探索GPS在非洲大漠油氣轉(zhuǎn)運站施工中的應用

李 明 孟祥寧 薛小強 劉 偉

天津大港油田集團工程建設有限責任公司 天津 300272

探索GPS在非洲大漠油氣轉(zhuǎn)運站施工中的應用

李 明 孟祥寧 薛小強 劉 偉

天津大港油田集團工程建設有限責任公司 天津 300272

GPS測量是現(xiàn)代工程施工中普遍采用的一種測量方法，可覆蓋全球準確定位。主要闡述了針對西非大漠區(qū)域內(nèi)一座油氣轉(zhuǎn)運站施工中所采用的一種GPS測量方法，分別從GPS測量的必要性、改進方法及改進方法的優(yōu)點等方面進行了論述。

GPS測量 坐標系統(tǒng) 坐標轉(zhuǎn)換

天津大港油建公司承建的尼日爾AGADEM油田地面建設工程屬大型油氣轉(zhuǎn)運站工程。該工程位于西非大漠尼日爾GOUMERI地區(qū)，地處撒哈拉沙漠腹地，方圓百里無任何已建構(gòu)筑物。該工程主要包括CPF（中心油氣處理設施）一座和OGM（油氣集輸區(qū)）四處，其中CPF站規(guī)模為339m*400m，內(nèi)含20000m3罐體兩座，2000m3罐體三座，1000m3罐體一座和500m3罐體兩座，綜合辦公室、能源控制間各一處，鋼樁及混凝土型設備基礎若干，涉及測量點位多達上千。而該工程屬區(qū)域內(nèi)新建工程，周圍無任何已有建筑可做參考，所以必須采用GPS全球定位，以滿足基礎測量之施工需求。

1 GPS的應用

1.1 GPS定義

GPS是英文Navigation Satellite Tim ing and Ranging/Global Positioning System的縮寫,全稱為“授時，測距導航系統(tǒng)/全球定位系統(tǒng)”，它是利用衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號進行導航定位，具有全球性、全天候、高精度測量定位功能。

GPS定位一般分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位，目前國內(nèi)基礎設施建設施工均采用動態(tài)定位，尤其是實時動態(tài)（Rcal Time Kinematic——RTK）測量系統(tǒng)，測量簡單，便于操作。

1.2 GPS功能

目前，GPS測量已經(jīng)得到了全球性認可，具有如下特點：

（1）全球地面連續(xù)覆蓋；

（2）高精度定位；

（3）施工測量觀測簡便。

根據(jù)工程實際需要，我們沙漠施工現(xiàn)場采用美國天寶公司生產(chǎn)的Trimble TSC 2型GPS進行實時動態(tài)測量。

2 圖紙標定的GPS測量方法

根據(jù)華東地質(zhì)勘查設計研究院提供的地質(zhì)勘查報告，CPE設計要求使用GPS進行WGS-84大地坐標系統(tǒng)全球定位，組織現(xiàn)場測量。

2.1 坐標轉(zhuǎn)換

圖紙?zhí)峁┝舜–PF站兩個角點的施工相對坐標，即西南角坐標 A=0.00，B=0.00，東北角坐標 A=339.00，B=400.00，同時確定了與其對應的WGS-84大地坐標（X和Y值）。另外，華東地質(zhì)勘查設計研究院在CPF站外圍確定了四個基準點并提供了對應的WGS-84大地坐標。而圖紙標定的站內(nèi)各種待建構(gòu)筑物基礎坐標全部為施工相對坐標（A、B），即相對于站內(nèi)零點坐標。同時，圖紙?zhí)峁┝酸槍υ摴こ淌┕y量的坐標轉(zhuǎn)換方法，即施工相對坐標與WGS-84大地坐標的轉(zhuǎn)換方法，如下：

（1）施工相對坐標換算為WGS-84大地坐標:

式中，X0、Y0和α為固定數(shù)值；Ap、Bp為圖紙中涉及的基礎施工相對坐標，圖紙標定；Xp、Yp為WGS-84大地坐標，一般需要利用上述公式進行換算求解。

2.2 初始GPS識別

GPS出廠時設置任務自動識別GWS-84坐標，對于其他人工后期編制的坐標需要人工設置并校正后方能識別。而本工程中除了華東地質(zhì)勘查設計研究院特別針對CPF提供的四個基準點和設計圖紙標定的CPF兩個角點的大地坐標外，其余站內(nèi)涉及的所有構(gòu)筑物坐標全部為施工相對坐標，即A、B坐標。通常我們根據(jù)圖紙中的公式將施工相對坐標換算成WGS-84大地坐標，然后再將換算后的大地坐標X、Y值鍵入GPS測量任務內(nèi)進行測量。但是，大地坐標換算和坐標輸入給現(xiàn)場測量施工帶來了諸多不便。

2.2.1 坐標換算工作量大

根據(jù)圖紙?zhí)峁┑墓轿覀兛梢詫⑹┕は鄬ψ鴺耍ˋ、B）換算成WGS-84大地坐標（X、Y），但是由于CPF站內(nèi)涉及到的各種構(gòu)筑物基礎坐標多達上千個，換算坐標工作量較大，過多的占用測量技術人員時間，延誤現(xiàn)場施工。

2.2.2 換算數(shù)值易出現(xiàn)錯誤

上述公式換算后的大地坐標（X、Y）數(shù)值較大，數(shù)字冗長并含有小數(shù)，其中小數(shù)點前7位，小數(shù)點后2位。這可能會在換算過程中由于進位等原因出現(xiàn)錯誤，造成工程測量不準確。

