無(wú)信號(hào)區(qū)坐標(biāo)測(cè)量方法及其應(yīng)用

馬華鋒，范全軍

（延長(zhǎng)油田股份有限公司吳起采油廠，陜西延安 716000）

1 背景條件

在實(shí)際生產(chǎn)工作中，由于野外環(huán)境的不確定性、不可預(yù)測(cè)性，地勢(shì)地貌，氣候路況以及人為因素等，會(huì)給工作帶來(lái)很大的困難與不便，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，以及對(duì)設(shè)備的損傷等。野外坐標(biāo)測(cè)量時(shí)，會(huì)遇到一些凹洼地形、山梁夾溝處以及偏遠(yuǎn)行政界限等環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)薄弱或者純粹沒(méi)有信號(hào)的信號(hào)盲區(qū)以及社會(huì)人為等因素，導(dǎo)致儀器無(wú)法接受網(wǎng)絡(luò)信號(hào)測(cè)量井口坐標(biāo)，不能及時(shí)得到井口坐標(biāo)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，導(dǎo)致鉆井設(shè)計(jì)方案編寫(xiě)推后或者延遲，以及影響地質(zhì)分析和開(kāi)發(fā)研究的準(zhǔn)確性。吳起油田王洼子油區(qū)地處吳起油田的西北角、周長(zhǎng)油區(qū)地處吳起東北角，距離我廠指揮中心（基站控制點(diǎn)）比較遠(yuǎn)，屬于基站輻射范圍以外，導(dǎo)致流動(dòng)站無(wú)法接收到有效數(shù)據(jù)，因此有必要在合適的井場(chǎng)或有標(biāo)志性的地段建立永久控制點(diǎn)，例如王洼子控制點(diǎn)設(shè)在鐵邊城24-76井站，周長(zhǎng)控制點(diǎn)設(shè)在羅溝圈10-19井站，以便對(duì)測(cè)量工作起到關(guān)鍵性作用，保證測(cè)繪工作的順利進(jìn)行。

2 GPS定位原理及方程

利用GPS衛(wèi)星進(jìn)行定位測(cè)量的基本原理是：使用GPS接收機(jī)在任意時(shí)刻同時(shí)接收3顆及以上的GPS衛(wèi)星信號(hào)。用戶可以根據(jù)這些信息測(cè)量出測(cè)站點(diǎn)到GPS衛(wèi)星的距離，同時(shí)計(jì)算出這一時(shí)刻GPS的三維坐標(biāo)，根據(jù)距離交會(huì)原理解算出測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。但是，因?yàn)樾l(wèi)星和接收機(jī)之間存在時(shí)鐘誤差，所以，GPS衛(wèi)星定位測(cè)量應(yīng)最少對(duì)4顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)并進(jìn)行定位計(jì)算，可確定四個(gè)距離觀測(cè)方程。

式中：i=1、2、3、4；C為GPS信號(hào)傳輸速度；（Xi，Yi，Zi）為衛(wèi)星軌道所在坐標(biāo)；Ti為各衛(wèi)星所在位置的時(shí)鐘差；Pi為各衛(wèi)星到監(jiān)測(cè)點(diǎn)接收機(jī)天線的距離；待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）和接收機(jī)時(shí)鐘差t為未知數(shù)。

3 GPS的測(cè)量應(yīng)用

3.1 靜態(tài)相對(duì)定位

方法：利用GPS接收機(jī)，安置在每個(gè)基線的端點(diǎn)上，同步觀測(cè)四顆以上的衛(wèi)星0.5～1h，基線的長(zhǎng)度控制在50km以內(nèi)。所有基線構(gòu)成網(wǎng)狀的封閉圖形，然后再經(jīng)過(guò)整體平差處理。

