程芳波

(中石化石油工程地球物理有限公司勝利分公司，山東東營(yíng) 257100)

天寶測(cè)繪解決方案專欄

Trimble移動(dòng)式單基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在物探生產(chǎn)中的應(yīng)用解析

程芳波

(中石化石油工程地球物理有限公司勝利分公司，山東東營(yíng) 257100)

一、目的意義

物探測(cè)量作為地震勘探施工的先行軍，其施工的效率和資料的準(zhǔn)確性直接影響和制約著整個(gè)地震隊(duì)伍的施工進(jìn)度及后續(xù)資料解釋的完美性。目前物探測(cè)量的施工方法為常規(guī)測(cè)量和常規(guī)RTK測(cè)量模式，其間存在許多影響施工效率和資料準(zhǔn)確度的因素，如傳統(tǒng)RTK技術(shù)存在著定位距離短(15 km)、電臺(tái)傳播差分信號(hào)數(shù)據(jù)受限、初始化時(shí)間長(zhǎng)、參考站位置選取及架設(shè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、流動(dòng)站受制于距離及地形限制等缺點(diǎn)，同時(shí)常規(guī)測(cè)量存在人為誤差等問(wèn)題。

二、常規(guī)RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK的區(qū)別

1.常規(guī)RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK的概念

常規(guī)RTK是一種采用載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)，能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的衛(wèi)星定位測(cè)量方法。

網(wǎng)絡(luò)RTK的定義為在某一區(qū)域內(nèi)建立構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋的多個(gè)GPS基準(zhǔn)站，利用載波相位觀測(cè)值，以這些基準(zhǔn)站中的一個(gè)或多個(gè)為基準(zhǔn)計(jì)算和發(fā)播GPS改正信息，對(duì)該區(qū)域內(nèi)的用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)改正定位。所謂網(wǎng)絡(luò)RTK也就是用網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的數(shù)字傳輸電臺(tái)方式傳輸差分信號(hào)。

2.常規(guī)RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK的區(qū)別

網(wǎng)絡(luò)RTK與常規(guī)RTK最大的區(qū)別在于信號(hào)播發(fā)模式的不同，因此覆蓋的范圍和信號(hào)的強(qiáng)度有很大的區(qū)別，同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)RTK基站固定，從生產(chǎn)和管理方面都較常規(guī)RTK有很大的優(yōu)勢(shì)，具體對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 常規(guī)RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK應(yīng)用對(duì)比表

三、Trimble移動(dòng)式單基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的革新

1.移動(dòng)式單基站應(yīng)用模式的提出

單基站技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用的案例很多，但是目前應(yīng)用的單基站都是固定式的，絕大多數(shù)在城市固定范圍內(nèi)應(yīng)用，根據(jù)物探生產(chǎn)過(guò)程中存在流動(dòng)性強(qiáng)、區(qū)域范圍廣、無(wú)人區(qū)施工等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)針對(duì)性研究，最終形成了方便物探施工的移動(dòng)式單基站模式，即基站不固定、用完可以轉(zhuǎn)移，符合物探作業(yè)流動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，并形成與常規(guī)RTK一體化作業(yè)的技術(shù)，符合物探作業(yè)區(qū)域范圍廣、無(wú)人區(qū)施工等特點(diǎn)。

2.基站與數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)革新

以往的基站與數(shù)據(jù)中心之間是利用電纜直接連接的方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和交換，該模式?jīng)Q定了基站與數(shù)據(jù)中心之間的位置要距離很近，比較適合于物探生產(chǎn)中的三維工區(qū)施工。

通過(guò)外業(yè)手簿控制器進(jìn)行傳輸，可以解決距離的限制，具體的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程為：首先外業(yè)基站采集各種衛(wèi)星數(shù)據(jù)、星歷文件等，將其存儲(chǔ)到基站中，將手簿控制器與基站用數(shù)據(jù)線進(jìn)行連接，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入手簿控制器，手簿控制器與手機(jī)利用藍(lán)牙連接上網(wǎng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和手簿控制器上的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸軟件與數(shù)據(jù)中心對(duì)接，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。設(shè)置比較煩瑣，但不涉及高深的技術(shù)問(wèn)題，本文不再作具體的步驟說(shuō)明。

