陳端良 王永強 龐衛(wèi)平 劉金萍

(勝利油田物探公司儀器管理中心 山東東營)

山地長線二維控制網(wǎng)布設(shè)方法研究

陳端良 王永強 龐衛(wèi)平 劉金萍

(勝利油田物探公司儀器管理中心 山東東營)

控制網(wǎng)的實施是物探測量施工的第一道工序,控制網(wǎng)的設(shè)計布置、實施的好壞,直接決定著測量施工的成敗和效益。文章對于山地長測線二維工區(qū)GPS控制網(wǎng)的設(shè)計進行了研究探討,提出了具體方法,并在保證質(zhì)量要求的前提下以最經(jīng)濟為原則進行了實施細化,大大減少了工作量,取得了良好的經(jīng)濟效益。

物探測量;GPS控制網(wǎng);長線二維

0 引 言

隨著物探市場的發(fā)展,勘探任務(wù)日趨緊張,勘探工區(qū)的地形越來越復(fù)雜,工區(qū)的形狀也隨之復(fù)雜多變,由原來的規(guī)則形、方形,逐漸變?yōu)椴灰?guī)則形、長形甚至是單條測線,使得工區(qū)的GPS控制網(wǎng)布設(shè)工作越來越困難,特別是對于長測線二維工區(qū),按照常規(guī)的GPS控制網(wǎng)測量方法已很難達到物探測量精度的要求。另一方面,長測線施工過程中由于人員過于分散,互相之間的聯(lián)系極為不便,很難預(yù)料各個施工點的成敗,這就非常有必要針對這種特殊的工區(qū)形狀設(shè)計出切實可行的GPS測量方案,以滿足當(dāng)前這一特殊工區(qū)的測量需要。

1 長線二維GPS控制網(wǎng)設(shè)計方案

所謂長線二維,是依據(jù)測線工區(qū)的平面形狀和控制測量的方法定義的,是指窄而長的工區(qū),也就是長與寬懸殊比較大的工區(qū),如寬只有幾十米或幾百米,而測線長度達到幾十公里乃至幾百公里等。而在物探測量中,則表現(xiàn)為超長的測線,這些測線或單條獨立存在,或多條互相平行,但都表現(xiàn)為橫向與縱向特別的懸殊。

對于規(guī)則的、方形的工區(qū),我們可以參照圖1所示的網(wǎng)形進行GPS控制網(wǎng)的布設(shè)。

在規(guī)則的、方形地形的工區(qū),測量的GPS邊長長短懸殊一般不大,可以按照2 km～8 km的間隔布設(shè)控制點,網(wǎng)型比較均勻,因此全網(wǎng)的精度比較均衡,精度較高,一般可達到幾厘米,并且有一個或多個異步環(huán),可以對GPS網(wǎng)點的精度進行檢核。而對于狹長工區(qū),如果仍按照常規(guī)方法測量,那么在測量的過程中可能會出現(xiàn)一些問題,如GPS網(wǎng)的邊長懸殊太大,因為沒有良好的圖形結(jié)構(gòu),短邊與長邊就會互相影響,GPS控制網(wǎng)的精度極不均勻,極易發(fā)生網(wǎng)型的扭曲,使得測量精度降低,有時候就滿足不了物探施工的測量精度要求。

圖1 規(guī)則的、方形的工區(qū)GPS控制網(wǎng)設(shè)計圖

根據(jù)工區(qū)的特點及GPS控制網(wǎng)的布設(shè)精度要求,針對狹長的工區(qū),我們首先要采用先主后次的布設(shè)方法,如圖2所示。即先對整個工區(qū)進行全局布設(shè)控制,逐點進行測量,然后再根據(jù)施工需求進行加密控制。這樣整體網(wǎng)形雖然過長,有些邊長懸殊較大,但是從控制測量的角度來看,整體控制網(wǎng)形較好,不易引起整網(wǎng)扭曲。依據(jù)工區(qū)的地形特征,我們采用分級布網(wǎng)的方案,即首先建立骨干網(wǎng),然后逐級進行靈活發(fā)展點。在建立控制網(wǎng)的過程中,首先選取工區(qū)內(nèi)原有國家控制點及待定點進行首級控制測量(測定骨干網(wǎng)),在施工的過程中,再以這些點位作為基準(zhǔn)點進行加密控制(發(fā)展點)。

