油田工程測量精度及有效測量方法

祁萬榮

青海省第一地質礦產勘查院

1 基本理論

1.1 測量精度

油田工程測量是指對油田地面工程測量、長距離輸油管道測量、油田內部道路測量、油田架空輸電線路測量、廠房和站測量、地下探測工程測量等于一體的測量技術，工程測量是油田所有工程建設過程測繪工作的總稱，貫穿于油田工程項目建設的全部過程，為項目選址、設計、施工及驗收等各個環節提供準確的基礎測量數據，服務于項目目標的建設[1]。

油田工程測量精度是工程測量數據準確度的一種標稱，它是測量結果與被測量值實際真值之間存在的差距體現，這種差距是不可避免的，但卻是可控的，只要控制在一定范圍內就是可接受水平。

1.2 測量方法

最初的油田工程測量方法絕大部分是人工操作，通過基本的測量尺進行測量、記錄、計算等并得出測量結果；現在是通過各種科技工具和技術手段進行分析。當前油田工程測量應用效果好、使用廣泛的測量方法有航拍測量、激光掃描測量、全站儀高程導線測量以及GPS定位測量等。

1.3 影響測量精度的因素

（1）測量儀器設備對精度造成影響。由于測量人員技術素質和能力不同，在使用測量儀器設備時會造成不同的操作偏差，操作過程不當、設備維護保養不到位都會影響測量精度。

（2）工程測量人員對精度造成影響。測量人員對工程測量精度具有重要影響，不同的人員操作方法、儀器擺放以及選擇位置等得到的測量數據也不相同，測量人員專業素質能力不同必然導致測量結果存在誤差。

（3）測量方法對精度造成影響。科學合理的測量方法可以在很大程度上提高油田工程測量精度，結果由過程決定，過程由方法決定，因此測量方法對測量結果影響重大。

2 全站儀—GPS油田工程測量方法

2.1 原理

全站儀是通過在測站上架設儀器設備，通過測角、測邊確定各個控制點的位置，以此確定工程現場坐標值，是常用的三維極坐標測量方法。它可以測距、測角、測線并進行計算和數據存儲，測量準確，應用廣泛[2]。

GPS測量技術主要是通過GPS衛星定位技術進行測量點位置確定和分析，對油田工程項目進行GPS靜態控制測量和動態數據采集成圖分析，能夠高準確度獲取現場數據。文中采用的GPS—RTK技術是GPS實時動態載波相位差分技術，主要是測量工作終端GPS接收系統接受衛星信號，對收集的數據進行差位分析計算，實時結算得出流動站所在位置高精度坐標。

2.2 測量過程

（1）通過航拍測控技術布設工程測量圖根點和后視點，對測量選取的控制點進行三維坐標確定，分別控制平面和高程。

（2）用全站儀進行碎部測量。設置全站儀棱鏡工作模式和測量程序，設置測站名稱、測站高及后視點等，測量并記錄數據。

（3）數據轉換分析。將全站儀和GPS采集數據導入電腦，采用專業軟件進行RTK差分分析，轉換成圖，以圖測繪和描述提高精度和形象性。

2.3 測量操作

（1）航拍測控技術方法確定油田工程測量中線。通過國內外研究與實踐，采用1∶3 000~1∶5000的比例進行攝影航測，達到《工程測量規范》規定精度。航拍測量精度與焦距大小成反比，焦距小、測量精度高，但是太小又會產生遮擋。選擇航高700~1 100 m，高程精度在0.13~0.4 m之間確定為精確航測數據，由此直接測量架設中線和控制布網，為全站儀和GPS測量提供基礎。

（2）GPS—RTK測量技術定位放樣點。在航拍測量基礎上，在中線樁放樣過程中經現場檢測，一個基準站配套多個流動站進行同時作業，每個放樣點停留2~4 s，每天完成10 km左右的中線測量，提高測量效率。GPS—RTK測量是以載波相位觀測為依據的實時差分GPS技術，由基準站接收機、數據鏈以及流動站接收機組成。GPS—RTK測量技術操作過程簡單，適合大批量設計點位的放樣工作，尤其是中線折點樁，可測量征地范圍廣泛，無需沿途布設很多圖根點進行控制，減少了測量和施工密度。通過GPS—RTK測量技術進行測量，采用全站儀進行測繪，以達到高精度要求。

（3）全站儀中間法進行高程測量。全站儀具有測量速度快、測量精度高以及適用范圍廣的特點，用全站儀中間法三角高程測量方法可以解決量取儀器高等問題，測量精度達到國家三（四）級的標準和精度要求。通過積分和微分計算，轉換成中誤差關系式，推理出全站儀中間法測量的高程中誤差如下式所示

式中mh是全站儀中間法高程測量的誤差（m）；ms為測距中誤差（m）；ma為測角中誤差（m）；mk為大氣折光系數測定中誤差（m）；mv為目標高量取中誤差（m）。一般油田工程全站儀測量精度為±0.5~±6.5 mm，以ma=±2的全站儀進行測量實驗，精度一般在±（2+2×10-6D）mm（其中D為測距長度，km）。

（4）實際工程應用分析。將上述全站儀—GPS油田工程測量方法用于某油田基地建設工程測量，為了驗證該方法技術的可靠性和準確性，將全站儀高程測量和GPS—RTK測量結果進行對比分析驗證，同時比較國家標準四級精度要求，得出實際應用結果，如表1所示。由實際應用案例分析結果得知，四級水準限差為：±20D=±38.41 mm，全站儀—GPS油田工程測量方法得出的閉合誤差11 mm＜38.41 mm，即該方法測量誤差遠小于標準限差，完全滿足精度要求。

表1 油田工程測量實際對比分析

3 測量模式改進

油田工程測量模式要根據科技的發展而改變，在采用航拍測控、全站儀中間法測量、GPS—RTK測量等技術方法的基礎上，完善并制定合理的工程測量模式[3]，這對提高油田工程測量精度及測量效率具有重大作用。

（1）簡化油田工程測量環節和流程，使之更加簡潔、明晰、規范，以容易控制的內業逐步取代外業測量，提高工程測量質量和測量標準。

（2）根據油田工程項目建設實際特征和區域地理位置情況，改變測量流程。采用合并測量、一次布網控制點直接測量中線、從航測轉斷面直測等模式入手，逐步提高工程測量每個環節操作。

（3）硬件設備與軟件設備相互結合，并不斷更新。在全站儀—GPS油田工程測量方法基礎上，對GPS隨機軟件進行選用和更新，使得測量儀器設備測量出的數據能得到科學、準確地分析處理。

[1]萬仕平，肖德仁，張勇，等．GPS在油氣田及管道工程測量中的應用現狀及需求[J]．天然氣與石油，2012（8）：84-88.

[2]李明．GPS—RTK與全站儀結合用于油田工程測量[J]．油氣田地面工程，2012，31（7）：74-75.

[3]杜春元．油氣田工程測量放樣方法的比較[J]．油氣田地面工程，2010，29（5）：90-91.