油田工程测量精度及有效测量方法

祁万荣

青海省第一地质矿产勘查院

1 基本理论

1.1 测量精度

油田工程测量是指对油田地面工程测量、长距离输油管道测量、油田内部道路测量、油田架空输电线路测量、厂房和站测量、地下探测工程测量等于一体的测量技术，工程测量是油田所有工程建设过程测绘工作的总称，贯穿于油田工程项目建设的全部过程，为项目选址、设计、施工及验收等各个环节提供准确的基础测量数据，服务于项目目标的建设[1]。

油田工程测量精度是工程测量数据准确度的一种标称，它是测量结果与被测量值实际真值之间存在的差距体现，这种差距是不可避免的，但却是可控的，只要控制在一定范围内就是可接受水平。

1.2 测量方法

最初的油田工程测量方法绝大部分是人工操作，通过基本的测量尺进行测量、记录、计算等并得出测量结果；现在是通过各种科技工具和技术手段进行分析。当前油田工程测量应用效果好、使用广泛的测量方法有航拍测量、激光扫描测量、全站仪高程导线测量以及GPS定位测量等。

1.3 影响测量精度的因素

（1）测量仪器设备对精度造成影响。由于测量人员技术素质和能力不同，在使用测量仪器设备时会造成不同的操作偏差，操作过程不当、设备维护保养不到位都会影响测量精度。

（2）工程测量人员对精度造成影响。测量人员对工程测量精度具有重要影响，不同的人员操作方法、仪器摆放以及选择位置等得到的测量数据也不相同，测量人员专业素质能力不同必然导致测量结果存在误差。

（3）测量方法对精度造成影响。科学合理的测量方法可以在很大程度上提高油田工程测量精度，结果由过程决定，过程由方法决定，因此测量方法对测量结果影响重大。

2 全站仪—GPS油田工程测量方法

2.1 原理

全站仪是通过在测站上架设仪器设备，通过测角、测边确定各个控制点的位置，以此确定工程现场坐标值，是常用的三维极坐标测量方法。它可以测距、测角、测线并进行计算和数据存储，测量准确，应用广泛[2]。

GPS测量技术主要是通过GPS卫星定位技术进行测量点位置确定和分析，对油田工程项目进行GPS静态控制测量和动态数据采集成图分析，能够高准确度获取现场数据。文中采用的GPS—RTK技术是GPS实时动态载波相位差分技术，主要是测量工作终端GPS接收系统接受卫星信号，对收集的数据进行差位分析计算，实时结算得出流动站所在位置高精度坐标。

2.2 测量过程

（1）通过航拍测控技术布设工程测量图根点和后视点，对测量选取的控制点进行三维坐标确定，分别控制平面和高程。

（2）用全站仪进行碎部测量。设置全站仪棱镜工作模式和测量程序，设置测站名称、测站高及后视点等，测量并记录数据。

（3）数据转换分析。将全站仪和GPS采集数据导入电脑，采用专业软件进行RTK差分分析，转换成图，以图测绘和描述提高精度和形象性。

2.3 测量操作

（1）航拍测控技术方法确定油田工程测量中线。通过国内外研究与实践，采用1∶3 000~1∶5000的比例进行摄影航测，达到《工程测量规范》规定精度。航拍测量精度与焦距大小成反比，焦距小、测量精度高，但是太小又会产生遮挡。选择航高700~1 100 m，高程精度在0.13~0.4 m之间确定为精确航测数据，由此直接测量架设中线和控制布网，为全站仪和GPS测量提供基础。

（2）GPS—RTK测量技术定位放样点。在航拍测量基础上，在中线桩放样过程中经现场检测，一个基准站配套多个流动站进行同时作业，每个放样点停留2~4 s，每天完成10 km左右的中线测量，提高测量效率。GPS—RTK测量是以载波相位观测为依据的实时差分GPS技术，由基准站接收机、数据链以及流动站接收机组成。GPS—RTK测量技术操作过程简单，适合大批量设计点位的放样工作，尤其是中线折点桩，可测量征地范围广泛，无需沿途布设很多图根点进行控制，减少了测量和施工密度。通过GPS—RTK测量技术进行测量，采用全站仪进行测绘，以达到高精度要求。

（3）全站仪中间法进行高程测量。全站仪具有测量速度快、测量精度高以及适用范围广的特点，用全站仪中间法三角高程测量方法可以解决量取仪器高等问题，测量精度达到国家三（四）级的标准和精度要求。通过积分和微分计算，转换成中误差关系式，推理出全站仪中间法测量的高程中误差如下式所示

式中mh是全站仪中间法高程测量的误差（m）；ms为测距中误差（m）；ma为测角中误差（m）；mk为大气折光系数测定中误差（m）；mv为目标高量取中误差（m）。一般油田工程全站仪测量精度为±0.5~±6.5 mm，以ma=±2的全站仪进行测量实验，精度一般在±（2+2×10-6D）mm（其中D为测距长度，km）。

（4）实际工程应用分析。将上述全站仪—GPS油田工程测量方法用于某油田基地建设工程测量，为了验证该方法技术的可靠性和准确性，将全站仪高程测量和GPS—RTK测量结果进行对比分析验证，同时比较国家标准四级精度要求，得出实际应用结果，如表1所示。由实际应用案例分析结果得知，四级水准限差为：±20D=±38.41 mm，全站仪—GPS油田工程测量方法得出的闭合误差11 mm＜38.41 mm，即该方法测量误差远小于标准限差，完全满足精度要求。

表1 油田工程测量实际对比分析

3 测量模式改进

油田工程测量模式要根据科技的发展而改变，在采用航拍测控、全站仪中间法测量、GPS—RTK测量等技术方法的基础上，完善并制定合理的工程测量模式[3]，这对提高油田工程测量精度及测量效率具有重大作用。

（1）简化油田工程测量环节和流程，使之更加简洁、明晰、规范，以容易控制的内业逐步取代外业测量，提高工程测量质量和测量标准。

（2）根据油田工程项目建设实际特征和区域地理位置情况，改变测量流程。采用合并测量、一次布网控制点直接测量中线、从航测转断面直测等模式入手，逐步提高工程测量每个环节操作。

（3）硬件设备与软件设备相互结合，并不断更新。在全站仪—GPS油田工程测量方法基础上，对GPS随机软件进行选用和更新，使得测量仪器设备测量出的数据能得到科学、准确地分析处理。

[1]万仕平，肖德仁，张勇，等．GPS在油气田及管道工程测量中的应用现状及需求[J]．天然气与石油，2012（8）：84-88.

[2]李明．GPS—RTK与全站仪结合用于油田工程测量[J]．油气田地面工程，2012，31（7）：74-75.

[3]杜春元．油气田工程测量放样方法的比较[J]．油气田地面工程，2010，29（5）：90-91.