2 長線二維GPS控制網(wǎng)布設(shè)方法的論證

2.1 遞推測量、分區(qū)處理

這種測量方法就相當(dāng)于把原網(wǎng)分成兩個或多個子網(wǎng),為了使整個工區(qū)有機地統(tǒng)一起來,各子網(wǎng)之間通過設(shè)置公共點互相聯(lián)接。各子網(wǎng)的測量與處理按照規(guī)則的、方形地形工區(qū)GPS控制網(wǎng)的布設(shè)方法進行。這里的關(guān)鍵是各子網(wǎng)之間測設(shè)的公共點,因為各子網(wǎng)采用的是不同的起算數(shù)據(jù),因此公共點在不同的子網(wǎng)中會有不相同的坐標(biāo)值,這是由原國家控制網(wǎng)的測量誤差和本子網(wǎng)的測量誤差所引起的,是不可避免的。根據(jù)《石油物探測量規(guī)范》第7.6.3.4條[1]:“不同起算點測算的重合點,互差要求小于0.6m”。在此種情況下,依現(xiàn)在GPS設(shè)備測量精度達到厘米級的情況,只要選擇適當(dāng)?shù)钠鹚銛?shù)據(jù),測量成果可滿足此項要求。采用這種測量方法,最終將各子網(wǎng)通過重合點連接,各子網(wǎng)之間的誤差互不傳遞,從而可提高整個測區(qū)的測量精度。

2.2 分級布網(wǎng)、逐級控制

根據(jù)工區(qū)的特點及測線的布設(shè),尤其針對狹長的工區(qū),首先想到的是先主后次的布設(shè)方法,即先對整個工區(qū)進行全局布設(shè)控制,逐點進行測量,然后再根據(jù)施工需求進行加密控制。這樣整體網(wǎng)形雖然過長,有些邊長懸殊較大,但是從控制測量的角度來看,整體控制網(wǎng)形較好,不易引起整網(wǎng)扭曲。依據(jù)工區(qū)的特征,我們采用分級布網(wǎng)的方案,即首先建立骨干網(wǎng),然后逐級進行靈活發(fā)展點。在建立控制網(wǎng)的過程中,首先選取工區(qū)內(nèi)原有國家控制點及待定點進行首級控制測量(測定骨干網(wǎng)),在施工的過程中,再以這些點為基準(zhǔn)進行加密控制(發(fā)展點)。

3 長線二維GPS控制測量方法的運用[2～6]

勝利物探2232隊承擔(dān)雪峰隆起及周緣地區(qū)二維勘探項目時,工區(qū)設(shè)計測線只有一條,跨越四川省、重慶市東北部、湖北省西南、湖南省西北部,測線長達250多公里,屬于典型的山地長線二維。依據(jù)該工區(qū)的特點及測線的分布情況,在建立首級控制網(wǎng)的過程中,我們將其分為兩個子網(wǎng)(宣漢-桑植1、宣漢-桑植2)進行控制測量。在數(shù)據(jù)處理過程中,首先采用分區(qū)域處理方法進行處理,然后進行控制網(wǎng)的聯(lián)合處理。在網(wǎng)平差處理中,對宣漢-桑植2段控制網(wǎng)單獨處理,首先在WGS84自由平差,各項精度指標(biāo)符合要求后,然后利用大堡(db)、三窩凹(swa)和獅子巖(szy)三個已知國家三角點求取七參數(shù)。其平差計算結(jié)果和宣漢-桑植1對比見表1。

圖2 長線二維雪峰隆起及周緣工區(qū)GPS控制網(wǎng)設(shè)計圖

從聯(lián)測點的較差情況來看,趕場(gc)一點高程較差較大,遠遠超過規(guī)范要求。由此,在兩個控制子網(wǎng)自由網(wǎng)平差的基礎(chǔ)上,將宣漢-桑植2段控制點和宣漢-桑植1段控制點聯(lián)合進行平差計算:以所有基線組成閉合圖形,以三維基線向量及其相應(yīng)方差協(xié)方差陣作為觀測信息,在WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)下,采用缺省參數(shù)、各觀測值交替純量加權(quán)方式進行GPS網(wǎng)的無約束平差。無約束平差各項質(zhì)量指標(biāo)符合要求后,固定B級WGS84點西達69進行GPS網(wǎng)的約束平差。從比較情況來看,各點平面坐標(biāo)符合較好,高程較差除xd69一點比較大以外其余各點較差均在1m以內(nèi)。西達69(xd69)位于控制網(wǎng)最西端,屬于聯(lián)測的高等級GPS點,在求取其海拔高程時采用的是分布在測線附近的國家控制點,求取精度較差,但不影響其它點的求取精度。從兩種處理方案的結(jié)果比較情況來看,兩段聯(lián)合處理的成果遠遠優(yōu)于分段處理的成果。

表1 宣漢-桑植1、2公共點單獨平差結(jié)果對比表

4 山地長線二維工區(qū)控制測量方法的優(yōu)缺點及效益分析[7、8]

