寧衛(wèi)遠

(河南省煤田地質(zhì)局物探測量隊,河南鄭州450009)

0 引 言

GPS測量技術(shù)的進步給地球物理勘探測量帶來了一次技術(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。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量的要求,它幾乎已經(jīng)取代了常規(guī)測量方法,使傳統(tǒng)物探測量發(fā)生了重大的技術(shù)變革。GPS測量技術(shù)被廣泛用于物探測量中從控制網(wǎng)的布設(shè)到物理點測量,產(chǎn)生了良好的社會和經(jīng)濟效益,起到了基礎(chǔ)性和保障性的作用。

1 RTK測量任意架設(shè)基準站的原理及方法

由GPS RTK技術(shù)的原理可知,常規(guī)的GPS RTK基準站只能架設(shè)于已知點上,但對于有些作業(yè)條件不太良好的已知點,就極大地削弱了基準站電臺的發(fā)射效果和流動站電臺的接收功能,在丘嶺或山區(qū)一個RT K基準站往往只能覆蓋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)其原理靈活地運用并熟悉其優(yōu)缺點,便可起到事半功倍的作用。

1.1 任意基準站方法的原理

RTK技術(shù)是在兩臺GPS接收機間加一套無線電通訊系統(tǒng),基準站把接收到的所有衛(wèi)星信息(包括偽距和載波相位觀測值)和基準站的一些信息(如基準站的坐標、天線高等),通過無線電通訊系統(tǒng)傳送到流動站。在流動站完成初始化后,將基準站傳送來的載波觀測信號和本身收到的載波觀測信號進行差分處理,實時求解出兩站間的基線值,進而由基準站的坐標求得流動站的WGS-84坐標,通過坐標轉(zhuǎn)換,即可實時求得實用的坐標并給出相應(yīng)的點位精度。

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

1)已有坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下的任意基準站法

在已有坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系的情況下,我們可以利用流動站反求基準站坐標?；鶞收就鲃诱镜脑O(shè)置均無需改動,在選好基準站的位置后,首先讓基準站單點定位獲取坐標發(fā)射數(shù)據(jù),待流動站初始化達到相應(yīng)精度后則選取一已知點測量并記錄坐標,同已知坐標進行比較,將差值代入基準站,求得基準站正確坐標,將正確坐標輸入基準站并發(fā)射數(shù)據(jù),然后再次校正已知點,如此反復(fù)迭代。一般一次即可。

2)無坐標轉(zhuǎn)換參數(shù),只有地方格網(wǎng)坐標的情況下的任意基準站法

在沒有坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系的情況下,則采用地方格網(wǎng)坐標與WGS-84坐標的相對關(guān)系,求取臨時轉(zhuǎn)換關(guān)系。

首先選好位置架設(shè)基準站,基準站同流動站都設(shè)置為GPS的默認WGS-84坐標,基準站依然采取單點定位法測得一個坐標值,該坐標為WGS-84坐標,然后以當前坐標參與基準站的工作。待流動站初始化達到精度后采集至少兩個已知點的WGS-84坐標,最好已知三個點到四個點的格網(wǎng)坐標,以方便校核。利用同名點在流動站內(nèi)求取轉(zhuǎn)換參數(shù),基準站無需求取轉(zhuǎn)換參數(shù),若有其他多臺流動站同時工作,只需將求取的轉(zhuǎn)換參數(shù)傳輸?shù)狡渌鲃诱炯纯伞?/p>

當流動站超過基準站工作范圍,基準站位置需重新選擇時,在未移動基準站時可以采用流動站采集位置,將WGS-84坐標輸入基準站,然后將基準站架設(shè)在所采集的位置上。

1.2 華測RTK任意架設(shè)基站的作業(yè)方法

RTK作業(yè)時,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、地勢相對比較高的位置或者是離測區(qū)或控制點比較近的位置,不需要嚴格對中整平,只要把基站固定即可,移動站通過做點校正或者是“重置當?shù)刈鴺恕?然后進行RT K測量。

RTK測量啟動基站時一般用手簿啟動,也就是用手簿連接基站主機,然后去啟動基站,而任意架站也是要用手簿啟動,直接用當時單點定位獲取的坐標啟動基站。這樣做比較繁瑣,每次要用手簿去啟動基站,啟動完了移動站才能去測控制點或去測區(qū)。華測公司根據(jù)需求設(shè)計了基站自啟動功能,即把基站設(shè)置為自啟動功能后,開機即可發(fā)射差分數(shù)據(jù),移動站收到數(shù)據(jù)就開始差分,然后做點校正或重置當?shù)刈鴺?就可以開始后面測量過工作了。自啟動基準站原理是:基準站主機設(shè)置為“自啟動基準站”之后,基準站主機開機后,搜索衛(wèi)星,內(nèi)部達到3D解(單點定位)后,主機會自動按這個單點定位的坐標發(fā)射差分數(shù)據(jù),就相當于用這個坐標啟動的基準站,無需用手簿進行連接,方便簡單;而對于移動站,收到差分數(shù)據(jù)后,進行差分,達到差分解(浮動解或者固定解),然后做點校正或重置當?shù)刈鴺?即可開始測量或放樣工作了。

