寧衛(wèi)遠(yuǎn)

(河南省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì),河南鄭州450009)

0 引 言

GPS測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步給地球物理勘探測(cè)量帶來了一次技術(shù)革命,為地球物理勘探技術(shù)的發(fā)展作出了突出的貢獻(xiàn)。近年來GPS衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用表明,衛(wèi)星定位技術(shù)完全能夠滿足物探測(cè)量的要求,它幾乎已經(jīng)取代了常規(guī)測(cè)量方法,使傳統(tǒng)物探測(cè)量發(fā)生了重大的技術(shù)變革。GPS測(cè)量技術(shù)被廣泛用于物探測(cè)量中從控制網(wǎng)的布設(shè)到物理點(diǎn)測(cè)量,產(chǎn)生了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益,起到了基礎(chǔ)性和保障性的作用。

1 RTK測(cè)量任意架設(shè)基準(zhǔn)站的原理及方法

由GPS RTK技術(shù)的原理可知,常規(guī)的GPS RTK基準(zhǔn)站只能架設(shè)于已知點(diǎn)上,但對(duì)于有些作業(yè)條件不太良好的已知點(diǎn),就極大地削弱了基準(zhǔn)站電臺(tái)的發(fā)射效果和流動(dòng)站電臺(tái)的接收功能,在丘嶺或山區(qū)一個(gè)RT K基準(zhǔn)站往往只能覆蓋2 km左右的范圍,大大地降低了RTK的作業(yè)效果。RTK任意架設(shè)基準(zhǔn)站方法是一種比較靈活常用的作業(yè)方法,如果能夠根據(jù)其原理靈活地運(yùn)用并熟悉其優(yōu)缺點(diǎn),便可起到事半功倍的作用。

1.1 任意基準(zhǔn)站方法的原理

RTK技術(shù)是在兩臺(tái)GPS接收機(jī)間加一套無(wú)線電通訊系統(tǒng),基準(zhǔn)站把接收到的所有衛(wèi)星信息(包括偽距和載波相位觀測(cè)值)和基準(zhǔn)站的一些信息(如基準(zhǔn)站的坐標(biāo)、天線高等),通過無(wú)線電通訊系統(tǒng)傳送到流動(dòng)站。在流動(dòng)站完成初始化后,將基準(zhǔn)站傳送來的載波觀測(cè)信號(hào)和本身收到的載波觀測(cè)信號(hào)進(jìn)行差分處理,實(shí)時(shí)求解出兩站間的基線值,進(jìn)而由基準(zhǔn)站的坐標(biāo)求得流動(dòng)站的WGS-84坐標(biāo),通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,即可實(shí)時(shí)求得實(shí)用的坐標(biāo)并給出相應(yīng)的點(diǎn)位精度。

基于RTK的工作原理,流動(dòng)站與基準(zhǔn)站是一種相對(duì)的關(guān)系,流動(dòng)站的絕對(duì)精度取決于基準(zhǔn)站的絕對(duì)精度,而地方格網(wǎng)坐標(biāo)與 GPS工作坐標(biāo)(WGS-84坐標(biāo))也是一種相對(duì)關(guān)系。因此,任意基準(zhǔn)站法就是在不需要精確WGS-84坐標(biāo)的時(shí)候利用這種相對(duì)關(guān)系。任意基準(zhǔn)站法分兩種情況:已有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系和沒有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。

1)已有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下的任意基準(zhǔn)站法

在已有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系的情況下,我們可以利用流動(dòng)站反求基準(zhǔn)站坐標(biāo)。基準(zhǔn)站同流動(dòng)站的設(shè)置均無(wú)需改動(dòng),在選好基準(zhǔn)站的位置后,首先讓基準(zhǔn)站單點(diǎn)定位獲取坐標(biāo)發(fā)射數(shù)據(jù),待流動(dòng)站初始化達(dá)到相應(yīng)精度后則選取一已知點(diǎn)測(cè)量并記錄坐標(biāo),同已知坐標(biāo)進(jìn)行比較,將差值代入基準(zhǔn)站,求得基準(zhǔn)站正確坐標(biāo),將正確坐標(biāo)輸入基準(zhǔn)站并發(fā)射數(shù)據(jù),然后再次校正已知點(diǎn),如此反復(fù)迭代。一般一次即可。

