探索GPS在非洲大漠油气转运站施工中的应用

李 明 孟祥宁 薛小强 刘 伟

天津大港油田集团工程建设有限责任公司 天津 300272

探索GPS在非洲大漠油气转运站施工中的应用

李 明 孟祥宁 薛小强 刘 伟

天津大港油田集团工程建设有限责任公司 天津 300272

GPS测量是现代工程施工中普遍采用的一种测量方法，可覆盖全球准确定位。主要阐述了针对西非大漠区域内一座油气转运站施工中所采用的一种GPS测量方法，分别从GPS测量的必要性、改进方法及改进方法的优点等方面进行了论述。

GPS测量 坐标系统 坐标转换

天津大港油建公司承建的尼日尔AGADEM油田地面建设工程属大型油气转运站工程。该工程位于西非大漠尼日尔GOUMERI地区，地处撒哈拉沙漠腹地，方圆百里无任何已建构筑物。该工程主要包括CPF（中心油气处理设施）一座和OGM（油气集输区）四处，其中CPF站规模为339m*400m，内含20000m3罐体两座，2000m3罐体三座，1000m3罐体一座和500m3罐体两座，综合办公室、能源控制间各一处，钢桩及混凝土型设备基础若干，涉及测量点位多达上千。而该工程属区域内新建工程，周围无任何已有建筑可做参考，所以必须采用GPS全球定位，以满足基础测量之施工需求。

1 GPS的应用

1.1 GPS定义

GPS是英文Navigation Satellite Tim ing and Ranging/Global Positioning System的缩写,全称为“授时，测距导航系统/全球定位系统”，它是利用卫星发射的无线电信号进行导航定位，具有全球性、全天候、高精度测量定位功能。

GPS定位一般分为静态定位和动态定位，目前国内基础设施建设施工均采用动态定位，尤其是实时动态（Rcal Time Kinematic——RTK）测量系统，测量简单，便于操作。

1.2 GPS功能

目前，GPS测量已经得到了全球性认可，具有如下特点：

（1）全球地面连续覆盖；

（2）高精度定位；

（3）施工测量观测简便。

根据工程实际需要，我们沙漠施工现场采用美国天宝公司生产的Trimble TSC 2型GPS进行实时动态测量。

2 图纸标定的GPS测量方法

根据华东地质勘查设计研究院提供的地质勘查报告，CPE设计要求使用GPS进行WGS-84大地坐标系统全球定位，组织现场测量。

2.1 坐标转换

图纸提供了待建CPF站两个角点的施工相对坐标，即西南角坐标 A=0.00，B=0.00，东北角坐标 A=339.00，B=400.00，同时确定了与其对应的WGS-84大地坐标（X和Y值）。另外，华东地质勘查设计研究院在CPF站外围确定了四个基准点并提供了对应的WGS-84大地坐标。而图纸标定的站内各种待建构筑物基础坐标全部为施工相对坐标（A、B），即相对于站内零点坐标。同时，图纸提供了针对该工程施工测量的坐标转换方法，即施工相对坐标与WGS-84大地坐标的转换方法，如下：

（1）施工相对坐标换算为WGS-84大地坐标:

式中，X0、Y0和α为固定数值；Ap、Bp为图纸中涉及的基础施工相对坐标，图纸标定；Xp、Yp为WGS-84大地坐标，一般需要利用上述公式进行换算求解。

2.2 初始GPS识别

GPS出厂时设置任务自动识别GWS-84坐标，对于其他人工后期编制的坐标需要人工设置并校正后方能识别。而本工程中除了华东地质勘查设计研究院特别针对CPF提供的四个基准点和设计图纸标定的CPF两个角点的大地坐标外，其余站内涉及的所有构筑物坐标全部为施工相对坐标，即A、B坐标。通常我们根据图纸中的公式将施工相对坐标换算成WGS-84大地坐标，然后再将换算后的大地坐标X、Y值键入GPS测量任务内进行测量。但是，大地坐标换算和坐标输入给现场测量施工带来了诸多不便。

2.2.1 坐标换算工作量大

根据图纸提供的公式我们可以将施工相对坐标（A、B）换算成WGS-84大地坐标（X、Y），但是由于CPF站内涉及到的各种构筑物基础坐标多达上千个，换算坐标工作量较大，过多的占用测量技术人员时间，延误现场施工。

2.2.2 换算数值易出现错误

上述公式换算后的大地坐标（X、Y）数值较大，数字冗长并含有小数，其中小数点前7位，小数点后2位。这可能会在换算过程中由于进位等原因出现错误，造成工程测量不准确。

2.2.3 坐标输入量大

由于CPF站内基础坐标多达千个，而每个坐标经过换算后，X值一般为9位数字，Y值为8位数字，这样每个基础坐标至少有17个数字需输入至GPS测量任务内，而上千个坐标点也就需要近两万个数字输入至GPS测量任务的点管理器内。数字量大而冗长难免产生输入错误，影响测量。

