GPS 靜態(tài)與常規(guī)測量方法在國外復(fù)雜地形中的聯(lián)合應(yīng)用

李佃鋒，葉友龍，馬春麗

（中石化石油工程地球物理有限公司華東分公司，江蘇 揚(yáng)州225007）

1 引言

加蓬某區(qū)塊二維地震勘探項(xiàng)目是中國石化集團(tuán)國際石油勘探開發(fā)公司與加蓬政府能礦部的一個合作項(xiàng)目，該區(qū)塊中部和南部為國家級森林自然保護(hù)區(qū)，森林覆蓋率極高，工區(qū)中西部分布有與大西洋溝通的大面積的瀉湖，東部為山丘地形，地形起伏大，中部有一條大河橫貫東西，在瀉湖四周和大河兩岸沼澤密布，工區(qū)內(nèi)交通極為匱乏，道路稀少。這些復(fù)雜的自然條件給物探測量工作出了一個極大的難題，即如果全部采用GPS 作業(yè)，由于森林覆蓋率極高，可實(shí)施性基本為零，如果采用全站儀作業(yè)，由于控制點(diǎn)太少，交通困難，首級控制測量工作都難于完成，對此，測量技術(shù)主管召集技術(shù)骨干研究對策，最終決定采用GPS+全站儀聯(lián)合作業(yè)的方法，即利用GPS布設(shè)首級控制網(wǎng)及導(dǎo)線控制點(diǎn)，利用全站儀進(jìn)行物理點(diǎn)放樣。

2 布設(shè)首級控制網(wǎng)及導(dǎo)線控制點(diǎn)

①首級控制。工區(qū)內(nèi)分布有加蓬國家等級三角點(diǎn)3 個，確定使用這三個點(diǎn)為首級控制網(wǎng)的起算點(diǎn)，控制網(wǎng)采用GPS 靜態(tài)方法按石油物探II 級GPS 網(wǎng)要求布設(shè)。由于工區(qū)內(nèi)森林覆蓋率極高，供GPS 靜態(tài)觀測的場地很少，只有幾個面積很小的草原，如果在靠近森林的地方選點(diǎn)，由于首級控制精度要求高，必須進(jìn)行清場工作[1]，將方圓50m 范圍內(nèi)的樹木伐倒并清理干凈，工作量非常大且會對環(huán)境造成很大破壞，同時影響作業(yè)進(jìn)度，因此，控制網(wǎng)的設(shè)計和選點(diǎn)成為首級控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，既要將點(diǎn)位選在開闊、無須太多清場工作的地方，又要使點(diǎn)數(shù)能滿足施工的需要，即以最少的網(wǎng)點(diǎn)滿足控制的需要。首先根據(jù)工區(qū)遙感圖在小草原和大路附近設(shè)計了7 個網(wǎng)點(diǎn)，點(diǎn)位分布比較均勻，控制距離均在15km 以內(nèi)，能控制到整個工區(qū)。在經(jīng)過幾天的實(shí)地踏勘后，確定都能到達(dá)點(diǎn)位，并且觀測環(huán)境較好。埋石穩(wěn)定后，進(jìn)行觀測，為了保證后期處理能一次通過，不耽誤生產(chǎn)，采取2 時段觀測方法，每個時段采集時間大于2h。最終控制網(wǎng)一次通過處理，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到規(guī)范要求，并通過了甲方的驗(yàn)收。

②加密控制。加密控制點(diǎn)的作用是為導(dǎo)線放樣提供起閉方位和坐標(biāo)，由于工區(qū)范圍大，所需控制點(diǎn)多，前期全部布設(shè)到位不現(xiàn)實(shí)，因此，采用邊生產(chǎn)邊加密的方法進(jìn)行，即先加密一定數(shù)量的控制點(diǎn)，滿足前期生產(chǎn)需要，然后專門成立一個加密控制組，只負(fù)責(zé)加密控制的工作，保持加密控制進(jìn)度始終快于放樣工作進(jìn)度，使放樣工作有控制點(diǎn)可用[2]。加密形式是一對一對地加密，即每次加密最少兩個點(diǎn)，兩個點(diǎn)之間必須通視，兩點(diǎn)間距離滿足SY/T 5171—2003《石油物探測量規(guī)范》對導(dǎo)線起閉邊長的要求。加密控制采用單環(huán)（三邊環(huán)）靜態(tài)方法布設(shè)，即在首級控制網(wǎng)點(diǎn)架設(shè)一臺GPS，在兩個加密點(diǎn)上分別架設(shè)一臺GPS，同步觀測1h 以上。由于加密控制點(diǎn)必須靠近測線，以減少上線過程中的砍伐樹木工作，選點(diǎn)基本沒有靈活性，絕大部分點(diǎn)位均在森林中，每個點(diǎn)都要進(jìn)行清場工作，并且交通極差，車輛無法到達(dá)點(diǎn)位，因此，做點(diǎn)效率較低，一天最多只能做兩對點(diǎn)，大部分時間只能做一對點(diǎn)。加密控制點(diǎn)時必須遵循這樣的原則，即先布設(shè)供導(dǎo)線起始使用的控制點(diǎn)，后布設(shè)導(dǎo)線閉合使用的控制點(diǎn)，這樣的好處是使放樣工作不至于等待起始點(diǎn)。然后在放樣過程中，再選擇合適的位置布設(shè)閉合控制點(diǎn)。