用途：屬于精度最高的作業(yè)模式。多用于大地測(cè)量、控制測(cè)量（點(diǎn)測(cè)量）、變形測(cè)量和工程測(cè)量等。

精度：可達(dá)到5mm+1×10-6。

3.2 即時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量（RTK）測(cè)量原理

GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線接收設(shè)備接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位的原理，實(shí)時(shí)解算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及其精度（即基準(zhǔn)站和流動(dòng)站坐標(biāo)差△x、△y、△H加上基準(zhǔn)坐標(biāo)得到的每個(gè)點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)得出流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)x、y和海拔高H）。

即使動(dòng)態(tài)測(cè)量RTK能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，極大提高了外業(yè)作業(yè)效率。（高頻電磁信號(hào)傳遞）。

硬件設(shè)備：雙頻接收機(jī)+電源+天線+無(wú)線電通信設(shè)備。（我廠目前移動(dòng)站設(shè)備調(diào)置為電臺(tái)模式+無(wú)線電天線）。

觀測(cè)時(shí)間：小于10/每站。

（1）精度：10mm+2×10-6*基線長(zhǎng)（平面）；20mm+2×10-6*基線長(zhǎng)（高程）。

（2）優(yōu)點(diǎn)：觀測(cè)時(shí)間短，可現(xiàn)場(chǎng)得到觀測(cè)成果，得出數(shù)據(jù)。

（3）缺點(diǎn)：無(wú)線通信信號(hào)易受環(huán)境影響，需在可視范圍內(nèi)完成（可測(cè)范圍較短約10km以內(nèi)）。

（4）用途：適用于精度要求相對(duì)不高的施工放樣及碎部測(cè)量。

4 工作實(shí)際中的應(yīng)用

1）2019年6 月白河區(qū)復(fù)測(cè)8宗井場(chǎng)，其中21-426井場(chǎng)無(wú)信號(hào)，導(dǎo)致靜態(tài)點(diǎn)測(cè)量無(wú)法得到數(shù)據(jù)，就使用即時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量。

如圖1所示，對(duì)面井場(chǎng)是21-426井場(chǎng)，位于兩山梁中間低洼溝咀區(qū)，4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)無(wú)法覆蓋，井場(chǎng)無(wú)信號(hào)，無(wú)法進(jìn)行GPS定位，即采取即時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量。具體實(shí)施如下：

（1）選擇與本井場(chǎng)可視范圍內(nèi)直線距離約為2km高處有4G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的點(diǎn)，作為臨時(shí)控制點(diǎn)，并測(cè)出該點(diǎn)坐標(biāo)。

（2）臨時(shí)控制點(diǎn)布設(shè)2臺(tái)移動(dòng)站，其中一臺(tái)調(diào)整參數(shù)設(shè)置為電臺(tái)模式基站，另一臺(tái)調(diào)制設(shè)為電臺(tái)模式移動(dòng)站，如圖1所示。

圖1 臨時(shí)控制點(diǎn)

（3）校準(zhǔn)該電臺(tái)移動(dòng)站，以臨時(shí)控制點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)為校準(zhǔn)點(diǎn)校準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備，此時(shí)注意，臨時(shí)電臺(tái)基站不可移動(dòng)。

（4）帶電臺(tái)移動(dòng)站去21-426井場(chǎng)進(jìn)行井口坐標(biāo)測(cè)量，得出準(zhǔn)確坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

（5）得出數(shù)據(jù)某井一（4 108 969.085，36 502 308.107，1 546.838） 往 年 坐 標(biāo) 數(shù) 據(jù)（4 108 969.20，36 502 308.09，1 546.85）；某井二（4 108 966.564，3 6502 306.080，1 546.842）往年坐標(biāo)數(shù)據(jù)（4 108966.37，36502306.26，1546.85）……等。

2）吳平14井場(chǎng)，某鉆井隊(duì)老井場(chǎng)回鉆，由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶與通信公司糾紛，剪斷附近信號(hào)塔通訊電纜，導(dǎo)致井場(chǎng)無(wú)信號(hào)。即采取電臺(tái)測(cè)量，具體實(shí)施：

（1）選臨時(shí)控制點(diǎn)，耗時(shí)1個(gè)多小時(shí)，終于在井場(chǎng)右側(cè)3km高處找到一處有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)點(diǎn)，作為臨時(shí)控制點(diǎn)，并記錄坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