2)無(wú)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù),只有地方格網(wǎng)坐標(biāo)的情況下的任意基準(zhǔn)站法

在沒有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系的情況下,則采用地方格網(wǎng)坐標(biāo)與WGS-84坐標(biāo)的相對(duì)關(guān)系,求取臨時(shí)轉(zhuǎn)換關(guān)系。

首先選好位置架設(shè)基準(zhǔn)站,基準(zhǔn)站同流動(dòng)站都設(shè)置為GPS的默認(rèn)WGS-84坐標(biāo),基準(zhǔn)站依然采取單點(diǎn)定位法測(cè)得一個(gè)坐標(biāo)值,該坐標(biāo)為WGS-84坐標(biāo),然后以當(dāng)前坐標(biāo)參與基準(zhǔn)站的工作。待流動(dòng)站初始化達(dá)到精度后采集至少兩個(gè)已知點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo),最好已知三個(gè)點(diǎn)到四個(gè)點(diǎn)的格網(wǎng)坐標(biāo),以方便校核。利用同名點(diǎn)在流動(dòng)站內(nèi)求取轉(zhuǎn)換參數(shù),基準(zhǔn)站無(wú)需求取轉(zhuǎn)換參數(shù),若有其他多臺(tái)流動(dòng)站同時(shí)工作,只需將求取的轉(zhuǎn)換參數(shù)傳輸?shù)狡渌鲃?dòng)站即可。

當(dāng)流動(dòng)站超過基準(zhǔn)站工作范圍,基準(zhǔn)站位置需重新選擇時(shí),在未移動(dòng)基準(zhǔn)站時(shí)可以采用流動(dòng)站采集位置,將WGS-84坐標(biāo)輸入基準(zhǔn)站,然后將基準(zhǔn)站架設(shè)在所采集的位置上。

1.2 華測(cè)RTK任意架設(shè)基站的作業(yè)方法

RTK作業(yè)時(shí),基站可根據(jù)需要任意架設(shè)在不同位置,可以在空曠的位置、地勢(shì)相對(duì)比較高的位置或者是離測(cè)區(qū)或控制點(diǎn)比較近的位置,不需要嚴(yán)格對(duì)中整平,只要把基站固定即可,移動(dòng)站通過做點(diǎn)校正或者是“重置當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)”,然后進(jìn)行RT K測(cè)量。

RTK測(cè)量啟動(dòng)基站時(shí)一般用手簿啟動(dòng),也就是用手簿連接基站主機(jī),然后去啟動(dòng)基站,而任意架站也是要用手簿啟動(dòng),直接用當(dāng)時(shí)單點(diǎn)定位獲取的坐標(biāo)啟動(dòng)基站。這樣做比較繁瑣,每次要用手簿去啟動(dòng)基站,啟動(dòng)完了移動(dòng)站才能去測(cè)控制點(diǎn)或去測(cè)區(qū)。華測(cè)公司根據(jù)需求設(shè)計(jì)了基站自啟動(dòng)功能,即把基站設(shè)置為自啟動(dòng)功能后,開機(jī)即可發(fā)射差分?jǐn)?shù)據(jù),移動(dòng)站收到數(shù)據(jù)就開始差分,然后做點(diǎn)校正或重置當(dāng)?shù)刈鴺?biāo),就可以開始后面測(cè)量過工作了。自啟動(dòng)基準(zhǔn)站原理是:基準(zhǔn)站主機(jī)設(shè)置為“自啟動(dòng)基準(zhǔn)站”之后,基準(zhǔn)站主機(jī)開機(jī)后,搜索衛(wèi)星,內(nèi)部達(dá)到3D解(單點(diǎn)定位)后,主機(jī)會(huì)自動(dòng)按這個(gè)單點(diǎn)定位的坐標(biāo)發(fā)射差分?jǐn)?shù)據(jù),就相當(dāng)于用這個(gè)坐標(biāo)啟動(dòng)的基準(zhǔn)站,無(wú)需用手簿進(jìn)行連接,方便簡(jiǎn)單;而對(duì)于移動(dòng)站,收到差分?jǐn)?shù)據(jù)后,進(jìn)行差分,達(dá)到差分解(浮動(dòng)解或者固定解),然后做點(diǎn)校正或重置當(dāng)?shù)刈鴺?biāo),即可開始測(cè)量或放樣工作了。

