山地长线二维控制网布设方法研究

陈端良 王永强 庞卫平 刘金萍

(胜利油田物探公司仪器管理中心 山东东营)

山地长线二维控制网布设方法研究

陈端良 王永强 庞卫平 刘金萍

(胜利油田物探公司仪器管理中心 山东东营)

控制网的实施是物探测量施工的第一道工序,控制网的设计布置、实施的好坏,直接决定着测量施工的成败和效益。文章对于山地长测线二维工区GPS控制网的设计进行了研究探讨,提出了具体方法,并在保证质量要求的前提下以最经济为原则进行了实施细化,大大减少了工作量,取得了良好的经济效益。

物探测量;GPS控制网;长线二维

0 引 言

随着物探市场的发展,勘探任务日趋紧张,勘探工区的地形越来越复杂,工区的形状也随之复杂多变,由原来的规则形、方形,逐渐变为不规则形、长形甚至是单条测线,使得工区的GPS控制网布设工作越来越困难,特别是对于长测线二维工区,按照常规的GPS控制网测量方法已很难达到物探测量精度的要求。另一方面,长测线施工过程中由于人员过于分散,互相之间的联系极为不便,很难预料各个施工点的成败,这就非常有必要针对这种特殊的工区形状设计出切实可行的GPS测量方案,以满足当前这一特殊工区的测量需要。

1 长线二维GPS控制网设计方案

所谓长线二维,是依据测线工区的平面形状和控制测量的方法定义的,是指窄而长的工区,也就是长与宽悬殊比较大的工区,如宽只有几十米或几百米,而测线长度达到几十公里乃至几百公里等。而在物探测量中,则表现为超长的测线,这些测线或单条独立存在,或多条互相平行,但都表现为横向与纵向特别的悬殊。

对于规则的、方形的工区,我们可以参照图1所示的网形进行GPS控制网的布设。

在规则的、方形地形的工区,测量的GPS边长长短悬殊一般不大,可以按照2 km～8 km的间隔布设控制点,网型比较均匀,因此全网的精度比较均衡,精度较高,一般可达到几厘米,并且有一个或多个异步环,可以对GPS网点的精度进行检核。而对于狭长工区,如果仍按照常规方法测量,那么在测量的过程中可能会出现一些问题,如GPS网的边长悬殊太大,因为没有良好的图形结构,短边与长边就会互相影响,GPS控制网的精度极不均匀,极易发生网型的扭曲,使得测量精度降低,有时候就满足不了物探施工的测量精度要求。

图1 规则的、方形的工区GPS控制网设计图

根据工区的特点及GPS控制网的布设精度要求,针对狭长的工区,我们首先要采用先主后次的布设方法,如图2所示。即先对整个工区进行全局布设控制,逐点进行测量,然后再根据施工需求进行加密控制。这样整体网形虽然过长,有些边长悬殊较大,但是从控制测量的角度来看,整体控制网形较好,不易引起整网扭曲。依据工区的地形特征,我们采用分级布网的方案,即首先建立骨干网,然后逐级进行灵活发展点。在建立控制网的过程中,首先选取工区内原有国家控制点及待定点进行首级控制测量(测定骨干网),在施工的过程中,再以这些点位作为基准点进行加密控制(发展点)。

2 长线二维GPS控制网布设方法的论证

2.1 递推测量、分区处理

这种测量方法就相当于把原网分成两个或多个子网,为了使整个工区有机地统一起来,各子网之间通过设置公共点互相联接。各子网的测量与处理按照规则的、方形地形工区GPS控制网的布设方法进行。这里的关键是各子网之间测设的公共点,因为各子网采用的是不同的起算数据,因此公共点在不同的子网中会有不相同的坐标值,这是由原国家控制网的测量误差和本子网的测量误差所引起的,是不可避免的。根据《石油物探测量规范》第7.6.3.4条[1]:“不同起算点测算的重合点,互差要求小于0.6m”。在此种情况下,依现在GPS设备测量精度达到厘米级的情况,只要选择适当的起算数据,测量成果可满足此项要求。采用这种测量方法,最终将各子网通过重合点连接,各子网之间的误差互不传递,从而可提高整个测区的测量精度。

2.2 分级布网、逐级控制

根据工区的特点及测线的布设,尤其针对狭长的工区,首先想到的是先主后次的布设方法,即先对整个工区进行全局布设控制,逐点进行测量,然后再根据施工需求进行加密控制。这样整体网形虽然过长,有些边长悬殊较大,但是从控制测量的角度来看,整体控制网形较好,不易引起整网扭曲。依据工区的特征,我们采用分级布网的方案,即首先建立骨干网,然后逐级进行灵活发展点。在建立控制网的过程中,首先选取工区内原有国家控制点及待定点进行首级控制测量(测定骨干网),在施工的过程中,再以这些点为基准进行加密控制(发展点)。

3 长线二维GPS控制测量方法的运用[2～6]

胜利物探2232队承担雪峰隆起及周缘地区二维勘探项目时,工区设计测线只有一条,跨越四川省、重庆市东北部、湖北省西南、湖南省西北部,测线长达250多公里,属于典型的山地长线二维。依据该工区的特点及测线的分布情况,在建立首级控制网的过程中,我们将其分为两个子网(宣汉-桑植1、宣汉-桑植2)进行控制测量。在数据处理过程中,首先采用分区域处理方法进行处理,然后进行控制网的联合处理。在网平差处理中,对宣汉-桑植2段控制网单独处理,首先在WGS84自由平差,各项精度指标符合要求后,然后利用大堡(db)、三窝凹(swa)和狮子岩(szy)三个已知国家三角点求取七参数。其平差计算结果和宣汉-桑植1对比见表1。