3.網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與電臺(tái)信號(hào)的轉(zhuǎn)換技術(shù)創(chuàng)新

常規(guī)RTK全部利用數(shù)據(jù)電纜與電臺(tái)進(jìn)行連接，將基站采集的衛(wèi)星數(shù)據(jù)和文件通過(guò)電臺(tái)進(jìn)行播發(fā)，流動(dòng)站通過(guò)內(nèi)置電臺(tái)進(jìn)行接收，從而進(jìn)行正常的差分定位作業(yè)；而網(wǎng)絡(luò)RTK在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中全部是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與移動(dòng)電信信號(hào)數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換與傳輸。

為了解決移動(dòng)電信信號(hào)網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)的問(wèn)題，將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、電信信號(hào)數(shù)據(jù)、電臺(tái)數(shù)據(jù)三者進(jìn)行交互應(yīng)用，就需要在數(shù)據(jù)中心和流動(dòng)站之間進(jìn)行一次或多次的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，即將數(shù)據(jù)中心發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過(guò)轉(zhuǎn)換，形成電臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行播發(fā)，流動(dòng)站通過(guò)接收電臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行正常差分定位作業(yè)，實(shí)際上就是基站與數(shù)據(jù)中心之間，以及數(shù)據(jù)中心與轉(zhuǎn)換裝置之間的過(guò)程利用的是網(wǎng)絡(luò)RTK模式，而轉(zhuǎn)換裝置與流動(dòng)站之間利用的是常規(guī)RTK模式，實(shí)現(xiàn)常規(guī)RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK的一體化作業(yè)，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與電臺(tái)信號(hào)轉(zhuǎn)換示意圖

4.1000 km以上聯(lián)機(jī)測(cè)量作業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新

物探施工的區(qū)域決定數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)成為一個(gè)難題，流動(dòng)站的網(wǎng)絡(luò)可以用手機(jī)卡進(jìn)行上網(wǎng)傳輸，而數(shù)據(jù)中心需要處理數(shù)據(jù)，并且不停地與基站和多臺(tái)流動(dòng)站進(jìn)行交互數(shù)據(jù)，因此需要較為穩(wěn)定且?guī)捿^大的網(wǎng)絡(luò)。

為了解決這個(gè)難題，通過(guò)研究討論，最終選用了TSM軟件作為中間的數(shù)據(jù)交互工具，通過(guò)對(duì)TSM軟件并行程序的開發(fā)和擴(kuò)大，形成數(shù)據(jù)中心在東營(yíng)基地，而在1000 km以外的工地獨(dú)立架設(shè)多個(gè)基站獨(dú)立作業(yè)的工作模式，不僅解決了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的難題，同時(shí)突破了數(shù)據(jù)中心同時(shí)帶動(dòng)多個(gè)獨(dú)立運(yùn)行單基站技術(shù)難題，從而突破了1000 km以上聯(lián)機(jī)測(cè)量作業(yè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)青海、四川、新疆等同步單獨(dú)施工作業(yè)。

四、應(yīng)用情況

1.勝北三維應(yīng)用情況

2012年9月19日，勝北三維前期啟動(dòng)，穿越墾利縣城，由于當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)中心專用網(wǎng)絡(luò)未開通，臨時(shí)利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入應(yīng)用，同時(shí)帶動(dòng)野外8個(gè)流動(dòng)站進(jìn)行作業(yè)，數(shù)據(jù)采集精度為厘米級(jí)，達(dá)到規(guī)范要求，給生產(chǎn)帶來(lái)了很大的便利性。但是利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的弊端也非常明顯，在流動(dòng)站與數(shù)據(jù)中心之間數(shù)據(jù)傳輸量過(guò)大時(shí)，偶爾產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸“卡”的現(xiàn)象，即網(wǎng)絡(luò)帶寬不能滿足數(shù)據(jù)量的傳輸，出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸遲緩，施工效率受到影響，但不影響差分定位精度。截至2012年9月29日，該段期間共利用網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行正常施工2836個(gè)點(diǎn)，所有采集點(diǎn)精度滿足要求。