2 物探RTK測(cè)量的質(zhì)量控制

2.1 快速靜態(tài)比較法

在進(jìn)行RTK觀測(cè)的同時(shí),對(duì)某些RTK點(diǎn)再做一次快速靜態(tài)觀測(cè),事后對(duì)這些點(diǎn)的RTK成果和快速靜態(tài)成果進(jìn)行比較分析,從而檢查RTK成果是否有質(zhì)量問題。采用這種方法作快速靜態(tài)時(shí),需要流動(dòng)站和基準(zhǔn)站約定好同時(shí)記錄原始觀測(cè)數(shù)據(jù),因?yàn)樵谡５?RTK觀測(cè)時(shí),基準(zhǔn)站并不記錄原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。快速靜態(tài)的采樣間隔可以采用RTK的采樣間隔。觀測(cè)時(shí)間視基線的長(zhǎng)短可以為5～10 min或更長(zhǎng)的時(shí)間。石油物探測(cè)量規(guī)范要求,在物探測(cè)線端點(diǎn)必須采用快速靜態(tài)測(cè)量方式復(fù)測(cè)端點(diǎn)坐標(biāo)以保證測(cè)線端點(diǎn)放樣的質(zhì)量。

2.2 重測(cè)比較法

重測(cè)比較法是在每次重新初始化成功后,先重測(cè)附近已測(cè)過的RTK點(diǎn)1～3個(gè),并現(xiàn)場(chǎng)比較其成果,從而判斷這次的初始化是否正確可靠。確認(rèn)初始化沒有問題以后,才進(jìn)行新的RTK觀測(cè)。石油物探測(cè)量規(guī)范中明確規(guī)定:

1)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量有下列情況之一應(yīng)復(fù)測(cè)兩個(gè)以上物理點(diǎn)檢核后才能進(jìn)行施工。

—每日施工前;

—搬遷至新的參考站:

—接收機(jī)或電子手簿內(nèi)的數(shù)據(jù)或參數(shù)更新后。

2)每條測(cè)線的均勻復(fù)測(cè)率應(yīng)達(dá)到該測(cè)線物理點(diǎn)數(shù)的1%;

3)復(fù)測(cè)點(diǎn)與原測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)互差限差為

Δx≤0.6 m;Δy≤0.6 m;Δh≤0.1 m

2.3 穿線比較法

這種方法和重測(cè)比較法略有不同,是在某一部分測(cè)區(qū)的RTK基本完成后,重新布測(cè)一條RTK測(cè)量鏈,用于整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)的 RTK成果質(zhì)量控制。該測(cè)區(qū)內(nèi)每一條RTK測(cè)量鏈上取一個(gè)RTK點(diǎn)組成一條新的RTK測(cè)量鏈,新布設(shè)的這條RT K測(cè)量鏈穿過整個(gè)測(cè)區(qū)。通過比對(duì)這條測(cè)量鏈上的RTK成果,來判斷該測(cè)區(qū)內(nèi)全部的RTK測(cè)量鏈?zhǔn)欠裼匈|(zhì)量問題。這種方法進(jìn)行質(zhì)量控制的實(shí)時(shí)性不如重測(cè)比較法,但可以一次檢查多條RTK測(cè)量鏈的成果質(zhì)量,所以一般適用于主管部門進(jìn)行RTK測(cè)量成果質(zhì)量檢查和成果驗(yàn)收。