2.2.4 测量观测不方便

WGS-84大地坐标（X，Y）是相对赤道的垂直球面距离和本初子午线的距离，是地理上的绝对北方向，而实际工程往往会随着当地风土人情等确定相对的工程北方向（此工程CPF的北方向就与地理北方向呈45°夹角，见图1），这样若继续使用大地坐标测量就会给观测、定位带来诸多不便。

3 GPS测量改进方法及应用

由于施工相对坐标（A、B）换算大地坐标（X、Y）工作量大，易产生误差，甚至错误。而图纸标定的施工相对坐标（A、B）数值相对简单，最多为5位数字，操作简便，易于输机。所以我们努力探寻一种直接采用施工相对坐标（A、B）进行测量的简便方法。

3.1 GPS改进后的测量方法

根据图纸标定的坐标转换方法，我们将华东勘察设计研究院给定的四个基准点大地坐标全部换算为施工相对坐标（A、B），建立以施工相对坐标为基准的新测量任务，直接采用施工相对坐标进行测量定位。

3.1.1 建立新测量任务

针对CPF施工相对坐标，我们在GPS手部内建立新的测量任务并命名，然后打开新任务界面，在新任务界面内进行点输入、工地校正及测量。

3.1.2 坐标换算并输入

根据图纸坐标转换公式将四个基准点坐标换算为针对CPF的施工相对坐标，重新命名并输入至新任务中的点管理器内。另外，将四个基准点的WGS-84大地坐标也对应输入至该任务的点管理器内，并设置为控制点。

3.1.3 启动工地校正

每台GPS均带有工地校正功能，待基准点大地坐标和与之对应的施工相对坐标换算并输入完成后，直接开启“测量”文件下“RTK”功能中的“工地校正”，注意开启工地校正时一定要求大地坐标和换算后的施工相对坐标一一对应。若经自动校正后GPS手部屏幕显示“水平残差”和“垂直残差”均在规范允许误差范围内，则表示该测量任务已经形成并可以在该任务下进行施工相对坐标测量定位；若经过自动校正后屏幕显示“水平残差”或“垂直残差”超出规范允许误差范围，则说明在坐标换算或坐标输入时存在误差甚至错误，必须重新检查换算过程和结果并校核输入数值，直至GPS手部屏幕中“水平残差”和“垂直残差”均在规范允许误差范围之内时方可进行下一步测量定位工作。

3.2 GPS测量改进方法的优点

针对CPF站内施工，采用GPS改进后的测量方法后明显提高了测量速度和测量精度。

（1）设计图纸直接标定了施工相对坐标（A、B），不必再进行坐标转换而可以直接输入至测量新任务内进行测量定位。

（2）施工相对坐标A、B数值相对于大地坐标X、Y数值简单，输入方便。同时，数值小而简单在实际测量时也易于观测，调整。

（3）WGS-84大地坐标（X，Y）是地理上的绝对北方向，而施工相对坐标是根据实际工程而确定的相对北方向，针对单体工程测量定位灵活。

（4）由于图纸标定了A、B值，可直接根据图纸坐标进行输机并测量，缩小了错误几率。

（5）此方法还可现场及时对应测量。现场如需CPF站内某指定点（非图纸给定）的坐标，则可以直接将GPS移动站置于该点上，启动“仪器”中“位置”程序，待移动站调平后即可读数，直接读取该点的施工相对坐标，快捷，简便。

3.3 GPS测量改进方法的弊端

该方法是针对现场实际工程而探索的一种测量方式，其观测的施工坐标数值只相对于新建任务内A=0.00，B=0.00点的坐标，而非X、Y值的全球定位坐标。

4 结语

对于我们大港油建正在施工的CPF站工程，全部测量点均涵盖在了华东地质勘查设计研究院提供的基准点范围内，完全可以采用此方法进行测量定位。实际测量施工也证明该方法是可行的，提高了测量定位速度，节省了时间。同时，采用此方法缩小了错误出现几率也减小了测量误差，整个CPF站内测量定位没有出现偏差，创造了效益，赢得了口碑。

1 《尼日尔AGADEM油田岩土工程勘察报告》

2 《测量学》高井祥、张书毕等主编

3 《测量与工程测量》程新文主编

4 《CPF总图》 CPE

5 《工程测量》 王霞主编

TE682

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1672-9323（2012）05-0092-03

2012-06-14）