2012年10月9日，勝北三維測(cè)量生產(chǎn)全面啟動(dòng)，數(shù)據(jù)中心專用網(wǎng)絡(luò)已開通，利用移動(dòng)式單基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)平臺(tái)同步帶動(dòng)16臺(tái)流動(dòng)站進(jìn)行作業(yè)，截至2012年12月21日，完成勝北三維全部測(cè)量主體生產(chǎn)任務(wù)共計(jì)143 560個(gè)物理點(diǎn)，所有物理點(diǎn)無(wú)一因技術(shù)問(wèn)題超限，期間平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定。

2.草橋三維應(yīng)用情況

2012年10月15日，草橋三維測(cè)量生產(chǎn)啟動(dòng)，利用移動(dòng)式單基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)平臺(tái)同步帶動(dòng)17臺(tái)流動(dòng)站進(jìn)行作業(yè)，截至2013年1月12日，完成草橋三維生產(chǎn)任務(wù)共計(jì)106 506個(gè)物理點(diǎn)，所有物理點(diǎn)無(wú)一因技術(shù)問(wèn)題超限，期間平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定。

2012年10月15日至12月21日期間，勝北和草橋兩個(gè)隊(duì)伍同步使用網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行作業(yè)，正常生產(chǎn)流動(dòng)站數(shù)量達(dá)到33臺(tái)，加之期間跟組作業(yè)流動(dòng)站，數(shù)量達(dá)到40臺(tái)之多，充分說(shuō)明TSM軟件經(jīng)過(guò)改造后，能夠滿足物探生產(chǎn)多臺(tái)流動(dòng)站同步作業(yè)的需求。

草橋施工期間，進(jìn)入廣饒縣城以南的部分區(qū)域，由于特殊裝置的影響，出現(xiàn)無(wú)電信信號(hào)的現(xiàn)象，于是施工該區(qū)域時(shí)架設(shè)了常規(guī)RTK基站，通過(guò)對(duì)8650個(gè)相交數(shù)據(jù)的對(duì)比，驗(yàn)證了常規(guī)RTK和網(wǎng)絡(luò)RTK在實(shí)際生產(chǎn)中結(jié)合應(yīng)用的可靠性，數(shù)據(jù)精度完全滿足規(guī)范的要求。

3.湖南探區(qū)應(yīng)用情況

2013年春節(jié)過(guò)后，湖南邵陽(yáng)、永耒二維繼續(xù)施工，本次網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的應(yīng)用采用了全新的模式，分別在邵陽(yáng)和耒陽(yáng)地區(qū)架設(shè)了多個(gè)基站，且基站之間單獨(dú)使用，數(shù)據(jù)中心在山東東營(yíng)，各個(gè)基站與數(shù)據(jù)中心，以及流動(dòng)站與數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)交換全部采用網(wǎng)絡(luò)方式完成。

應(yīng)用前在工地進(jìn)行了控制點(diǎn)間的數(shù)據(jù)精度對(duì)比驗(yàn)證及施工物理點(diǎn)間的數(shù)據(jù)精度對(duì)比驗(yàn)證，確認(rèn)精度符合要求后，投入了8臺(tái)套儀器進(jìn)行跟組測(cè)量，截至目前共完成1865個(gè)物理點(diǎn)。

4.應(yīng)用效果

以上在工區(qū)的實(shí)際應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期的兩個(gè)指標(biāo)：一是作業(yè)區(qū)域擴(kuò)大，施工效率提高，由傳統(tǒng)RTK的覆蓋范圍10～15 km擴(kuò)展到30 km；二是進(jìn)一步提高了施工質(zhì)量，利用移動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)使得作業(yè)區(qū)域內(nèi)減少死角和盲區(qū)，從而確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。除此以外，在很多方面還超過(guò)了預(yù)期的目標(biāo)。

通過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)用過(guò)程的對(duì)比，按照每年10個(gè)施工區(qū)塊計(jì)算，大概可以節(jié)約成本共計(jì)人民幣320萬(wàn)元。

(本專欄由天寶測(cè)量部和本刊編輯部共同主辦)