3 測線放樣

本區(qū)塊陸上部分基本覆蓋了原始森林，RTK 方法根本無法作業(yè)，只有瀉湖可以采用RTK 方法進(jìn)行放樣，而工區(qū)陸上部分占了90%之多，因此，放樣工作主要使用全站儀采用導(dǎo)線方法進(jìn)行，只有瀉湖上使用RTK 方法。

在加密一定數(shù)量的控制點(diǎn)后開始測線放樣，放樣采用的形式是：清線組和放樣組綜合在一個組里，邊清線邊放樣，在測站上線后，由測站指揮清線組一直沿著測線方向前進(jìn)，使導(dǎo)線成直伸形[3]。這樣的形式有三個好處：一是走最短的路線完成放樣工作；二是清線后形成的通道可供后序班組使用；三是直伸形導(dǎo)線可減小由角度引起的點(diǎn)位誤差。

本次項(xiàng)目我們使用的是徠卡公司的TC802 全站儀，該型號是針對放樣工作設(shè)計的，在設(shè)站輸入起算數(shù)據(jù)后，就可根據(jù)室內(nèi)上傳至儀器內(nèi)的物理點(diǎn)樁號和坐標(biāo)進(jìn)行放樣，同時進(jìn)行導(dǎo)線觀測。在導(dǎo)線觀測過程中，各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)就已經(jīng)由儀器實(shí)時計算出來并存貯，儀器搬至下一站后，設(shè)站時輸入導(dǎo)線點(diǎn)名，儀器自動調(diào)用該點(diǎn)的坐標(biāo)，后視定向后就可以進(jìn)行坐標(biāo)放樣[4]。這樣的作業(yè)方式方便了野外操作，不需要在導(dǎo)線處理完后再重新走一遍通道進(jìn)行物理點(diǎn)放樣，節(jié)省了大量的人力和時間，但必須考慮到的問題是，儀器計算各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)時使用的邊長是野外觀測值，并未加入曲率改正，隨著導(dǎo)線越來越長，累積的誤差也將越來越大，根據(jù)計算，本區(qū)塊每公里的曲率改正為33cm，而由于加密控制點(diǎn)布設(shè)難度大，導(dǎo)線長度一般都在5km 左右，有的甚至達(dá)到10km，可見累積誤差并不小，離導(dǎo)線起始點(diǎn)越遠(yuǎn)的物理點(diǎn)放樣值與理論值誤差越大。由于地形復(fù)雜，各小組每天的工作量均在1km 左右，在困難地段只有幾百米，一天下來的累積誤差并不大，最大的才30cm 左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于二維地震采集規(guī)范限制的最大值，因此，當(dāng)天內(nèi)的數(shù)據(jù)并不會出現(xiàn)問題，要解決的是第二天、第三天，直到導(dǎo)線閉合這幾天的改正問題。我們解決這個問題的措施是每天收工后將數(shù)據(jù)下載到計算機(jī)中，使用國際物探市場通用的Gpseismic 軟件按支導(dǎo)線計算一遍（計算過程中軟件自動加入曲率改正），得到各導(dǎo)線點(diǎn)的新坐標(biāo)。第二天設(shè)站時本站和后視坐標(biāo)均手工輸入新坐標(biāo)，不調(diào)用儀器內(nèi)的坐標(biāo)，收工后再將第二天的原始數(shù)據(jù)與第一天的原始數(shù)據(jù)連接起來按支導(dǎo)線計算，以此類推。這樣就很好地解決了曲率改正的問題，整個工區(qū)未出現(xiàn)誤差超限的物理點(diǎn)。

4 施工經(jīng)驗(yàn)

通過本區(qū)塊二維地震采集項(xiàng)目的測量工作，得出以下幾條經(jīng)驗(yàn)：

①在使用GPS 和全站儀聯(lián)合作業(yè)的復(fù)雜工區(qū)，首級控制一定要科學(xué)合理設(shè)計，既滿足施工需要，又不布設(shè)多余網(wǎng)點(diǎn)。

②加密控制點(diǎn)先滿足導(dǎo)線起始點(diǎn)的需要，在放樣過程中加密導(dǎo)線閉合點(diǎn)。

③導(dǎo)線觀測與放樣工作同時進(jìn)行時必須考慮曲率改正，高海拔地區(qū)還要考慮高程對邊長改正的影響。

5 結(jié)論

通過本次項(xiàng)目的順利施工，并通過了甲方竣工驗(yàn)收，得出以下結(jié)論：

①在森林覆蓋率極大的工區(qū)，使用GPS 靜態(tài)結(jié)合常規(guī)測量方法完全可行；

②使用本方法過程中，每條導(dǎo)線每天的工作量最好不要超過2km（實(shí)際也很難達(dá)到）。