图2 长线二维雪峰隆起及周缘工区GPS控制网设计图

从联测点的较差情况来看,赶场(gc)一点高程较差较大,远远超过规范要求。由此,在两个控制子网自由网平差的基础上,将宣汉-桑植2段控制点和宣汉-桑植1段控制点联合进行平差计算:以所有基线组成闭合图形,以三维基线向量及其相应方差协方差阵作为观测信息,在WGS-84坐标系统下,采用缺省参数、各观测值交替纯量加权方式进行GPS网的无约束平差。无约束平差各项质量指标符合要求后,固定B级WGS84点西达69进行GPS网的约束平差。从比较情况来看,各点平面坐标符合较好,高程较差除xd69一点比较大以外其余各点较差均在1m以内。西达69(xd69)位于控制网最西端,属于联测的高等级GPS点,在求取其海拔高程时采用的是分布在测线附近的国家控制点,求取精度较差,但不影响其它点的求取精度。从两种处理方案的结果比较情况来看,两段联合处理的成果远远优于分段处理的成果。

表1 宣汉-桑植1、2公共点单独平差结果对比表

4 山地长线二维工区控制测量方法的优缺点及效益分析[7、8]

针对雪峰隆起及周缘地区二维勘探工区特点,如果按照常规方法布设控制点(一般2 km～8 km),就存在一定的问题。首先从时间上分析,如果按照常规方法布设控制网,本工区将新布设控制点约66个,在这样复杂的地域要完成66个控制点的踏勘和布设,这将需要花费相当长的时间。按照当时投入的仪器设备和采集控制点的难度计算,要完成66个控制点原始资料的采集,需要花费15 d～18 d时间。其次,在数据处理方面也会有非常大的困难。第一就是数据量非常大,以66个新布设控制点再加上6个已知三角点为准计算,这样将会生成约300条基线和200闭合环。如此多的基线和闭合环,对于数据的处理和数据的检核将会带来很大的困难,一旦出现数据不合格现象,就要进行数据的补测,工作量大大增加。

在实际工作中,该工区采用上述方法,新布设控制点共19个,联测国家级控制点6个,共用了6 d时间完成控制网布设。该测量方法的提出,大大减少了控制点布设的工作量,节省了大量的财力和物力,更重要是节省了我们宝贵的时间。

在完成主控制网之后,对于控制点的发展加密是必不可少的,特别是对于长线二维工区而言。但是对于发展控制点的合理布设是相当重要的,特别是首次发展点位置的选择。《石油物探测量规范》第7.6.1.3条规定:“参考站的发展不能连续超过3次。”这就限制了发展点连续发展的次数,所以在施工过程中我们要提前研究是否需要发展点。我们可以根据主控制网点位置,提前对首次发展点进行设计,合理选择要发展的点位。在选择发展点时有多种设计方案,若按照图3所示方法发展点,在S01向S02方向逐步施工时,从首次发展点FZ01开始,最多发展到FZ03,当在FZ03点位上架设参考站,FZ03和S02之间距离过远,会出现信号覆盖盲区问题,将无法进行参考站发展,耽误生产。在实际施工期间,若为了一个发展点回到主控点,这不仅浪费了大量的时间,而且影响了施工进度,无形中就增加了工作量。如果采取图4所示方法发展点,我们至少还有两次发展机会,这样不仅节约了时间提高了工作效率,而且节省了大量的财力和物力。

图3 首次发展点靠近一个已知控制点设计图

图4 首次发展点接近两已知控制点中心设计图

5 结束语

本工区GPS控制网布设完成后,经甲方测量专家检查验收,认为该工区GPS控制网设计方案客观实际,点位布设合理,各项质量技术指标均达到《规范》规定。GPS接收机性能良好,观测要求严格,野外采集的数据质量可靠,不含粗差,基线解算及平差使用的软件成熟可靠,平差方法正确,定位精度较高,完全能够满足本工区后续测量施工。该控制测量方法的提出和实施,得到了甲方测量专家的认可和好评。

优化的控制网布设和发展点位的合理加密促进了物探测量整体工作的顺利进行,对于山地长线二维GPS控制网的布设,本次施工探讨提供了一种新思路,皆在为今后类似工区提供一种借鉴。

[1] SY/T5171-2003.石油物探测量规范[S]

[2] 赵长胜.GPS控制网设计与数据处理[M].北京:教育科学出版社,2001

[3] 徐绍铨.GPS测量原理及应用[M].武汉:武汉大学出版社,2003

[4] 沈学标,吴向阳.GPS定位技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2003

[5] 刘基余.全球卫量定位原理与应用[M].北京:测绘出版社,1993

[6] 周忠谟.卫星测量原理与应用[M].北京:测绘出版社,1999

[7] 刘大杰,施一民.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理[M].同济大学出版社,1996

[8] 赵长胜.GPS控制网优化设计与数据处理[A].江苏省测绘学会20003学术年会专辑,2003

P631.3+2

B

1004-9134(2011)01-0066-03

陈端良,男,工程师,1998毕业于武汉测绘科技大学工程测量专业,现在胜利油田物探公司仪器管理中心测绘工程部从事物探测量技术工作。邮编:257000

2010-09-27编辑:梁保江)