探讨GPS-RTK在石油物探测量中的几个技术问题

探讨 GPS-RTK在石油物探测量中的几个 技术问题

李星伟 ， 张志伟 ， 宗占江 ， 刘海光

中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司 ，宁夏银川 750000

摘要：物探测量的精度、稳定性决定着物探测绘成果的准确性和可靠性，进而对物探成果的判断造成影响。目前，物探测量定位已进入GPS-RTK辅以其他常规测绘仪器的时代，本文根据笔者的从业经验，就GPS-RTK在石油物探测量中的工程坐标系的选择与建立、转换参数的确定与计算、参考站坐标设置、GPS-RTK检测、物理点位精度评价、跨区域施工的六方面技术问题进行了探讨。

关键词：GPS-RTK；石油物探测量；转换参数；基准站；

0引言

物探测量是现代工程测量向地球物理勘探行业的延伸，它是为物理点定位等地球物理勘探工作服务的测绘活动。物探测量的精度、稳定性直接决定着物探测绘成果的准确性和可靠性，进而对物探成果的判断造成影响。目前，物探测量定位已进入GPS-RTK辅以其他常规测绘仪器的时代，本文根据笔者的从业经验，就GPS-RTK在石油物探测量中的六方面技术问题进行了探讨。

1GPS-RTK技术简介

RTK(Real-Time Killenlatic)定位技术是一种基于载波相位观测的实时动态定位技术，它能在所建立的坐标系中实时提供测站的三维定位结果，精度能够达到厘米级。在RTK运行模式下，参考站通过数据链（电台或者网络）向移动站发送观测值和坐标，移动站不仅能够接收参考站的数据信息，同时还采集GPS观测数据，在系统中形成差分观测值进行实时处理和计算。

传统的单基站型RTK操作模式已经成熟应用，基于Internet服务器和差分信号的网络RTK技术（CORS系统）近年来成为研究的热点，并得到了大规模的推广。当前，许多省市作为基础设施都在大力推进CORS系统的建设，更多物探单位通过建立和使用单基站网络RTK技术，为物探测量工作提供了极大的便利，提高了工作效率的同时也收到了良好的应用效果。

2GPS-RTK在石油物探测量中的技术问题

2.1工程坐标系的选择与建立

将GPS-RTK仪器观测到的WGS84椭球大地坐标转换为北京54或西安80等平面直角坐标，其实质是选择中央子午线进行投影计算，并利用转换参数求解坐标值。这个过程就是建立工程坐标系，这是GPS-RTK测量的一个重要方面，通常使用GPS-RTK附带的手簿进行计算和设置。高斯-克吕格投影在我国被广泛使用，在投影计算中常常存在长度失真的情况，以椭球面长度S表示高斯投影面的长度d，则投影的综合变形公式如下：

（1）式中，ym为测区边缘至中央子午线的垂直距离；hm为测区的平均正常高度；R是地球的平均曲率半径；ra是测量区域的平均曲率半径。

将工程测区的有关参数代入式（1）中计算投影变形,变形值超过物探方法规范规定的限值和设计文件设计中的误差值时，必须建立与国家坐标系相连的独立坐标系，并建立双向坐标转换关系。如果仅通过平移中央子午线不能解决这个问题，则必须对补偿投影面进行计算分析，确定补偿投影面坐标系。假定平面直角坐标系也可以在项目要求不高、工作困难的情况下使用。

2.2转换参数的确定与计算

为了实现GPS-RTK的实时坐标测量，除了在移动站的控制手簿中输入两个正确的椭球基准面和参数外，最重要的一个环节就是精确计算WGS84坐标和北京1954坐标之间的转换参数。石油勘探工区的范围一般都不大，通常都在几十平方公里以内，对于每一个新工区，首先要收集工区内已有控制点的成果资料，包括各级别的GPS控制点、三角网点、水准点的坐标数据和高程数据。有三种方法可以得到工作区的坐标转换参数：

1） 联系相关部门获取已知的转换参数；

2） 利用GPS-RTK实测来确定；

3） 坐标转换参数采用单点定位来确定，单点定位观测时间不少于2h。

如果勘探工区内没有可用的转换参数，则需要通过铺设控制网获得工区的转换参数。不同施工区域的转换参数不同，它具有地域性，只适用于控制网覆盖的区域。通过对控制网进行平差，可以得到各点的WGS84坐标和北京1954坐标。根据需要在控制网中选择合适的点，从而获得精确的转换参数，转换参数有三参数（至少一个公共点）和七参数（至少三个公共点）。

