海洋石油勘探中的GPS動態(tài)精密定位研究

牟振北 佘航 米江紅 徐玉超

中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司海洋物探分公司 天津 300457

前言

我國在海洋石油勘探中所使用的定位設(shè)備一直在不斷更新。從一開始的經(jīng)緯儀和六分儀光學(xué)定位，經(jīng)歷了使用各種類型的地面無線電定位系統(tǒng)的時(shí)期以及使用精確度較高的自動化定位系統(tǒng)時(shí)期，這些技術(shù)的更迭使得我國海洋石油勘探的發(fā)展不斷增快。但是由于我國對海洋開發(fā)領(lǐng)域的增加以及勘探深度的增加，現(xiàn)有的許多技術(shù)已經(jīng)不足以滿足海洋石油勘探對目標(biāo)定位的日益精密的需求了。因此，本文將重點(diǎn)介紹GPS動態(tài)精密定位技術(shù)在海洋石油勘探活動當(dāng)中的應(yīng)用。

1 GPS精密定位技術(shù)

對于我國目前的海洋定位技術(shù)，通過GPS定位系統(tǒng)，目前已經(jīng)能夠滿足國家海洋定位的準(zhǔn)確度要求。例如在大比例尺沿岸海道的測量方面，它已經(jīng)能夠滿足該活動對于導(dǎo)航、定位的要求。但是對于一些更加精細(xì)的海事測量定位活動，它還是無法滿足。而雙頻GPS動態(tài)觀測數(shù)據(jù)的事后精密處理技術(shù)[1]則可以滿足這樣的測量精度。因此，在海洋石油勘探的活動中，相關(guān)的工作人員可以采用無線電指向標(biāo)差分GPS定位系統(tǒng)與雙頻GPS動態(tài)觀測數(shù)據(jù)的事后精密處理技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)方法。

在使用該方案時(shí)，工作人員可以通過RBN/DGPS，即無線電指向標(biāo)差分GPS定位系統(tǒng)獲得實(shí)時(shí)的導(dǎo)航定位信息，該技術(shù)提供的定位信息準(zhǔn)確度可以控制在三米以內(nèi)。而雙頻載波相位測量的部分可以向工作人員提供載波相位的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理之后，可以得到米級精度水平的平面位置，也可以得到GPS大地高，該數(shù)據(jù)可以用來對水位的改正。該方案的實(shí)行對技術(shù)設(shè)備的要求也較低，一般來說只要配備一臺大地測量型雙頻GPS接收機(jī)，并擁有可以接收、采集測量數(shù)據(jù)的電腦即可[1]。

2 GPS技術(shù)在海洋石油勘探中的應(yīng)用

2.1 GPS用于水深測量

一般來說，我國現(xiàn)在運(yùn)用最廣泛地用于水深測量的方法是多波束水深測量法。該方法每次測量時(shí)，可以獲取在航道垂直方向上的多點(diǎn)水深數(shù)據(jù)。該方法高效、準(zhǔn)確，能夠幫助工作人員在短時(shí)間內(nèi)探測到一定范圍內(nèi)的水深情況，進(jìn)而了解海底的面貌。

GPS運(yùn)用于該工程時(shí)，需要用到的工具除了承載測船之外，還需要用到GPS接收機(jī)、數(shù)字測深儀、計(jì)算機(jī)以及安裝的專用軟件。在進(jìn)行測量時(shí)，整個(gè)過程可以大致分為以下幾個(gè)步驟：

（1）在進(jìn)行測量環(huán)節(jié)之前，要先對所用到的工具做準(zhǔn)備工作。主要包括：選擇一個(gè)地理位置較合適，基本要求是在選擇位置上能方便地觀測到所測量范圍的全貌，并適合安裝測量設(shè)備，在所選的測量位置架設(shè)RTK基準(zhǔn)站。通過測量區(qū)域已知的兩個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，推算出相應(yīng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。若沒有測深作業(yè)線，則需要布設(shè)，若已經(jīng)存在，由于保密原則，需要對測深作業(yè)線進(jìn)行重新加密，否則只能重新布設(shè)。

