在短時間內探測到一定范圍內的水深情況，進而了解海底的面貌。

GPS運用于該工程時，需要用到的工具除了承載測船之外，還需要用到GPS接收機、數字測深儀、計算機以及安裝的專用軟件。在進行測量時，整個過程可以大致分為以下幾個步驟：

（1）在進行測量環節之前，要先對所用到的工具做準備工作。主要包括：選擇一個地理位置較合適，基本要求是在選擇位置上能方便地觀測到所測量范圍的全貌，并適合安裝測量設備，在所選的測量位置架設RTK基準站。通過測量區域已知的兩個點坐標，推算出相應的轉換參數。若沒有測深作業線，則需要布設，若已經存在，由于保密原則，需要對測深作業線進行重新加密，否則只能重新布設。

在對所要用到的工具進行事前準備之后，就可以開始測量的工作了。首先要檢驗基準站的坐標信息，以免造成因為信息不準確而出現的誤差情況。其次，將測量所用到的系統進行連接并啟動。在測量前要對各個工具進行檢查，特別是對于定位儀與測深儀的接口狀況檢查測試、要確保接收機數據格式能在各設備間順利傳送、在正式測量前需要對設備天線進行校正等。在完成上述工作之后，就可以著手開始進行測量工作了。C水深測量的原理是：水底高程H底=H-(h+Z)；水深Zm=Z+Z0；公式中的參數含義：H底指的是水底高程，H為RTK測量得出的高程，h是測深儀探頭到GPS天線的高度，Z是測出的水深，Z0是設定吃水，Zm是繪圖水深。

（2）得到相關數據之后，要對這些數據進行處理，即內業數據處理。在進行處理時，要使用專門的軟件，通過軟件得到需要的結果，例如水深圖及其他相關報告，隨后將結果輸出用于使用。

2.2 DGPS

DGPS既是差分全球定位系統。它是在GPS的基礎上發展而來，通過差分技術對GPS數據進行進一步校準，從而得到更精確的定位數據。它的工作原理如下：①GPS裝置需要放置在已知定位的測量基準臺上；②通過基準臺上的GPS系統接收信號數據，并利用該數據計算出基準臺到衛星的偽距；③利用偽距與精確距離這兩個數據，通過一定的算法算出測量點的偽距測量誤差。④將上一步計算得出的偽距與精確距離相比較，計算得出該點的偽距測量誤差。⑤將得出的誤差作為修正值，并且使用正確的格式播發給相鄰的DGPS用戶。⑥周圍的DGPS用戶在得到誤差值后，根據此來修正自身的GPS測量值，加大自己所測得的定位的精確程度[2]。

在海洋石油勘探過程當中，許多數據的測量都可以運用DGPS技術。通過搭建DGPS系統，該技術可以幫助工作人員實時獲得GPS浮標的坐標、檢測水下收發機所發送出來的定位信號、測量水聲信號所到達的時間等等，并且DGPS系統還可以將數據發送到系統的控制中心，利于工作人員開展進一步的工作[2]。

3 結束語

本文主要圍繞海洋石油勘探當中能夠利用到GPS技術的地方進行討論，講解了幾種在開展工作時利用到GPS技術的環節。本文認為利用GPS技術對于海洋石油的勘探工作有著非常重大的意義，現有的技術已經可以幫助工作人員提高水上定位的精確度等。但是在很多方面，例如船只的姿態改正、吃水改正、導航定位數據的記錄等，該技術仍然需要進一步的研究。相信在未來的時間里，通過GPS技術的不斷發展，將會為海洋石油勘探提供更加優質的定位服務。