2.2.3 坐標輸入量大

由于CPF站內(nèi)基礎坐標多達千個，而每個坐標經(jīng)過換算后，X值一般為9位數(shù)字，Y值為8位數(shù)字，這樣每個基礎坐標至少有17個數(shù)字需輸入至GPS測量任務內(nèi)，而上千個坐標點也就需要近兩萬個數(shù)字輸入至GPS測量任務的點管理器內(nèi)。數(shù)字量大而冗長難免產(chǎn)生輸入錯誤，影響測量。

2.2.4 測量觀測不方便

WGS-84大地坐標（X，Y）是相對赤道的垂直球面距離和本初子午線的距離，是地理上的絕對北方向，而實際工程往往會隨著當?shù)仫L土人情等確定相對的工程北方向（此工程CPF的北方向就與地理北方向呈45°夾角，見圖1），這樣若繼續(xù)使用大地坐標測量就會給觀測、定位帶來諸多不便。

3 GPS測量改進方法及應用

由于施工相對坐標（A、B）換算大地坐標（X、Y）工作量大，易產(chǎn)生誤差，甚至錯誤。而圖紙標定的施工相對坐標（A、B）數(shù)值相對簡單，最多為5位數(shù)字，操作簡便，易于輸機。所以我們努力探尋一種直接采用施工相對坐標（A、B）進行測量的簡便方法。

3.1 GPS改進后的測量方法

根據(jù)圖紙標定的坐標轉(zhuǎn)換方法，我們將華東勘察設計研究院給定的四個基準點大地坐標全部換算為施工相對坐標（A、B），建立以施工相對坐標為基準的新測量任務，直接采用施工相對坐標進行測量定位。

3.1.1 建立新測量任務

針對CPF施工相對坐標，我們在GPS手部內(nèi)建立新的測量任務并命名，然后打開新任務界面，在新任務界面內(nèi)進行點輸入、工地校正及測量。

3.1.2 坐標換算并輸入

根據(jù)圖紙坐標轉(zhuǎn)換公式將四個基準點坐標換算為針對CPF的施工相對坐標，重新命名并輸入至新任務中的點管理器內(nèi)。另外，將四個基準點的WGS-84大地坐標也對應輸入至該任務的點管理器內(nèi)，并設置為控制點。

3.1.3 啟動工地校正

每臺GPS均帶有工地校正功能，待基準點大地坐標和與之對應的施工相對坐標換算并輸入完成后，直接開啟“測量”文件下“RTK”功能中的“工地校正”，注意開啟工地校正時一定要求大地坐標和換算后的施工相對坐標一一對應。若經(jīng)自動校正后GPS手部屏幕顯示“水平殘差”和“垂直殘差”均在規(guī)范允許誤差范圍內(nèi)，則表示該測量任務已經(jīng)形成并可以在該任務下進行施工相對坐標測量定位；若經(jīng)過自動校正后屏幕顯示“水平殘差”或“垂直殘差”超出規(guī)范允許誤差范圍，則說明在坐標換算或坐標輸入時存在誤差甚至錯誤，必須重新檢查換算過程和結(jié)果并校核輸入數(shù)值，直至GPS手部屏幕中“水平殘差”和“垂直殘差”均在規(guī)范允許誤差范圍之內(nèi)時方可進行下一步測量定位工作。

3.2 GPS測量改進方法的優(yōu)點

針對CPF站內(nèi)施工，采用GPS改進后的測量方法后明顯提高了測量速度和測量精度。

（1）設計圖紙直接標定了施工相對坐標（A、B），不必再進行坐標轉(zhuǎn)換而可以直接輸入至測量新任務內(nèi)進行測量定位。

（2）施工相對坐標A、B數(shù)值相對于大地坐標X、Y數(shù)值簡單，輸入方便。同時，數(shù)值小而簡單在實際測量時也易于觀測，調(diào)整。

（3）WGS-84大地坐標（X，Y）是地理上的絕對北方向，而施工相對坐標是根據(jù)實際工程而確定的相對北方向，針對單體工程測量定位靈活。

（4）由于圖紙標定了A、B值，可直接根據(jù)圖紙坐標進行輸機并測量，縮小了錯誤幾率。

（5）此方法還可現(xiàn)場及時對應測量。現(xiàn)場如需CPF站內(nèi)某指定點（非圖紙給定）的坐標，則可以直接將GPS移動站置于該點上，啟動“儀器”中“位置”程序，待移動站調(diào)平后即可讀數(shù)，直接讀取該點的施工相對坐標，快捷，簡便。

3.3 GPS測量改進方法的弊端

該方法是針對現(xiàn)場實際工程而探索的一種測量方式，其觀測的施工坐標數(shù)值只相對于新建任務內(nèi)A=0.00，B=0.00點的坐標，而非X、Y值的全球定位坐標。

4 結(jié)語

對于我們大港油建正在施工的CPF站工程，全部測量點均涵蓋在了華東地質(zhì)勘查設計研究院提供的基準點范圍內(nèi)，完全可以采用此方法進行測量定位。實際測量施工也證明該方法是可行的，提高了測量定位速度，節(jié)省了時間。同時，采用此方法縮小了錯誤出現(xiàn)幾率也減小了測量誤差，整個CPF站內(nèi)測量定位沒有出現(xiàn)偏差，創(chuàng)造了效益，贏得了口碑。

1 《尼日爾AGADEM油田巖土工程勘察報告》

2 《測量學》高井祥、張書畢等主編

3 《測量與工程測量》程新文主編

4 《CPF總圖》 CPE

5 《工程測量》 王霞主編

TE682

B

1672-9323（2012）05-0092-03

2012-06-14）