中國石化河南石油工程設計有限公司

油氣田建設中空間數(shù)據(jù)采集方法

李越 周興澤中國石化河南石油工程設計有限公司

全站儀測量和GPS測量是油氣田建設中常用的方法。在測區(qū)內(nèi)確定控制點，選定已有控制點或利用全站儀引控制點，計算所有控制點坐標。根據(jù)已有控制點，在整個測區(qū)進行碎步測量。把全站儀架在A點，對A點附近的測區(qū)進行碎步測量，碎步測量的內(nèi)容包括地形、地貌測量等。利用GPS進行數(shù)據(jù)采集同樣是分兩步走，控制測量在先，碎步測量在后。首先進行GPS首級控制網(wǎng)的設計。根據(jù)長距離輸油輸氣管道測量規(guī)范，首級控制為E級，并遵循優(yōu)化設計的原則。其次是進行GPS網(wǎng)的觀測。

全站儀測量；GPS測量；控制測量；碎步測量；控制點

1 全站儀測量

項目名稱為“YL油田Y2305等5口井產(chǎn)能建設工程”，測區(qū)位于YL油田，在3度帶38號帶范圍內(nèi)，測區(qū)主要為平原，平均海拔高程為140m，項目任務是提供Y2305等5口新井及其周圍的地形圖，并對其輸油管線、熱工管線、電力線和井場道路走向做出初步設計。經(jīng)過現(xiàn)場踏勘，實地選線，收集已有資料，開始外業(yè)測繪工作，依據(jù)先整體后局部，先控制后碎步的原則，測區(qū)簡易示意圖如圖1所示。

圖1 YL油田井產(chǎn)能建設工程中的測區(qū)示意圖

1.1 控制測量

在測區(qū)內(nèi)確定控制點，選定已有控制點或利用全站儀引控制點，計算所有控制點坐標。首先由1號點和3號點坐標可求出坐標方位角α31，位于第一象限時，位于第二、三象限時，α=R+31位于第四象限時，α=R+2Π。其次31用全站儀測出β角及D1A，α1A=α31+β-Π，XA=X1+D1Acosa1A，YA=Y1+D1Asina1A。D表示兩點間的距離。最后用全站儀測γ角，同理測算出B、C、D三點坐標作為測區(qū)內(nèi)的控制點使用。

1.2 碎步測量

根據(jù)已有控制點，在整個測區(qū)進行碎步測量。首先把全站儀架在A點，對A點附近的測區(qū)進行碎步測量，碎步測量的內(nèi)容包括地形、地貌測量。棱鏡立在各地物點，以全站儀對準棱鏡進行測量。在大片平坦地區(qū)要量取適當個數(shù)的高程點。其次，再對站址進行比例尺為1∶200的碎步測量，點密度為10m。再對整個測區(qū)進行比例尺為1∶1000的碎步測量，在站址附近易于保存的地方埋設3個固定樁，便于測圖、放線和檢核。最后是完成碎步測量。外業(yè)完成后，將全站儀數(shù)據(jù)導出。利用南方CASS8.0軟件完成內(nèi)業(yè)制圖，最終測量和初步設計的成果如圖2所示（依照圖例顯示，圖中虛線部分為設計線路，至此，項目完成）。

圖2 YL油田Y2305等5口井已完成的地形圖

2 GPS測量

全球定位系統(tǒng)GPS是隨著現(xiàn)代科學技術的迅速發(fā)展建立起來的新一代全方位、實時和三維（精度、緯度、高程）的衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。利用GPS進行測量是以GPS衛(wèi)星和用戶接收機天線之間距離的觀測量為基礎，并根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬間坐標來確定用戶接收機所對應的點位，即待觀測點的三維坐標。在觀測過程中由于受到衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差等因素的影響，差分GPS（DGPS）測量是為了得到高精度結(jié)果而將復雜的觀測模式簡易化的方法，能有效地消除各種誤差。

實時動態(tài)測量RTK技術是以載波相位觀測量為依據(jù)的實時差分測量技術，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結(jié)果，并達到厘米級精度，是GPS應用的重大里程碑。GPS從一定程度上改變了傳統(tǒng)野外測繪的施測方式，并成為GIS數(shù)據(jù)采集的重要手段。利用GPS進行數(shù)據(jù)采集同樣是分兩步走，控制測量在先，碎步測量在后，以“JW輸油管道線路改造工程”為例，過程如下。

