物探测量数据质量管理体系建立的方法探讨

2014-04-14王晗

吉林建筑大学学报 2014年1期

王晗

(大庆钻探工程公司地球物理勘探二公司测绘中心,松原 138006)

随着国内市场的进一步完善和扩展,物探行业的规范不断细化,勘探施工的标准逐步提高,对技术人员的素质和能力也提出了更高的要求.这些要求在物探测量工作上主要表现在空间数据质量优秀与否,精度是否提高等生产质量要素上.因此,物探测量工作必须通过制定合理有效的外业数据采集工作方法,对施工工序和施工工艺进行质量控制,对所得数据成果进行评价,以保证得到质量合格的空间数据文件.

1 外业数据采集管理方法

1.1 对测量人员的管理

在外业工作前,召开专门讨论待测地区测量情况外业工作会议,使测量人员明确此次测量的任务、目的、外业工作计划及使用仪器的状况.在此基础上，组织两人以上的小组进行组内自检和组间互检,发现问题要立即停止作业，与现场工程师及时沟通.在现场工程技术人员指导下,GPS操作人员方可继续施工.

1.2 对测量设备的检查

为了观测工作的顺利进行,出工前要对测量仪器进行检验,做到“人手一机,心中有数.”检验步骤与方法如下:

(1) 对定位误差进行检验. 引起定位误差的原因较多,主要有接收机钟差、信号通道时间迟延、延迟锁相环误差及机内噪声等因素.检验时首先用零基线法检验GPS接收机内置的功率分配器,合格的功率分配器能将同一卫星天线输出的电磁波分成相位和功率相同的两路信号送出;然后进行双差处理,求得观测数据的坐标增量,计算出的固有误差值在规范接受的范围内的仪器即为合格仪器；

(2) 对GPS天线相位中心稳定性的进行检验. 检验时将两台GPS接收机分别安置于基线的两个端点上,确保GPS天线精确对中,保证对中误差小于±1 mm,定向指标线指向正北,观测一个时段后,交换基线两端的接收机和天线再观测一个时段.再在与此观测基线垂直的基线两端分别各观测一个时段.保证各时段的坐标差和基线长度误差都在接收机标称精度的两倍以内[1].

1.3 规范外业观测方法,明确观测数据质量要求

观测工作是GPS测量的主要外业工作.观测记录质量的好坏直接决定着空间数据成果的优劣.所以为了得到精确的物理点源数据的坐标值和属性信息,我们就必须学习GPS操作理论,研究施工技术,分析影响接收机工作的诸多因素,制定出一套相应的操作规范和现场处理方法.在外业操作中应做到以下几点:

(1) 首先利用Matlab软件对近期的GPS广播星历进行编辑和解算,模拟仿真出GPS星座模型;再通过已知测区内某一测站的概略坐标,得出某时刻以后在卫星高度角大于15度的范围内的卫星数量和位置信息,通过遍历组合选用GDOP值较低的卫星星座;最后绘制出以时间为横轴,卫星数量为纵轴的星历预报曲线,时间轴每两个小时作为一个刻度单位.该卫星预报星历曲线图应每月更新一次.通过卫星预报星历曲线,便可以选择卫星状态好的时间段开展工作[2]；

(2) 无论是绝对定位还是相对定位,都应在PDOP值小于6.0的条件下进行观测工作.PDOP值是搜索到的卫星星座与观测站所组成的几何图形的空间位置因子；

(3) 选择最佳的观测时段进行观测,应保证此时搜索到的卫星多于4颗,且分布较均匀,且观测时段内绝不允许停止观测；

(4) 进行良好的观测区域的设计和划分. 当工区的范围较大、涉及的点数较多且参与观测的接收机数量有限时,可进行分区观测.但必须保证相邻分区设置的公共点数量大于3个.