在對所要用到的工具進(jìn)行事前準(zhǔn)備之后，就可以開始測量的工作了。首先要檢驗(yàn)基準(zhǔn)站的坐標(biāo)信息，以免造成因?yàn)樾畔⒉粶?zhǔn)確而出現(xiàn)的誤差情況。其次，將測量所用到的系統(tǒng)進(jìn)行連接并啟動。在測量前要對各個(gè)工具進(jìn)行檢查，特別是對于定位儀與測深儀的接口狀況檢查測試、要確保接收機(jī)數(shù)據(jù)格式能在各設(shè)備間順利傳送、在正式測量前需要對設(shè)備天線進(jìn)行校正等。在完成上述工作之后，就可以著手開始進(jìn)行測量工作了。C水深測量的原理是：水底高程H底=H-(h+Z)；水深Zm=Z+Z0；公式中的參數(shù)含義：H底指的是水底高程，H為RTK測量得出的高程，h是測深儀探頭到GPS天線的高度，Z是測出的水深，Z0是設(shè)定吃水，Zm是繪圖水深。

（2）得到相關(guān)數(shù)據(jù)之后，要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。在進(jìn)行處理時(shí)，要使用專門的軟件，通過軟件得到需要的結(jié)果，例如水深圖及其他相關(guān)報(bào)告，隨后將結(jié)果輸出用于使用。

2.2 DGPS

DGPS既是差分全球定位系統(tǒng)。它是在GPS的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，通過差分技術(shù)對GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步校準(zhǔn)，從而得到更精確的定位數(shù)據(jù)。它的工作原理如下：①GPS裝置需要放置在已知定位的測量基準(zhǔn)臺上；②通過基準(zhǔn)臺上的GPS系統(tǒng)接收信號數(shù)據(jù)，并利用該數(shù)據(jù)計(jì)算出基準(zhǔn)臺到衛(wèi)星的偽距；③利用偽距與精確距離這兩個(gè)數(shù)據(jù)，通過一定的算法算出測量點(diǎn)的偽距測量誤差。④將上一步計(jì)算得出的偽距與精確距離相比較，計(jì)算得出該點(diǎn)的偽距測量誤差。⑤將得出的誤差作為修正值，并且使用正確的格式播發(fā)給相鄰的DGPS用戶。⑥周圍的DGPS用戶在得到誤差值后，根據(jù)此來修正自身的GPS測量值，加大自己所測得的定位的精確程度[2]。

在海洋石油勘探過程當(dāng)中，許多數(shù)據(jù)的測量都可以運(yùn)用DGPS技術(shù)。通過搭建DGPS系統(tǒng)，該技術(shù)可以幫助工作人員實(shí)時(shí)獲得GPS浮標(biāo)的坐標(biāo)、檢測水下收發(fā)機(jī)所發(fā)送出來的定位信號、測量水聲信號所到達(dá)的時(shí)間等等，并且DGPS系統(tǒng)還可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)的控制中心，利于工作人員開展進(jìn)一步的工作[2]。

3 結(jié)束語

本文主要圍繞海洋石油勘探當(dāng)中能夠利用到GPS技術(shù)的地方進(jìn)行討論，講解了幾種在開展工作時(shí)利用到GPS技術(shù)的環(huán)節(jié)。本文認(rèn)為利用GPS技術(shù)對于海洋石油的勘探工作有著非常重大的意義，現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)可以幫助工作人員提高水上定位的精確度等。但是在很多方面，例如船只的姿態(tài)改正、吃水改正、導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)的記錄等，該技術(shù)仍然需要進(jìn)一步的研究。相信在未來的時(shí)間里，通過GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，將會為海洋石油勘探提供更加優(yōu)質(zhì)的定位服務(wù)。