無信號區(qū)坐標(biāo)測量方法及其應(yīng)用

馬華鋒，范全軍

（延長油田股份有限公司吳起采油廠，陜西延安 716000）

1 背景條件

在實際生產(chǎn)工作中，由于野外環(huán)境的不確定性、不可預(yù)測性，地勢地貌，氣候路況以及人為因素等，會給工作帶來很大的困難與不便，費時費力，以及對設(shè)備的損傷等。野外坐標(biāo)測量時，會遇到一些凹洼地形、山梁夾溝處以及偏遠(yuǎn)行政界限等環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)信號薄弱或者純粹沒有信號的信號盲區(qū)以及社會人為等因素，導(dǎo)致儀器無法接受網(wǎng)絡(luò)信號測量井口坐標(biāo)，不能及時得到井口坐標(biāo)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，導(dǎo)致鉆井設(shè)計方案編寫推后或者延遲，以及影響地質(zhì)分析和開發(fā)研究的準(zhǔn)確性。吳起油田王洼子油區(qū)地處吳起油田的西北角、周長油區(qū)地處吳起東北角，距離我廠指揮中心（基站控制點）比較遠(yuǎn)，屬于基站輻射范圍以外，導(dǎo)致流動站無法接收到有效數(shù)據(jù)，因此有必要在合適的井場或有標(biāo)志性的地段建立永久控制點，例如王洼子控制點設(shè)在鐵邊城24-76井站，周長控制點設(shè)在羅溝圈10-19井站，以便對測量工作起到關(guān)鍵性作用，保證測繪工作的順利進(jìn)行。

2 GPS定位原理及方程

利用GPS衛(wèi)星進(jìn)行定位測量的基本原理是：使用GPS接收機(jī)在任意時刻同時接收3顆及以上的GPS衛(wèi)星信號。用戶可以根據(jù)這些信息測量出測站點到GPS衛(wèi)星的距離，同時計算出這一時刻GPS的三維坐標(biāo)，根據(jù)距離交會原理解算出測站點的三維坐標(biāo)。但是，因為衛(wèi)星和接收機(jī)之間存在時鐘誤差，所以，GPS衛(wèi)星定位測量應(yīng)最少對4顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測并進(jìn)行定位計算，可確定四個距離觀測方程。

式中：i=1、2、3、4；C為GPS信號傳輸速度；（Xi，Yi，Zi）為衛(wèi)星軌道所在坐標(biāo)；Ti為各衛(wèi)星所在位置的時鐘差；Pi為各衛(wèi)星到監(jiān)測點接收機(jī)天線的距離；待測點坐標(biāo)（X，Y，Z）和接收機(jī)時鐘差t為未知數(shù)。

3 GPS的測量應(yīng)用

3.1 靜態(tài)相對定位

方法：利用GPS接收機(jī)，安置在每個基線的端點上，同步觀測四顆以上的衛(wèi)星0.5～1h，基線的長度控制在50km以內(nèi)。所有基線構(gòu)成網(wǎng)狀的封閉圖形，然后再經(jīng)過整體平差處理。

用途：屬于精度最高的作業(yè)模式。多用于大地測量、控制測量（點測量）、變形測量和工程測量等。

精度：可達(dá)到5mm+1×10-6。

3.2 即時動態(tài)測量（RTK）測量原理

GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線接收設(shè)備接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實時解算出流動站的三維坐標(biāo)及其精度（即基準(zhǔn)站和流動站坐標(biāo)差△x、△y、△H加上基準(zhǔn)坐標(biāo)得到的每個點的WGS-84坐標(biāo)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)得出流動站每個點的平面坐標(biāo)x、y和海拔高H）。

即使動態(tài)測量RTK能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，極大提高了外業(yè)作業(yè)效率。（高頻電磁信號傳遞）。

硬件設(shè)備：雙頻接收機(jī)+電源+天線+無線電通信設(shè)備。（我廠目前移動站設(shè)備調(diào)置為電臺模式+無線電天線）。

觀測時間：小于10/每站。

（1）精度：10mm+2×10-6*基線長（平面）；20mm+2×10-6*基線長（高程）。

（2）優(yōu)點：觀測時間短，可現(xiàn)場得到觀測成果，得出數(shù)據(jù)。

（3）缺點：無線通信信號易受環(huán)境影響，需在可視范圍內(nèi)完成（可測范圍較短約10km以內(nèi)）。

（4）用途：適用于精度要求相對不高的施工放樣及碎部測量。

4 工作實際中的應(yīng)用

1）2019年6 月白河區(qū)復(fù)測8宗井場，其中21-426井場無信號，導(dǎo)致靜態(tài)點測量無法得到數(shù)據(jù)，就使用即時動態(tài)測量。

