新疆油田CORS系統(tǒng)的建立與應(yīng)用

黃 健，華 磊，何 燕

(新疆油田公司數(shù)據(jù)公司，新疆克拉瑪依834000)

新疆油田CORS系統(tǒng)的建立與應(yīng)用

黃 健，華 磊，何 燕

(新疆油田公司數(shù)據(jù)公司，新疆克拉瑪依834000)

新疆油田CORS基站網(wǎng)是我國(guó)首批針對(duì)整個(gè)油田應(yīng)用的連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它在全準(zhǔn)噶爾盆地13萬(wàn)km2范圍內(nèi)建立了永久性參考站，并進(jìn)行精化似大地水準(zhǔn)面的工作，以實(shí)現(xiàn)高精度三維測(cè)量，從而構(gòu)成新一代的網(wǎng)絡(luò)化的大地測(cè)量系統(tǒng)，可以向各級(jí)測(cè)繪用戶提供高精度、連續(xù)的時(shí)間和空間基準(zhǔn)，使油田井位測(cè)量、勘探踏勘、地面工程規(guī)劃設(shè)計(jì)和空間數(shù)據(jù)采集等工作效率得到極大提高，成為數(shù)字新疆油田基礎(chǔ)設(shè)施之一。

CORS系統(tǒng);大地水準(zhǔn)面;油田;測(cè)量

一、引 言

近幾十年來(lái)，全球定位系統(tǒng)技術(shù)高速發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用。目前，利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(continuously operating reference system，CORS)已成為GPS應(yīng)用的發(fā)展熱點(diǎn)之一。由于CORS系統(tǒng)突破了常規(guī)GPS差分作業(yè)系統(tǒng)分散、相互獨(dú)立、臨時(shí)性基準(zhǔn)站頻繁設(shè)置等問(wèn)題，已經(jīng)在測(cè)繪、規(guī)劃建設(shè)、交通導(dǎo)航管理、氣象輔助預(yù)報(bào)、地震監(jiān)測(cè)等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。新疆油田根據(jù)勘探開(kāi)發(fā)區(qū)域人煙稀少、地形陌生、地域廣闊的特點(diǎn)結(jié)合CORS系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，建立了覆蓋準(zhǔn)噶爾盆地的，由17個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站、基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)、控制中心、用戶應(yīng)用、數(shù)字通信組成的CORS系統(tǒng)，并進(jìn)行了大地水準(zhǔn)面精化，使GPS技術(shù)結(jié)合高精度、高分辨率大地水準(zhǔn)面模型，取代了傳統(tǒng)水準(zhǔn)測(cè)量方法來(lái)測(cè)定正常高，真正實(shí)現(xiàn)了GPS技術(shù)對(duì)幾何和物理意義上的三維定位功能。新疆油田CORS系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在油田測(cè)繪的各個(gè)領(lǐng)域，油田測(cè)繪工作已經(jīng)進(jìn)入到全面數(shù)字化階段。

二、系統(tǒng)建設(shè)歷程

新疆油田在油田勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在以下問(wèn)題:①油田井位測(cè)量工作量大、人員少、裝備落后;②地面工程空間數(shù)據(jù)采集技術(shù)要求高、工作效率低;③測(cè)量三角標(biāo)破壞嚴(yán)重，維護(hù)費(fèi)用高。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，為數(shù)字油田提供一個(gè)統(tǒng)一的、高精度動(dòng)態(tài)測(cè)繪基準(zhǔn)平臺(tái)，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種信息和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性、標(biāo)準(zhǔn)性的需求越來(lái)越迫切。新疆油田公司2007年啟動(dòng)了新疆油田CORS基站網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目。2007年11月第一期項(xiàng)目，完成了覆蓋新疆油田西北緣區(qū)域7個(gè)基站的布設(shè)。2008年4月第二期項(xiàng)目，完成了覆蓋新疆油田全部油區(qū)的10個(gè)基站網(wǎng)布設(shè)，并進(jìn)行了全網(wǎng)聯(lián)測(cè)。2010年12月完成了新疆油田CORS系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)大地水準(zhǔn)面精化工作。

三、主要成果

1)建立了覆蓋新疆油田的17個(gè)GPS基站。

新疆油田CORS系統(tǒng)由17個(gè)地面連續(xù)運(yùn)行的GPS基站參考網(wǎng)、1個(gè)數(shù)據(jù)處理中心、1個(gè)定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(利用油田已建成的光纖網(wǎng)絡(luò))5個(gè)部分組成，是我國(guó)首個(gè)全油田級(jí)別的CORS系統(tǒng)，不僅可以向各級(jí)測(cè)繪用戶提供高精度、連續(xù)的時(shí)間和空間基準(zhǔn)，并可為導(dǎo)航、災(zāi)害預(yù)報(bào)等提供各種數(shù)據(jù)服務(wù)，是數(shù)字油田基礎(chǔ)設(shè)施之一。如圖1所示。