針對雪峰隆起及周緣地區(qū)二維勘探工區(qū)特點,如果按照常規(guī)方法布設(shè)控制點(一般2 km～8 km),就存在一定的問題。首先從時間上分析,如果按照常規(guī)方法布設(shè)控制網(wǎng),本工區(qū)將新布設(shè)控制點約66個,在這樣復(fù)雜的地域要完成66個控制點的踏勘和布設(shè),這將需要花費相當(dāng)長的時間。按照當(dāng)時投入的儀器設(shè)備和采集控制點的難度計算,要完成66個控制點原始資料的采集,需要花費15 d～18 d時間。其次,在數(shù)據(jù)處理方面也會有非常大的困難。第一就是數(shù)據(jù)量非常大,以66個新布設(shè)控制點再加上6個已知三角點為準(zhǔn)計算,這樣將會生成約300條基線和200閉合環(huán)。如此多的基線和閉合環(huán),對于數(shù)據(jù)的處理和數(shù)據(jù)的檢核將會帶來很大的困難,一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)不合格現(xiàn)象,就要進行數(shù)據(jù)的補測,工作量大大增加。

在實際工作中,該工區(qū)采用上述方法,新布設(shè)控制點共19個,聯(lián)測國家級控制點6個,共用了6 d時間完成控制網(wǎng)布設(shè)。該測量方法的提出,大大減少了控制點布設(shè)的工作量,節(jié)省了大量的財力和物力,更重要是節(jié)省了我們寶貴的時間。

在完成主控制網(wǎng)之后,對于控制點的發(fā)展加密是必不可少的,特別是對于長線二維工區(qū)而言。但是對于發(fā)展控制點的合理布設(shè)是相當(dāng)重要的,特別是首次發(fā)展點位置的選擇?！妒臀锾綔y量規(guī)范》第7.6.1.3條規(guī)定:“參考站的發(fā)展不能連續(xù)超過3次?！边@就限制了發(fā)展點連續(xù)發(fā)展的次數(shù),所以在施工過程中我們要提前研究是否需要發(fā)展點。我們可以根據(jù)主控制網(wǎng)點位置,提前對首次發(fā)展點進行設(shè)計,合理選擇要發(fā)展的點位。在選擇發(fā)展點時有多種設(shè)計方案,若按照圖3所示方法發(fā)展點,在S01向S02方向逐步施工時,從首次發(fā)展點FZ01開始,最多發(fā)展到FZ03,當(dāng)在FZ03點位上架設(shè)參考站,FZ03和S02之間距離過遠,會出現(xiàn)信號覆蓋盲區(qū)問題,將無法進行參考站發(fā)展,耽誤生產(chǎn)。在實際施工期間,若為了一個發(fā)展點回到主控點,這不僅浪費了大量的時間,而且影響了施工進度,無形中就增加了工作量。如果采取圖4所示方法發(fā)展點,我們至少還有兩次發(fā)展機會,這樣不僅節(jié)約了時間提高了工作效率,而且節(jié)省了大量的財力和物力。

圖3 首次發(fā)展點靠近一個已知控制點設(shè)計圖

圖4 首次發(fā)展點接近兩已知控制點中心設(shè)計圖

5 結(jié)束語

本工區(qū)GPS控制網(wǎng)布設(shè)完成后,經(jīng)甲方測量專家檢查驗收,認為該工區(qū)GPS控制網(wǎng)設(shè)計方案客觀實際,點位布設(shè)合理,各項質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)均達到《規(guī)范》規(guī)定。GPS接收機性能良好,觀測要求嚴(yán)格,野外采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠,不含粗差,基線解算及平差使用的軟件成熟可靠,平差方法正確,定位精度較高,完全能夠滿足本工區(qū)后續(xù)測量施工。該控制測量方法的提出和實施,得到了甲方測量專家的認可和好評。

優(yōu)化的控制網(wǎng)布設(shè)和發(fā)展點位的合理加密促進了物探測量整體工作的順利進行,對于山地長線二維GPS控制網(wǎng)的布設(shè),本次施工探討提供了一種新思路,皆在為今后類似工區(qū)提供一種借鑒。

[1] SY/T5171-2003.石油物探測量規(guī)范[S]

[2] 趙長勝.GPS控制網(wǎng)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理[M].北京:教育科學(xué)出版社,2001

[3] 徐紹銓.GPS測量原理及應(yīng)用[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2003

[4] 沈?qū)W標(biāo),吳向陽.GPS定位技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003

[5] 劉基余.全球衛(wèi)量定位原理與應(yīng)用[M].北京:測繪出版社,1993

[6] 周忠謨.衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用[M].北京:測繪出版社,1999

[7] 劉大杰,施一民.全球定位系統(tǒng)(GPS)的原理與數(shù)據(jù)處理[M].同濟大學(xué)出版社,1996

[8] 趙長勝.GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計與數(shù)據(jù)處理[A].江蘇省測繪學(xué)會20003學(xué)術(shù)年會專輯,2003

P631.3+2

B

1004-9134(2011)01-0066-03

陳端良,男,工程師,1998畢業(yè)于武漢測繪科技大學(xué)工程測量專業(yè),現(xiàn)在勝利油田物探公司儀器管理中心測繪工程部從事物探測量技術(shù)工作。郵編:257000

2010-09-27編輯:梁保江)