1.4 建立一个稳定、高效、可靠的工程控制网

工程控制网的作用是控制全局,提供基准和控制测量误差积累,一个好的工程控制网可以提供工程范围内统一的空间参照框架,为各项测量工作提供位置基准,满足工程建设不同阶段对测绘质量、进度和费用等方面的要求.在生产实践中,石油物探GPS控制网都是通过定位控制点组成控制点间关系来建立的.为保证控制网数据的合格可靠,观测方法和观测质量必须满足如下要求:

(1) 将GPS接收机分别安置在一条或几条基线的两个端点上,同步环观测必须做到时间上同步开始和结束接收卫星数据；

(2) 保证同步观测的卫星数达到4颗以上,且观测时间在1 h～2 h之间.如果工区范围较大,基线较长,观测时间相应追加；

(3) 在静态观测结束后,要将数据导入装载测量软件的计算机,对数据质量进行分析,舍去不符合要求的卫星数据,剔除接收率低的测量时段.如发现某一控制点某时间段内数据质量未达到要求,要对该点追加观测1 h以上,追加观测点的成果放在异步环平差阶段参与解算；

(4) 平差后求解的控制点坐标如与已有测量成果相差较大(按照石油物探测量规范,标准是X≤0.5 m,△Y≤0.5 m,△H≤1.0 m),原则上要将该点剔除，如此点位置重要，要将该控制点与最少两个卫星数据可靠的控制点同步追加观测；

(5) 为了方便检查测量成果的质量，我们要优先选取国家二等以上控制点进行观测工作.

1.5 提供满足施工要求的测量成果

召开包括甲方代表、监督机构和工程技术人员在内的资料验收会,对提交的资料和工区设计进行讨论、审核.

物探测量施工中需要的测量成果应包括以下内容:

(1) 外业原始记录(包括GPS接收机的各种参数和GPS点之记)；

(2) 参与联测的国家大地控制点的点名、编号、等级和代码等资料；

(3) GPS控制网平差结果(包括解算的同步基线三维向量、实测边长及对比精度；各基线向量改正值；基线自身相对中误差值;各控制点点的三维空间直角坐标及对比精度;各控制点在WGS-84坐标系下的大地坐标及对比精度;各点在北京54坐标系下的大地坐标及对比精度;各控制点自身的误差椭圆参数等)；

(4) 放样的物理点的数据(包括接收机内原始的job文件、DC文件;放样的物理点的三维坐标数据;由障碍物引起的变观的激发点的数据;为绕过障碍物而进行偏移的接受点的数据,每天放样的工作量统等)；

(5) 观测工作的技术总结和数据处理的技术总结.

2 对施工工序和施工工艺进行质量控制

2.1 施工工序的质量控制

施工工序质量控制工作的基本组织形式与流程如下:

(1) 生产阶段的检查验收. 空间数据生产过程中执行“两级检查,一级验收”制度,即过程检查,最终检查和全局验收.过程检查由生产单位的检查人员承担;最终检查由生产单位的质量管理机构负责实施;全局验收工作由生产单位具有检验资格的检验机构负责实施.各级检查和验收工作必须独立进行,不得省略和替代；

(2) 入库检查. 入库检查采取两级流程，抽样详查与全数概查相结合的方式进行.具体做法是将上交数据分批进行抽样检查和质量评定,评定结果以批为单位标定为合格品或不合格品,对批质量检查不合格数据进行全数概查,并对全数概查的所有数据分别进行质量评定.入库检查验收的质量要求:① 各生产单位上交的成果数据应符合《石油物探测量规范》的要求;② 上交数据的存储介质、目录组织、数据格式等必须正确无误;③ 与成果数据一同上交的文档资料包括技术总结、资料清单、生产单位的检查验收报告、质量监督检查报告及项目监理报告等必须完整.

2.2 施工工艺的质量控制

在施工工艺方面主要将检查重点放在以下几方面上:

(1) 完整性和结构一致性. 对于上交的数据要做到文件命名规范、数据格式一致、数据层完整、数据的数学基础合理、拓扑关系完整、属性表完整.同层数据之间逻辑关系简洁清晰,结构独立；

(2) 图形精度. 上交数据要做到具有备用多余要素，避免要素遗漏;保证几何位移不超限;对结点错误、线段错误、多边形错误及时纠正;图形要素综合取舍得当；

(3) 属性精度. 对于数据整体要做到属性要素分层正确,层间地物相同属性值域一致,属性与属性间各项逻辑关系一致;相同属性值要素之间要连通,检查水系的代码和名称是否正确,道路交通系统编码是否正确,境界数据是否正确及其他属性项是否正确；

(4) 地物间要素关系一致性. 这方面要特别注意水系与等高线区间的关系,水系与河流编码数据的关系,村镇与附近公路的关系,村镇与村镇的关系,公路与其途径村镇的关系，公路与铁路的关系,公路与骨干交通网的关系,公路与其附属设施的关系,公路与水系交通网的关系,多山地区公路与骨干交通网的关系等，这些地物要素都要与所测工区的自然状况相符；

(5) 数据更新. 更新要素时要保证整体要素完整,保证更新要素的属性正确,关系合理.