首先進行GPS首級控制網(wǎng)的設計。根據(jù)長距離輸油輸氣管道測量規(guī)范，首級控制為E級，并遵循優(yōu)化設計的原則。用GPS做首級控制，它采用的基準就是WGS—84坐標系統(tǒng)。而已知的控制資料控制點為地方坐標系下的坐標，這里需要將地方坐標系下的坐標轉(zhuǎn)換為WGS—84坐標系下的坐標。做GPS首級控制網(wǎng)同樣要選點。選點要遵循有關的技術要求。選點后要埋石，對于E級網(wǎng)，采用普通標石，埋設標石時，須使各層標志中心嚴格在同一鉛垂線上，對于天線墩其偏差不得大于5mm，對于一般標石不得大于2mm。強制對中裝置的水平盤面（直徑不小于250mm）最大傾斜不得大于1mm。按照上述選點要求，在已有航測圖上選了一些GPS控制點。采用的布網(wǎng)形式為邊聯(lián)式。首級控制網(wǎng)縮略圖如圖3所示。圖中1、2、3、4為已知控制點，1為JL252，2為GC251，3為V45井，4為河堤某點。結(jié)合地形及通視條件，初步選擇了8個點作為GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀測點。實地選點時應根據(jù)具體情況而定。由于已知點坐標為1954北京坐標，在此不便標明。

圖3 GPS首級控制網(wǎng)縮略圖

其次是進行GPS網(wǎng)的觀測。使用3臺ASHTECH雙頻接收機靜態(tài)觀測，采樣間隔20s，最少觀測衛(wèi)星5顆，衛(wèi)星截止高度角大于15°，觀測時間大于50min，觀測時段大于1，PDOP值小于7。觀測時，精確對中整平，接收機箭頭標志大致對北，天線高量取2次，觀測前后各1次，互差不大于3mm。觀測過程中，不應在天線附近使用無線電通訊設備。對講機、手機應距天線10m以上，車載臺應距天線50m以上。再次是GPS數(shù)據(jù)處理?；€向量解算采用的軟件為ASHTECH廠商提供的SOLUSION軟件?；€向量的質(zhì)量應符合相關的技術要求。最后是GPS控制網(wǎng)平差計算。當復測基線檢核及同步環(huán)、異步環(huán)檢核情況都在允許限差內(nèi)時，說明全網(wǎng)的外業(yè)觀測成果可靠，則可進行下一步的控制網(wǎng)平差計算。約束平差基線向量改正數(shù)與無約束平差的同名基線改正數(shù)的較差不得大于2σ，否則，認為參與約束平差的已知坐標、已知距離、已知方位角的誤差太大，應刪除誤差較大的約束值，直至符合較差限差的要求。先利用已聯(lián)測高程GPS點的正常高和經(jīng)GPS控制網(wǎng)平差得到的大地高，求其高程異常值；然后根據(jù)聯(lián)測高程點的分布、地形、轉(zhuǎn)換后高程的精度，選擇適宜的數(shù)學模型進行GPS高程轉(zhuǎn)換。

對GPS實時動態(tài)測量RTK。首先用RTK做圖根控制。首級控制完成后，用RTK在線路中線附近測量圖根點。本次在已有航測圖上預選了72個圖根點，實地在布好的GPS點上架基準站，然后沿線以一定寬度范圍內(nèi)布設圖根點。圖根點確定后，打下帶小釘?shù)哪緲?，并在點附近做好標記，繪好點記。由一個參考站遷到另一個參考站后應對兩個已測點進行檢核，檢核限差：Δx≤0.2m；Δy≤0.2m；Δh≤0.4m。RTK用于線路轉(zhuǎn)折點測量是其次的工作。線路中線上轉(zhuǎn)點有57個點，按長輸管道測量規(guī)范，RTK用于中線測量時，一般應以國家四等或以上等級點以及加密國家等級點為參考站。所以為了保證精度，在四個已知控制點選擇點作為基準點。

帶狀圖測量采用全站儀自動采集記錄外業(yè)觀測數(shù)據(jù)，自動傳輸數(shù)據(jù)，利用南方CASS7.0專業(yè)測繪軟件繪圖。在通視條件差的山區(qū)，采用RTK技術測繪地形圖。圖4是最終測量成果的部分內(nèi)容（管線全長達33km）。

圖4 JW輸油管道線路改造工程的部分內(nèi)容

3 結(jié)語

在油氣田建設中，空間數(shù)據(jù)采集需要遵循《1∶500，1∶1000，1∶2000地形圖圖式（GB/ T20257.1—2007）》、《油氣田工程測量規(guī)范（GB/ T50537—2009）》、《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范（GB/T18314—2009）》等規(guī)范要求。攝影測量與遙感將成為數(shù)據(jù)采集的新方向，尤其是數(shù)字攝影測量方向，這也是該技術行業(yè)的發(fā)展趨勢之一。

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.062