2)建立了由基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)、控制中心、用戶應(yīng)用、數(shù)字通信組成的CORS系統(tǒng)。

該CORS系統(tǒng)是以控制中心為中心節(jié)點(diǎn)的星形網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用TCP/IP，服務(wù)器操作系統(tǒng)采用Windows 2003 Server，CORS系統(tǒng)由基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)、控制中心、用戶應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)組成。根據(jù)以上所設(shè)計(jì)的信息流程，系統(tǒng)管理和網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)軟件是新疆油田GPS基站網(wǎng)系統(tǒng)的核心部分，網(wǎng)絡(luò)RTK管理和計(jì)算軟件是美國(guó)天寶(Trimble)導(dǎo)航公司的GPS Net/RTK Net軟件最新V2.6版本，如圖2所示。主要技術(shù)指標(biāo):

圖1 新疆油田CORS系統(tǒng)基站分布圖

圖2 系統(tǒng)組成圖

a.覆蓋范圍。根據(jù)RTK定位測(cè)試結(jié)果，在域內(nèi)只要可以接收5顆以上的衛(wèi)星，有穩(wěn)定的移動(dòng)通信信號(hào)均可快速獲得RTK固定解。

b.系統(tǒng)精度。RTK定位精度:西北緣區(qū)域平面精度為 ±0.028 m，其他區(qū)域平面精度精度為±0.065 m;DCORS精度為±0.279 m。

c.系統(tǒng)可用性。準(zhǔn)噶爾盆地是中緯度地區(qū)，除14:00—16:00之間電離層變化較強(qiáng)外，其他時(shí)間的電離層變化較平穩(wěn)。系統(tǒng)各基準(zhǔn)站24小時(shí)內(nèi)有效衛(wèi)星數(shù)不少于7顆，系統(tǒng)全天可用性為99%。

d.兼容性。已完成Leica GX1230、Trimble 57/ 58/R7/R8/GEOXT6型號(hào)接收機(jī)兼容性測(cè)試。從系統(tǒng)測(cè)試情況看，所用的接收機(jī)只要支持RTCM2.0、RTCM2.3、RTCM3.0或CMR/CMR+及DCORS差分改正數(shù)據(jù)格式，均可接收到系統(tǒng)差分改正信息，從而進(jìn)行RTK和DCORS測(cè)量。

3)構(gòu)建了新疆油田精化似大地水準(zhǔn)面。

在新疆油田CORS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行大地水準(zhǔn)面精化工作。在國(guó)家空間坐標(biāo)基準(zhǔn)框架的基礎(chǔ)上，結(jié)合準(zhǔn)噶爾盆地GPS基站網(wǎng)，利用已有的GPS點(diǎn)水準(zhǔn)、重力測(cè)量等資料，采用最新的區(qū)域似大地水準(zhǔn)面建模方法，獲得分米級(jí)的似大地水準(zhǔn)面數(shù)值模型。似大地水準(zhǔn)面是獲取地理空間信息的高程基準(zhǔn)面，準(zhǔn)噶爾盆地似大地水準(zhǔn)面計(jì)算中，使用了10 792個(gè)點(diǎn)重力數(shù)據(jù)和 615個(gè) GPS水準(zhǔn)資料，WDM94地球重力場(chǎng)模型作為參考重力場(chǎng)，由第2類(lèi)Helmert凝集法完成了大地水準(zhǔn)面的計(jì)算。615個(gè)GPS水準(zhǔn)資料與重力似大地水準(zhǔn)面獨(dú)立比較精度為±0.084 m。

同時(shí)研究了Trimble、Leica等主流GPS接收機(jī)所采用的似大地水準(zhǔn)面模型格式，并將準(zhǔn)噶爾似大地水準(zhǔn)面模型寫(xiě)成相應(yīng)的GPS接收機(jī)所采用的模型格式，用戶在外業(yè)作業(yè)時(shí)，可直接利用所加載的大地水準(zhǔn)面模型實(shí)現(xiàn)由GPS測(cè)得的大地高向水準(zhǔn)高的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)GPS RTK與似大地水準(zhǔn)面模型的有效結(jié)合，以滿足 GPS用戶實(shí)時(shí)獲取水準(zhǔn)高程的需求。

四、主要?jiǎng)?chuàng)新

1)解決了油田大范圍沙漠戈壁惡劣條件建立CORS的難題。

研究制定科學(xué)布網(wǎng)設(shè)計(jì)方案，在新疆油田13萬(wàn)km2大范圍內(nèi)和惡劣沙漠戈壁地理?xiàng)l件下，率先成功建立了油田級(jí)別測(cè)繪控制網(wǎng)。充分利用油田現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)和依托油田站、庫(kù)進(jìn)行建站，共建設(shè)17個(gè)GPS基準(zhǔn)站，整體網(wǎng)絡(luò)的35條基線平均站間距83 km左右。利用這種方案實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守、無(wú)需架設(shè)專(zhuān)門(mén)通信線路，使建設(shè)成本和后期維護(hù)成本大幅度降低，完成后網(wǎng)絡(luò)不僅覆蓋新疆油田全部油區(qū)，而且達(dá)到了系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)。