3 对数据质量进行综合评价

为了加强质量管理,提高质量意识,要按照任务批次,对测量单位进行数据质量综合评其对价.对数据实行合格批和不合格批定制，把每一个施工质量缺失按数据质量影响的程度进行考评,并以此为标准划分出严重缺陷因素、重缺陷因素、和轻缺陷因素.我们总结出的一套实施方法就是将每一个等级的缺陷进行相应的质量扣分.以每一天划为一个单位,每天都要检查并汇总出当天数据中出现问题的类型和数量,扣除相应的质量分,然后再按质量得分评定出当天的采集成果为合格品或不合格品.

对数据进行质量综合评价更直接地说就是抽样，质量评定；再抽样,再评定.不断将此过程反复地循环进行,直到整体数据合格率达到入库要求.抽样的方法常用的有简单随机抽样和分层抽样.简单随机抽样，即按照随机原则直接从总体中抽取样本构造统计量,而对总体对应的指标做出统计推断.常用到的是抽签法和随机数表法；分层抽样,这种方式是先将总体按照一定的标识进行分层,然后在各层中按简单随机抽样抽取若干个样本,再由各层的样本组成一个总体样本.例如将数据按照桩号分层,将进山出山的桩号划为一层;河流,水库、鱼池水面冰面上的桩号划为一层;大型林带中的数据划为一层;大型城镇划为一层等.在此基础上，运用适度分配的方法,将数据波动程度较小的样本层中按照随机抽样取样，将数据波动程度较大的样本层中按照比例分配法取样,在地物比较复杂的区块多取样进行分析.这样即能得到比较科学、公正的工区数据评价标准.

空间数据质量检查常用的技术方法主要有以下3种:

(1) 程序自动检查. 通过设计模型算法和编制计算机程序,利用空间数据的图形与属性,图形与图形,属性与属性之间纯在的一定的逻辑关系和规律,检查和发现数据中存在的错误;

(2) 利用质量检查程序进行自动检查. 根据项目情况设计合适的算法模型，在建模的基础上编制相应的操作程序，该程序要具备能够根据空间数据的图形与属性间，图形与图形间，属性与属性间存在的一定的逻辑关系和规律，评定和发现数据缺陷和错误的功能[3];

(3) 人机交互检查. 在数据检察人员的参与和指导下，将数据精确划分，再利用质检程序分步，分级的进行检查.完全利用质检程序进行数据检查的弊病是数据的很多方面靠程序检查不能完全正确的质量分级,但程序检查能将有偏差的地方搜索出来,我们就通过程序将可能出现问题的数据段缩小范围或精确定位,,再由人工进行质量分级，保证数据的可靠性;

(4) 人工对照检查. 完全有质量检查员应用数据表格或可视化图形对原始数据进行核对，，判断检查内容的可靠性，对不合格产品进行人工评级，这种方法具有分级准确，检查结果逻辑关系完整的优点，且易于检查操作，但对于较大型项目就要付出大量的人工成本.

上述检查方法各具优势,根据不同情况,选择合适的方法,大多时候这些方法需要组合使用.我们就要在深入的研究和分析数据后,结合生产工艺流程、工区的各种图幅资料及甲方对于数据质量的要求,提出影响数据质量的各项数据的质量因子和指标,并针对每一项质量因子,确定可操作的检查方法.

根据中石油陆上物探测量规范和物探测量监理规范，把检查验收的检验批不合格判定比例设定为为5%,也就是说如果样本中不合格品数小于抽检样本总数的5%,则判定该检验批次合格,否则即为不合格.并要进行循环检查和评定，要把第一次抽检合格的数据进行下一阶段的全数概查,在全数概查中如果发现不合格品数累计大于5%时,第一批次的抽检就划定为不合格抽检，该批次检查样本同样判为不合格数据,要将该批次重新抽样检查.直至整个项目所有批次的数据都通过了全数概查和整体质量评定，才能判定为合格项目.在这项检查工作中，要注意保证只有首次检验为合格的检验批,才可以进行后续的全数概查与修改[4].