（2）調(diào)設(shè)電臺(tái)模式，設(shè)置電臺(tái)基站和移動(dòng)站，并校準(zhǔn)移動(dòng)站，離開(kāi)此點(diǎn)，去井場(chǎng)測(cè)量所需坐標(biāo)。

（3）井場(chǎng)正常測(cè)量，并錄取正確坐標(biāo)數(shù)據(jù)，做好記錄，如圖2所示。

圖2 井口測(cè)量

（4）測(cè)量得到某水平井井口坐標(biāo)（4 091 571.693，36 514 938.634，1 437.521），2013年正常網(wǎng)絡(luò)所測(cè)坐標(biāo)為（4 091 571.79，36 514 938.64，1 437.40）；如圖3所示。

圖3 井口復(fù)測(cè)

3）王洼子油區(qū)應(yīng)用。由于王洼子油區(qū)在陳蒿灣基站控制點(diǎn)輻射范圍之外，以至于流動(dòng)站在王洼子油區(qū)無(wú)法接收到有效數(shù)據(jù)，導(dǎo)致坐標(biāo)數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，無(wú)法測(cè)量。因此有必要在王洼子油區(qū)選取一點(diǎn)作為永久控制點(diǎn)，選取24-76井場(chǎng)院子一固定點(diǎn)，利用指揮中心控制點(diǎn)，測(cè)出該點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并對(duì)該坐標(biāo)進(jìn)行校驗(yàn)核準(zhǔn)。長(zhǎng)期保留此坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以便后期架設(shè)基站及校驗(yàn)流動(dòng)基站。

4）井位測(cè)量中應(yīng)注意的問(wèn)題和對(duì)策，由于RTK測(cè)量精度受衛(wèi)星分布精度因子和數(shù)據(jù)鏈性能的影響，而且各個(gè)觀測(cè)值都是獨(dú)立觀測(cè)的，所以正式測(cè)量前必須測(cè)其他已知點(diǎn)，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以判斷參考站和流動(dòng)站各個(gè)參數(shù)設(shè)置是否正確以及數(shù)據(jù)鏈通訊是否正常，確保觀測(cè)成果的可靠性，也就說(shuō)通常說(shuō)的校準(zhǔn)設(shè)備參數(shù)。障礙物極易對(duì)RTK數(shù)據(jù)傳輸鏈路產(chǎn)生干擾，例如山峰丘陵等，油田中存在的大沙梁就會(huì)造成數(shù)據(jù)鏈傳輸信號(hào)的額外衰減。針對(duì)這種問(wèn)題，有兩種解決方式，一種是將參考站架設(shè)立在測(cè)區(qū)中央的高點(diǎn)，如果沒(méi)有高點(diǎn)可通過(guò)搬站的辦法來(lái)解決，把參考站轉(zhuǎn)移到適合作業(yè)的范圍內(nèi)；另一種是通過(guò)把流動(dòng)站中的天線升高，進(jìn)而提高接收信號(hào)的強(qiáng)度，注意避免由于電臺(tái)電量不足而造成性能下降。控制點(diǎn)稀少或者較難到達(dá)的地方，從便捷RTK測(cè)量成果檢核與預(yù)防作業(yè)盲點(diǎn)出現(xiàn)的要求出發(fā)，應(yīng)在測(cè)區(qū)內(nèi)存在的環(huán)境不良的區(qū)域增加控制點(diǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)GPS全球定位系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，在我國(guó)多個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)有所應(yīng)用，推動(dòng)了我國(guó)社會(huì)的進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。GPS在油田井位測(cè)量上的應(yīng)用，不但能夠減少數(shù)據(jù)資料的計(jì)算和處理過(guò)程中人為原因造成的錯(cuò)誤，還可以減少工作量，提高工作效率，但GPS使用的過(guò)程中，應(yīng)與實(shí)際情況進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而提高油田井位測(cè)量的準(zhǔn)確性和正確性。