2.4 電臺(tái)變頻法

該方法需在測(cè)區(qū)內(nèi)建立兩個(gè)或兩個(gè)以上的基準(zhǔn)站,每個(gè)基準(zhǔn)站采用各自不同的頻率發(fā)射差分改正數(shù)據(jù),流動(dòng)站RTK觀測(cè)時(shí),其電臺(tái)配備有變頻開關(guān),可以選擇接收不同的基準(zhǔn)站發(fā)射的差分改正數(shù),從而在每個(gè)RTK觀測(cè)點(diǎn)上獲得多個(gè)RTK成果。實(shí)時(shí)地比較多個(gè)RTK成果數(shù)據(jù)就可以判斷這次觀測(cè)有無(wú)質(zhì)量問題。這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以完全實(shí)時(shí)地對(duì)某個(gè)RTK點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量控制,但需要有兩個(gè)或兩個(gè)以上的基準(zhǔn)站,流動(dòng)站的電臺(tái)用需要有變頻選擇功能。

3 RTK任意架設(shè)基準(zhǔn)站技術(shù)在物探測(cè)量中的應(yīng)用

根據(jù)中石化股份有限責(zé)任公司2010年度鄂爾多斯盆地旬邑-宜君區(qū)塊地震勘探的部署要求,決定在鄂爾多斯盆地旬邑-宜君工區(qū)實(shí)施二維地震勘探。旬邑-宜君區(qū)塊面積2028.9 km2,構(gòu)造位置位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡南緣與渭北隆起交界部位,該區(qū)塊屬典型山地地形,山體最大落差達(dá)百米以上,巖石出露,砂泥巖互層(砂厚泥薄)。東部少部分黃土塬地貌,黃土厚度由幾米到30 m,黃土塬常年受雨水沖刷,形成樹枝狀溝谷,塬上村莊、農(nóng)田、果園連片分布。山中灌木叢生,森林覆蓋率達(dá)46.2%,縱橫交錯(cuò)的溝谷和直立山體、茂密的植被等給施工帶來困難。西部的測(cè)線多位于深山中,山體落差極大、不容易攀爬,植被主要是針葉林(松柏樹)和灌木林,樹木高度約在6 m以上,且密度大,穿行其間極為困難。根據(jù)前期控制作業(yè)實(shí)驗(yàn),山頂 RTK信號(hào)尚可,半山坡和山谷中由于受植被、山體的影響,接收信號(hào)極為困難或者接收不到信號(hào),流動(dòng)站能接收到基準(zhǔn)站的有效距離最大不超過2 km。

根據(jù)項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)要求和測(cè)區(qū)實(shí)際情況,物探放樣測(cè)量作業(yè)決定采用華測(cè)天驕X90(實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)水平精度±(10+1×10-6×D)mm,垂直精度±(20+1×10-6×D)mm)任意架設(shè)基準(zhǔn)站技術(shù)與常規(guī)測(cè)量方法相結(jié)合的作業(yè)模式,對(duì)于密林、溝底等無(wú)法進(jìn)行RTK作業(yè)的地方,采用全站儀放樣、定測(cè)。RTK基準(zhǔn)站架設(shè)盡量選擇無(wú)電磁干擾、地勢(shì)高的地方,以提高電臺(tái)信號(hào)的傳輸距離,并提高電臺(tái)的發(fā)射功率,以擴(kuò)大流動(dòng)站的作業(yè)范圍,使信號(hào)不易失鎖。通過這樣的作業(yè)方式提高了RTK測(cè)量的作業(yè)速度,保證了作業(yè)質(zhì)量。任意架設(shè)基準(zhǔn)站技術(shù),主要有以下優(yōu)點(diǎn):