2 物探RTK測量的質(zhì)量控制

2.1 快速靜態(tài)比較法

在進行RTK觀測的同時,對某些RTK點再做一次快速靜態(tài)觀測,事后對這些點的RTK成果和快速靜態(tài)成果進行比較分析,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,需要流動站和基準站約定好同時記錄原始觀測數(shù)據(jù),因為在正常的 RTK觀測時,基準站并不記錄原始觀測數(shù)據(jù)?？焖凫o態(tài)的采樣間隔可以采用RTK的采樣間隔。觀測時間視基線的長短可以為5～10 min或更長的時間。石油物探測量規(guī)范要求,在物探測線端點必須采用快速靜態(tài)測量方式復(fù)測端點坐標以保證測線端點放樣的質(zhì)量。

2.2 重測比較法

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

1)實時動態(tài)測量有下列情況之一應(yīng)復(fù)測兩個以上物理點檢核后才能進行施工。

—每日施工前;

—搬遷至新的參考站:

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

2)每條測線的均勻復(fù)測率應(yīng)達到該測線物理點數(shù)的1%;

3)復(fù)測點與原測點的坐標互差限差為

Δx≤0.6 m;Δy≤0.6 m;Δh≤0.1 m

2.3 穿線比較法

這種方法和重測比較法略有不同,是在某一部分測區(qū)的RTK基本完成后,重新布測一條RTK測量鏈,用于整個測區(qū)內(nèi)的 RTK成果質(zhì)量控制。該測區(qū)內(nèi)每一條RTK測量鏈上取一個RTK點組成一條新的RTK測量鏈,新布設(shè)的這條RT K測量鏈穿過整個測區(qū)。通過比對這條測量鏈上的RTK成果,來判斷該測區(qū)內(nèi)全部的RTK測量鏈是否有質(zhì)量問題。這種方法進行質(zhì)量控制的實時性不如重測比較法,但可以一次檢查多條RTK測量鏈的成果質(zhì)量,所以一般適用于主管部門進行RTK測量成果質(zhì)量檢查和成果驗收。

2.4 電臺變頻法

該方法需在測區(qū)內(nèi)建立兩個或兩個以上的基準站,每個基準站采用各自不同的頻率發(fā)射差分改正數(shù)據(jù),流動站RTK觀測時,其電臺配備有變頻開關(guān),可以選擇接收不同的基準站發(fā)射的差分改正數(shù),從而在每個RTK觀測點上獲得多個RTK成果。實時地比較多個RTK成果數(shù)據(jù)就可以判斷這次觀測有無質(zhì)量問題。這種方法的最大優(yōu)點是可以完全實時地對某個RTK點進行質(zhì)量控制,但需要有兩個或兩個以上的基準站,流動站的電臺用需要有變頻選擇功能。

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

根據(jù)中石化股份有限責任公司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46.2%,縱橫交錯的溝谷和直立山體、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)實驗,山頂 RTK信號尚可,半山坡和山谷中由于受植被、山體的影響,接收信號極為困難或者接收不到信號,流動站能接收到基準站的有效距離最大不超過2 km。

根據(jù)項目施工設(shè)計要求和測區(qū)實際情況,物探放樣測量作業(yè)決定采用華測天驕X90(實時動態(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)基準站技術(shù)與常規(guī)測量方法相結(jié)合的作業(yè)模式,對于密林、溝底等無法進行RTK作業(yè)的地方,采用全站儀放樣、定測。RTK基準站架設(shè)盡量選擇無電磁干擾、地勢高的地方,以提高電臺信號的傳輸距離,并提高電臺的發(fā)射功率,以擴大流動站的作業(yè)范圍,使信號不易失鎖。通過這樣的作業(yè)方式提高了RTK測量的作業(yè)速度,保證了作業(yè)質(zhì)量。任意架設(shè)基準站技術(shù),主要有以下優(yōu)點:

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

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

3)不需要嚴格對中整平,方便快捷,省時省力,減少了對中誤差的影響;

4)不用手簿啟動,開機即可發(fā)射,避免啟動的繁瑣,方便快捷。任意架設(shè)基準站技術(shù),能極大提高作業(yè)效率。每個放樣點只需要停留5～10 s的時間,儀器僅需一人操作,作業(yè)速度快,勞動強度低,節(jié)省了外業(yè)費用,提高了勞動效率。在一般的地形條件下,RTK設(shè)站一次即可測完4 km半徑的測區(qū),同常規(guī)RTK作業(yè)模式相比,大大減少了所需的控制點數(shù)量和傳統(tǒng)測量儀器的“搬站”次數(shù)。

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

表1 理論數(shù)據(jù)與放樣數(shù)據(jù)對比表

表2 RTK放樣測定坐標與快速靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)對比表

4 結(jié) 論

通過對以上數(shù)據(jù)對比分析可以看出,放樣測定點的坐標與理論坐標值都在規(guī)定限差以內(nèi),RTK放樣坐標與靜態(tài)檢查坐標比較,差值最大0.11 m這樣的精度則完全可以滿足《石油物探測量規(guī)范》要求。實踐證明:RTK任意架設(shè)基準站作業(yè)模式,能進一步提高測量作業(yè)效率,降低了勞動強度,節(jié)省了測量費用,使測量變得更輕松容易,但是,在利用RTK技術(shù)的同時,我們自己也要做到因地制宜、結(jié)合實際、將各種測量手段合理運用起來,在生產(chǎn)中做到“高效率、高質(zhì)量、高利益”。GPS任意基準站法的優(yōu)越性在于靈活機動,應(yīng)用方便,高效且相對精度高。這種方法在物探測量中所能達到的精度及適用條件,完全滿足物探測量技術(shù)要求,并為同類作業(yè)提供參考。

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