2)大地水準(zhǔn)面成果與CORS系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高精度的三維測(cè)量。

獲取的準(zhǔn)噶爾盆地中西部油區(qū)高精度似大地水準(zhǔn)面及高精度GPS網(wǎng)成果，不僅可以用于建立與國(guó)家大地測(cè)量坐標(biāo)相一致的精確的區(qū)域大地測(cè)量平面控制框架，而且GPS技術(shù)結(jié)合高精度、高分辨率大地水準(zhǔn)面模型，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)GPS測(cè)量來(lái)代替低等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量，即可以取代傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)定正常高，從而真正實(shí)現(xiàn)GPS技術(shù)對(duì)幾何和物理意義上的三維定位功能。這將極大地改善傳統(tǒng)高程測(cè)量作業(yè)模式，從而使費(fèi)用高、難度大、周期長(zhǎng)的傳統(tǒng)高精度水準(zhǔn)測(cè)量工作量減少到最低限度，似大地水準(zhǔn)面成果結(jié)合GPS測(cè)量可以滿足石油勘探及工程建設(shè)對(duì)高程精度的需要。

3)改變了油田企業(yè)測(cè)繪工作模式，實(shí)現(xiàn)了高效的數(shù)字化測(cè)繪。

在CORS系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)上，建立了一套測(cè)控網(wǎng)終端數(shù)據(jù)采集、質(zhì)檢、處理、轉(zhuǎn)換和地理信息發(fā)布的應(yīng)用體系。目前新疆油田在油田井位測(cè)量、地面工程數(shù)據(jù)采集、地面建設(shè)規(guī)劃等需要測(cè)繪的領(lǐng)域都采用了CORS系統(tǒng)，并組建了相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集隊(duì)伍、建立了技術(shù)規(guī)范、管理制度，通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和技術(shù)培訓(xùn)的工作，使新疆油田在數(shù)字化測(cè)繪方面取得了重大突破。

五、應(yīng)用情況

新疆油田CORS建立后在油田井位測(cè)量、油田地面工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、油田地面工程數(shù)據(jù)信息采集等方面極大地提高了工作效率，并在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，減少了人員、車(chē)輛和勞動(dòng)等成本，共計(jì)節(jié)約各類(lèi)費(fèi)用近100萬(wàn)元。準(zhǔn)噶爾盆地CORS基站網(wǎng)系統(tǒng)不再新建測(cè)量標(biāo)志和對(duì)原有測(cè)量標(biāo)志的維護(hù)工作，節(jié)約維護(hù)費(fèi)用投入近200萬(wàn)元。新疆油田的測(cè)繪工作全面向全數(shù)字化階段邁進(jìn)。

六、結(jié)束語(yǔ)

新疆油田CORS測(cè)控網(wǎng)采用Trimble VRS技術(shù)，能接收處理雙星信號(hào)，RTK定位精度優(yōu)于±0.1 m，在建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中完成了控制系統(tǒng)建設(shè)、測(cè)控基站建設(shè)、用戶服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)、整網(wǎng)聯(lián)測(cè)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、管理及服務(wù)機(jī)制建立等內(nèi)容，并進(jìn)行了精化似大地水準(zhǔn)面構(gòu)建工作，實(shí)現(xiàn)了幾何和物理意義上的三維測(cè)量。通過(guò)CORS測(cè)控網(wǎng)改變了傳統(tǒng)的油田測(cè)量模式，為數(shù)字油田地理信息數(shù)據(jù)采集提供了方便快捷的技術(shù)手段。建成一年來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，已在油田基礎(chǔ)測(cè)量、地理信息數(shù)據(jù)采集中得到廣泛應(yīng)用。新疆油田CORS測(cè)控網(wǎng)已經(jīng)成為數(shù)字油田基礎(chǔ)設(shè)施之一，是數(shù)字油田建設(shè)歷史上的一個(gè)重要里程碑。

［1］ 劉暉，時(shí)曉燕，楊沾吉，等.深圳市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)的建立與試驗(yàn)［J］.測(cè)繪通報(bào)，2003(9):33-36.

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［4］ 陳俊勇，張鵬，武軍酈，等.關(guān)于中國(guó)構(gòu)建全球?qū)Ш叫l(wèi)星國(guó)家級(jí)連續(xù)運(yùn)行站系統(tǒng)的思考［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，2007，36(4):366-369.

Establishment and Application of the Xinjiang Oilfield CORS

HUANG Jian，HUA Lei，HE Yan

0494-0911(2012)08-0031-02

P228.4

B

2012-05-11

黃 健(1974—)，男，四川自貢人，工程師，主要從事信息項(xiàng)目管理等工作。