如圖1所示，對面井場是21-426井場，位于兩山梁中間低洼溝咀區(qū)，4G移動網(wǎng)絡(luò)信號無法覆蓋，井場無信號，無法進(jìn)行GPS定位，即采取即時動態(tài)測量。具體實施如下：

（1）選擇與本井場可視范圍內(nèi)直線距離約為2km高處有4G網(wǎng)絡(luò)信號的點，作為臨時控制點，并測出該點坐標(biāo)。

（2）臨時控制點布設(shè)2臺移動站，其中一臺調(diào)整參數(shù)設(shè)置為電臺模式基站，另一臺調(diào)制設(shè)為電臺模式移動站，如圖1所示。

圖1 臨時控制點

（3）校準(zhǔn)該電臺移動站，以臨時控制點坐標(biāo)參數(shù)為校準(zhǔn)點校準(zhǔn)測量設(shè)備，此時注意，臨時電臺基站不可移動。

（4）帶電臺移動站去21-426井場進(jìn)行井口坐標(biāo)測量，得出準(zhǔn)確坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

（5）得出數(shù)據(jù)某井一（4 108 969.085，36 502 308.107，1 546.838） 往 年 坐 標(biāo) 數(shù) 據(jù)（4 108 969.20，36 502 308.09，1 546.85）；某井二（4 108 966.564，3 6502 306.080，1 546.842）往年坐標(biāo)數(shù)據(jù)（4 108966.37，36502306.26，1546.85）……等。

2）吳平14井場，某鉆井隊老井場回鉆，由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶與通信公司糾紛，剪斷附近信號塔通訊電纜，導(dǎo)致井場無信號。即采取電臺測量，具體實施：

（1）選臨時控制點，耗時1個多小時，終于在井場右側(cè)3km高處找到一處有網(wǎng)絡(luò)信號點，作為臨時控制點，并記錄坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

（2）調(diào)設(shè)電臺模式，設(shè)置電臺基站和移動站，并校準(zhǔn)移動站，離開此點，去井場測量所需坐標(biāo)。

（3）井場正常測量，并錄取正確坐標(biāo)數(shù)據(jù)，做好記錄，如圖2所示。

圖2 井口測量

（4）測量得到某水平井井口坐標(biāo)（4 091 571.693，36 514 938.634，1 437.521），2013年正常網(wǎng)絡(luò)所測坐標(biāo)為（4 091 571.79，36 514 938.64，1 437.40）；如圖3所示。

圖3 井口復(fù)測

3）王洼子油區(qū)應(yīng)用。由于王洼子油區(qū)在陳蒿灣基站控制點輻射范圍之外，以至于流動站在王洼子油區(qū)無法接收到有效數(shù)據(jù)，導(dǎo)致坐標(biāo)數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，無法測量。因此有必要在王洼子油區(qū)選取一點作為永久控制點，選取24-76井場院子一固定點，利用指揮中心控制點，測出該點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并對該坐標(biāo)進(jìn)行校驗核準(zhǔn)。長期保留此坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以便后期架設(shè)基站及校驗流動基站。

4）井位測量中應(yīng)注意的問題和對策，由于RTK測量精度受衛(wèi)星分布精度因子和數(shù)據(jù)鏈性能的影響，而且各個觀測值都是獨立觀測的，所以正式測量前必須測其他已知點，對測量結(jié)果進(jìn)行對比，以判斷參考站和流動站各個參數(shù)設(shè)置是否正確以及數(shù)據(jù)鏈通訊是否正常，確保觀測成果的可靠性，也就說通常說的校準(zhǔn)設(shè)備參數(shù)。障礙物極易對RTK數(shù)據(jù)傳輸鏈路產(chǎn)生干擾，例如山峰丘陵等，油田中存在的大沙梁就會造成數(shù)據(jù)鏈傳輸信號的額外衰減。針對這種問題，有兩種解決方式，一種是將參考站架設(shè)立在測區(qū)中央的高點，如果沒有高點可通過搬站的辦法來解決，把參考站轉(zhuǎn)移到適合作業(yè)的范圍內(nèi)；另一種是通過把流動站中的天線升高，進(jìn)而提高接收信號的強(qiáng)度，注意避免由于電臺電量不足而造成性能下降。控制點稀少或者較難到達(dá)的地方，從便捷RTK測量成果檢核與預(yù)防作業(yè)盲點出現(xiàn)的要求出發(fā)，應(yīng)在測區(qū)內(nèi)存在的環(huán)境不良的區(qū)域增加控制點。

5 結(jié)束語

隨著我國GPS全球定位系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，在我國多個領(lǐng)域已經(jīng)有所應(yīng)用，推動了我國社會的進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的增長。GPS在油田井位測量上的應(yīng)用，不但能夠減少數(shù)據(jù)資料的計算和處理過程中人為原因造成的錯誤，還可以減少工作量，提高工作效率，但GPS使用的過程中，應(yīng)與實際情況進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而提高油田井位測量的準(zhǔn)確性和正確性。