1)提高精度:基準(zhǔn)站可架設(shè)在測(cè)線附近或測(cè)區(qū)中間,縮小基線距離,提高定位精度;

2)基準(zhǔn)站架設(shè)方便,可選擇更安全,更方便,更有利,更空曠的地理位置,特別是控制點(diǎn)上面有覘標(biāo)或環(huán)境不好的已知點(diǎn),會(huì)影響基站的架設(shè)或衛(wèi)星信號(hào);

3)不需要嚴(yán)格對(duì)中整平,方便快捷,省時(shí)省力,減少了對(duì)中誤差的影響;

4)不用手簿啟動(dòng),開機(jī)即可發(fā)射,避免啟動(dòng)的繁瑣,方便快捷。任意架設(shè)基準(zhǔn)站技術(shù),能極大提高作業(yè)效率。每個(gè)放樣點(diǎn)只需要停留5～10 s的時(shí)間,儀器僅需一人操作,作業(yè)速度快,勞動(dòng)強(qiáng)度低,節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用,提高了勞動(dòng)效率。在一般的地形條件下,RTK設(shè)站一次即可測(cè)完4 km半徑的測(cè)區(qū),同常規(guī)RTK作業(yè)模式相比,大大減少了所需的控制點(diǎn)數(shù)量和傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器的“搬站”次數(shù)。

表1,2為該工程中部分實(shí)際工作理論數(shù)據(jù)與放樣數(shù)據(jù)、測(cè)線起點(diǎn)與終點(diǎn)RTK放樣與靜態(tài)檢查數(shù)據(jù)對(duì)比,該項(xiàng)目的質(zhì)量控制措施主要為快速靜態(tài)比較法和重測(cè)比較法。

表1 理論數(shù)據(jù)與放樣數(shù)據(jù)對(duì)比表

表2 RTK放樣測(cè)定坐標(biāo)與快速靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比表

4 結(jié) 論

通過對(duì)以上數(shù)據(jù)對(duì)比分析可以看出,放樣測(cè)定點(diǎn)的坐標(biāo)與理論坐標(biāo)值都在規(guī)定限差以內(nèi),RTK放樣坐標(biāo)與靜態(tài)檢查坐標(biāo)比較,差值最大0.11 m這樣的精度則完全可以滿足《石油物探測(cè)量規(guī)范》要求。實(shí)踐證明:RTK任意架設(shè)基準(zhǔn)站作業(yè)模式,能進(jìn)一步提高測(cè)量作業(yè)效率,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)省了測(cè)量費(fèi)用,使測(cè)量變得更輕松容易,但是,在利用RTK技術(shù)的同時(shí),我們自己也要做到因地制宜、結(jié)合實(shí)際、將各種測(cè)量手段合理運(yùn)用起來,在生產(chǎn)中做到“高效率、高質(zhì)量、高利益”。GPS任意基準(zhǔn)站法的優(yōu)越性在于靈活機(jī)動(dòng),應(yīng)用方便,高效且相對(duì)精度高。這種方法在物探測(cè)量中所能達(dá)到的精度及適用條件,完全滿足物探測(cè)量技術(shù)要求,并為同類作業(yè)提供參考。

[1] 李征航,黃勁松.GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2005:123-124.

[2] 陳鴻興.GPS RTK技術(shù)在送電線路測(cè)量中的應(yīng)用[J].云南電力設(shè)計(jì),2007(6):21-22.

[3] 張 偉,張東升.GPS(RTK)基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].科技資訊,2006(16):38-39.

[4] 王 峰,高 飛.關(guān)于RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)的探討和分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2007,7(20):42-43.

[5] 國(guó)家測(cè)繪局.中華人民共和國(guó)測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GH/T2009-2010:全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)技術(shù)規(guī)范[S].北京:測(cè)繪出版社,2010.

[6] 中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司.《石油物探測(cè)量規(guī)范》SY/T5171-2003[M].石油工業(yè)出版社,2003.