RTK定位技术与全站仪导线测量在山区石油地震勘探中的联合应用

马进军

[摘要]介绍在孙吴嘉荫盆地沽河地区,采用GPS实时动态测量(RTK)技术与全站仪极坐标放样相结合进行山区地震勘探测线放样的施工情况;对施工方法的可行性进行探讨。

[关键词]实时动态测量(RTK)全站仪极坐标放样山区地震勘探测线放样

中图分类号:TP7文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1120102-02

一、前言

山区石油地震勘探测量作业,由于受到地形、气候、森林覆盖等诸多因素的影响,使测量精度、作业速度都受到很大限制,单一的测量方法很难保证测量成果的质量及作业施工进度。大庆钻探工程公司物探一公司于2009年7月至9月在孙吴嘉荫盆地沽河地区进行二维地震勘探测量施工,工作中采用RTK定位技术与全站仪导线联合放样的方法在山区布设地震勘探测线物理点,有效的解决了这一困扰石油物探测量界的棘手难题,总结出一套适合山区地震勘探测量的方法,为山区地震勘探推广该技术积累了经验。

二、RTK定位技术与全站仪测量的工作原理

(一)作业工作原理

实时动态测量RTK(Real Time Kinematic)技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时快速地获得测量点的三维定位坐标值。在RTK作业模式下,基准站接收机架设在已知坐标的参考点上,连续接收所有可视GPS卫星信号。流动站接收机在初始后,通过无线数据链接收来自基准站的载波相位观测值、伪距观测值等数据的同时也同步观测采集GPS卫星载波相位数据,通过系统内差分处理求解载波相位整周模糊度,实时求算出流动站厘米精度级坐标和高程。而全站仪虽然属于电子测量设备,除了受测站互通视环境影响外,使用范围还是比较广,是一门比较成熟的测量定位技术。它的工作原理是在测站上架设仪器,通过测角、测边确定测量点的位置,或直接测量待定点的坐标值,是常规的三维极坐标测量方法。

(二)测量坐标系统转换

GPS卫星观测的坐标系统为世界大地坐标系(WGS-84),而地震勘探中使用的是国家大地坐标系(BJ54坐标系)。由于WGS-84坐标系与国家大地坐标系之间存在着平移和旋转关系,在实际应用中,将BJ54坐标系的一些已知点纳入GPS控制网。利用这些公共点,它们同时具有WGS-84坐标和BJ54坐标,这样可以确定转换参数(3个平移量,3个旋转角和一个尺度比),并检核BJ54坐标系成果的相容性。

全站仪测量不涉及到参数的转换问题。

三、测区条件及工作任务

(一)测区条件

工区ZH04﹣1线北部大约20公里为沿江平原,交通和测量条件较好。ZH04﹣5线沿逊河布设大部分在农田地中,而且多段穿河,其它测线也尽由大面积的森林覆盖,树木以落叶松、桦树和柞树为主,由于山间冲沟发育,灌木丛生,车辆通行困难,交通极不方便。ZH04﹣2线东部到乌底河边,西部穿2公里原始沼泽,测量条件极差。工区地势起伏大,呈断阶趋势,南部山区高程为400米左右,北部江边高程为100米左右。工区冲沟发育,形成沾河、逊河、乌底河汇入黑龙江,造成车辆通行极为困难。

(二)测量任务及精度要求

石油地震勘探测量的主要任务是:依据地震勘探设计,采用卫星定位RTK技术和经纬仪导线两种测量方法,将石油地震勘探测线(测网)的物理点放样到实地,为地震勘探野外施工、资料处理及解释提供符合要求的测量成果和图件。物理点平面精度根据成图比例尺而定,基本上与地形点的精度相同;高程中误差控制在±1m以内。

物理点放样误差沿测线方向不超过道距(两个相邻物理点间的距离)的1/10,垂直测线方向的偏差不超过±50m,在此范围内,根据地震勘探的要求确定每一个物理点的具体位置;然后测定每一个物理点的坐标和高程。也就是说,物理点是以设计测线为轴线,以一个条带形式进行布设。

四、施工过程

(一)控制点布设情况

根据工区概况和已知三角点的分布情况,在工区周边选取均匀分布的四个已知三角点,同时在工区中部选取视野开阔地势较高处布设2个加密控制点参与GPS网观测,并命名为ZHJ01和YFC。

另外根据测线分布情况,利用其他经检核的差分点布设加密控制点15个,点位选择在交通便利、通视良好、地势开阔、远离干扰源的工区中间制高点上。

(二)施工作业方法

1.首先通过静态测量的方式观测已知点,建立一个GPS网,通过该网求得该区块的坐标转换参数及加密控制点成果,加密的控制点用于RTK放样时的参考站。

2.由于本工区大部分为山地林区,耕地极少,为了能保证测量工作质量,提高工作效率,因此采用GPS实时动态(RTK)测量、全站仪极坐标放样测量联合作业的方法放样物理点,并记录其坐标和高程。