2.3参考站坐标设置

为了实现坐标的实时转换，另一个重要的步骤是利用测量手簿在启动基准站时就输入精确的初始坐标值，基准站的初始坐标有两种输入方式：WGS84坐标或北京1954坐标。

如果工区内无高程异常资料，控制网外部一致性不好时，应尽量进行二维约束平差，采用高程拟合的方法求得高程异常值。为保证高程测量的精度，可采用联测高等级水准点的方法，同时，测量值可以用来检验转换数据的精度。需要注意的是，采用高程拟合法计算GPS点高程时，已知高程控制点不应少于3个，使用时应检验三角点高程的可靠性。当已知高程点少于3个或分布不均匀时，应多联测几个附近高程控制点就行检查。

如果工区内有高程异常资料，如省市似大地水准面的CQS2000资料（直接从WGS84坐标获得该点1985年国家高程），最直接的方法是从参考站输入WGS84转换参数，北京1954的平面坐标可直接从控制器（测量手簿）中读取，高程由国家基础地理信息中心获取，提供的INTRPOLAT软件可以直接计算出所有选定点的高程异常值，并得到测量点的正高和大地高，需要注意的是，控制点必须接入国家GPS级网进行联测，该级别的控制网进行无条件联测时，必须使用高程采集软件计算出各控制点的精确WGS84椭球高度，然后再设置基准站坐标，否则，由于基准站的起始高程不正确，其他物理点的高程计算结果也会不正确。

2.4 GPS-RTK检测

GPS-RTK接收设备的检测分为检测和检定两类。检验由仪器使用单位进行，检定由国家计量部门认可和授权的具有相应资质的机构进行。GPS-RTK检定周期不超过一年。根据物探测量规范要求，共有9项GPS-RTK设备测试项目，物探测量用户主要进行一般检查、通电测试、数据处理软件操作测试和GPS基线测量检查。其中，基线测试数据可以测试不同仪器组的精度指标和性能。此外，还应对GPS-RTK接收机的一致性进行测试。

2.5物理点位精度评价

物探测量物理点位精度评价通常利用基于均方误差原理的计算分析法，参与计算的点位需均匀分布在测区内，选取一定比例的点进行重复观测，计算观测得到的平面坐标值和高程值的均方误差，并对结果进行评价。区域物探检查点的比例一般为3%-5%，剖面检查点的比例不低于10%。

直接从原始检查点的坐标数据中选取一定数量的点进行均方误差计算是不科学的。根据测绘误差理论，精度统计应包括2倍允许中误差以内的误差值，超过允许中误差2倍的误差点应视为粗差进行剔除。在进行同精度检查时，应将参加数学精度统计的误差值设置为允许误差值的2√2倍。

2.6跨区域施工

石油物探的一些工作区位于高斯投影的边缘或跨越两个投影带，由于GPS-RTK的实时性，一般只能在一个投影带进行工作。这个时候，我们必须要注意物理点投影参数的设置和理论坐标的设计，这些参数必须是相对于同一个投影带的。在跨区域施工中，一般要求提供两个物理点投影带的结果。GPS-RTK测量的每个物理点的坐标都需要进行换带转换，工作量非常大。目前商业化的换带计算软件只能对单点进行计算。为此，我们可根据GPS-RTK测量数据的特点，编制一套功能齐全的批量换带计算软件，用于坐标的批量换带计算，可大大提高数据处理的效率。

3结束语

为了获得更高精度的物探测量成果，并提高物探测量放样的工作效率，GPS-RTK技术在应用中除了需要注意上述问题外，我们还需要做好理论数据的设计、基准面和投影参数设置以及高程处理方面的问题。

参考文献：

[1]SY/T5171-2003，石油物探测量动态测量规范［S].

[2]畅毅，陈信华，王征强．施工困难地区物探测量作业方法与思路探讨[J]．物探装备，2012(4)：263—266．

[3]胡劲松.石油物探RTK测量几个技术问题的探讨[J].地理空间信息,2009, 7(6)：54—56．