(三)设备及人员投入情况

1.仪器设备投入情况。Leica530 GPS接收机6台套(其中2台套做参考站),Leica 1102型智能全站仪2台套。

2.人员投入情况。技术人员10人,测量工38人(其中清障12人),司机6人。

分为两个大组,每组配1个参考站组,1个流动站组,1个全站仪组,由清障组配合施工。

(四)施工中存在的问题和解决

在山区施工由于受到多种因素的影响,具体作业时应注意以下几个问题:

1.由于山区地表条件的限制,电台信号传输距离有限,有时还会出现电台信号盲点,在施工过程中要提高参考站和流动站电台天线架设高度,并适当增加中继站。

2.高山峡谷、森林等地段能接收到的卫星数目有限,注意卫星预报,以选择最佳观测时间。

3.在山区由于植被茂密GPS卫星信号被遮挡情况多,容易造成信号失锁,采用RTK测量时有时需要重新初始化,为了保证定点精度,需要增加观测时间,在初始化完成2分钟后开始测量数据。

4.为解决森林树叶茂密,RTK定点困难无法为全站仪导线提供充足控制点的问题,每天收工前,RTK组可采用静态测量方法为全站仪导线准备次日工作控制点。

5.由于测区地形比较复杂,控制点间距离较近,RTK测定控制点时要将对中杆气泡居中,测站前、后视的觇标要用角架架设,且觇标的标志要明显、清晰。

(五)质量控制

1.RTK测量的质量控制主要是两个方面:一是物理点的放样位置必须在地震勘探规定的范围内,可通过在控制器中设置放样点点位允许偏差半径来控制;二是RTK的测量精度,可依靠仪器提供的CQ值来进行判断,CQ值是根据卫星条件及信号质量计算的点位理论精度,基本上能反应点位的实际精度。用户可根据需要设置CQ值,地震勘探作业一般要求设置在0.1以内,作业时控制器中的软件根据用户设置的放样点允许误差半径和CQ值进行判断处理,符合要求后显示并记录结果,若达不到要求则无法进行记录,这就保证了点位质量达到实时控制。

2.全站仪导线测量的质量控制:(1)放样过程中控制物理点的放样范围。(2)施测前必须对测站和方向站的距离(或坐标)与高程进行检核,如果S>2㎝或者△h>2㎝就要注意检查,如有必要则重新用RTK测量控制点。(3)全站仪导线长度不易过长,应控制在小于等于5公里,适当增加检核点数量,全站仪放样物理点检核小于3米,否则重测。(4)内业资料处理控制导线技术指标。

五、任务完成情况及施工质量

本工区完成二维地震生产测线5条,其中南北方向线1条,ZH04﹣1,公里数62.80㎞,东西方向线4条,ZH04﹣2、3、4、5,公里数97.44㎞,工区检波点数12025个,炮点数4025炮,总放样物理点数16050个,总公里数160.24㎞。

RTK放样物理点数:11364个,占总点数的70.8%。

全站仪极坐标放样物理点数:4686个,占总点数的29.1%。

(一)物理点放样质量

由于地面障碍物的原因有11个特殊点。

物理点放样误差:

RTK放样物理点最大偏移0.98米,物理点观测精度(CQ)最大值0.09,限值0.1。

全站仪极坐标放样点位误差最大为1.57米。

(二)物理点复测检核情况

为了保证野外物理点放样准确,每天施工前、接收机或手簿内的数据或参数更新后,都要对物理点或单个的控制点进行复测检核,验证参数和数据的准确性。

物理点复测情况如下:

复测点数:380个;复测率:2.386%。

物理点复测最大误差:Δx=﹣0.46m,Δy=﹣0.42m,Δh=﹣0.60m。

测量中误差:Mx=±0.084m,My=±0.093m,Mh=±0.084m。

(三)测线端点与设计坐标较差情况

测线端点实测坐标与设计坐标较差统计表

测线端点实测坐标与设计坐标较差:

Δx最大﹣0.17 m

Δy最大﹣0.28 m

通过以上数据分析表明,本工区二维地震勘探所放样的物理点的点位、高程,准确、可靠,完全达到了测量技术设计和测量规范要去。

六、结论

通过这次山区施工,我认为使用GPS实时动态测量(RTK)与全站仪导线相结合放样物理点是完全可行的。利用RTK精确测量得到的控制点,完全能满足全站仪导线对控制点质量的要求。采用RTK与全站仪相结合,能充分发挥两种仪器的优点,弥补彼此的不足,有效提高工作效率,降低生产成本,为后续地震生产提供可靠的测线成果资料。

参考文献:

[1]徐绍铨等,GPS测量原理及应用(修订版)[M].武汉:武汉大学出版社,2005.

[2]谢世杰、奚有根,RTK的特点与误差分析[J].测绘工程,2002,11(2).