孔玉柱，高書東，陳青，鞏性和

(山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺　264004)

三山島北部海域近海地質(zhì)鉆探的定位方法及質(zhì)量控制

孔玉柱，高書東，陳青，鞏性和

(山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺264004)

三山島北部海域近海地質(zhì)勘探工程由傳統(tǒng)的陸地固體礦產(chǎn)找礦轉(zhuǎn)到近海海域找礦，拓展了找礦空間，取得了找礦突破。地質(zhì)鉆探工程作為海域地質(zhì)勘探的主要工作手段決定著整個(gè)海上勘探工程的成敗，保證海上鉆探定位的精度是勘探工程的基礎(chǔ)性工作。地質(zhì)測量人員采用基于山東SDCORS的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)鉆探的定位工作，同傳統(tǒng)測量方法相比較，CORS-RTK定位技術(shù)有海上定位精度高、數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠、測量速度快、海上作業(yè)距離長等優(yōu)勢。

SDCORS；海上鉆探定位；質(zhì)量控制；萊州市三山島

引文格式：孔玉柱，高書東，陳青，等.三山島北部海域近海地質(zhì)鉆探的定位方法及質(zhì)量控制[J].山東國土資源，2015,31(2)：43-45.KONG Yuzhu, GAO Shudong, CHEN Qing, etc.Positioning Method and Quality Control of Sea Offshore Geological Drilling in Northern Sanshandao Area[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(2):43-45.

山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院在萊州市三山島北部海域開展金礦詳查工作，在以往地質(zhì)工作的基礎(chǔ)上，以鉆探工程為主要勘查手段，輔以各類樣品測試，對三山島北部海域礦區(qū)勘查許可范圍內(nèi)金礦體進(jìn)行詳查評價(jià)。海上鉆探成孔質(zhì)量將決定海上勘探項(xiàng)目的成敗，因此，保證海上鉆孔定位的精度是項(xiàng)目的基礎(chǔ)性工作。測量人員在參考以往海上定位施工經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，對海上鉆探定位方法進(jìn)行改進(jìn)，采用基于山東SDCORS的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)鉆探的定位工作[1-3]。

1　海上鉆探孔位的定位

1.1海上孔位布設(shè)方法

海上鉆探施工,需要在海上搭建鉆探平臺(圖1),鉆探平臺是通過綁定在施工船上進(jìn)行位置確定的(圖2)。定位時(shí)，將鉆探平臺固定在施工船的一側(cè)，測量人員首先進(jìn)行粗定孔位，根據(jù)設(shè)計(jì)孔位坐標(biāo)將鉆探平臺通過施工船拖到預(yù)定孔位處后，施工人員在盡量短的時(shí)間內(nèi)將施工船的4只定位錨拋在施工船的4個(gè)方向，固定住施工船。然后，再進(jìn)行精確定位，精確定位時(shí)根據(jù)測量人員的指揮，通過施工船上的4個(gè)定位鉸盤收放四條錨鏈拖動施工船，直至鉆探平臺中心與設(shè)計(jì)孔位坐標(biāo)重合，然后迅速將鉆探平臺的9根固定樁釘入海底，再將鉆探平臺通過安裝在固定樁頂部絞盤提升到設(shè)計(jì)高度，鉆探平臺搭建完畢。測量人員登上搭建好的鉆探平臺,再次對孔位經(jīng)行精確定位，檢查孔位無誤后,就可以將鉆機(jī)吊到平臺上進(jìn)行鉆探施工了。

圖1　海上鉆探平臺

1.2海上定位測量方法

1.2.1傳統(tǒng)的海上定位測量方法

圖2　鉆探平臺施工

傳統(tǒng)的海上施工定位，都是由岸上架設(shè)經(jīng)緯儀或者全站儀進(jìn)行定位控制的。這樣的作業(yè)方法有明顯的缺陷。測量人員與鉆探施工船上的操縱人員相距太遠(yuǎn)，不方便進(jìn)行溝通。傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀、全站儀定位，需要測量人員根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的計(jì)算，才能給定當(dāng)前的樁位。對測量人員來說，工作強(qiáng)度大，而且出于施工船不斷在移動，根據(jù)測量數(shù)據(jù)計(jì)算出的定位結(jié)果，往往已經(jīng)與目前的孔位不一致了，因此造成反復(fù)的前后、左右移動施工船的情況。由于以上這些原因，傳統(tǒng)的方法定位效率低，且定位精度不高。當(dāng)要施工區(qū)域離岸邊太遠(yuǎn)，距離有幾千米甚至十幾千米的時(shí)候，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能適用了，只能通過中間搭建工作平臺進(jìn)行坐標(biāo)傳遞，這樣將大大降低施工精度，影響施工進(jìn)度，同時(shí)增加了工程費(fèi)用。

1.2.2采用的海上定位測量方法

海上鉆探孔位的布設(shè)和定測均采用SDCORS網(wǎng)絡(luò)RTK法進(jìn)行測量。CORS-RTK技術(shù)就是利用地面布設(shè)的一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)站組成GPS連續(xù)運(yùn)行參考站(CORS)，綜合利用各個(gè)基站的觀測信息，通過建立精確的誤差修正模型，通過中國移動網(wǎng)絡(luò)信號實(shí)時(shí)發(fā)送RTCM差分改正數(shù)，修正用戶的觀測值精度，在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)移動用戶的高精度導(dǎo)航定位服務(wù)。CORS-RTK系統(tǒng)是GPS實(shí)時(shí)動態(tài)差分中最先進(jìn)，精度最高，應(yīng)用最廣泛的差分系統(tǒng)，它采用了載波相位動態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。其實(shí)時(shí)精密差分定位精度，平面：10mm+2ppm；高程：20mm+2ppm。

CORS-RTK技術(shù)相對傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀和全站儀應(yīng)用于海上定位測量有著明顯的優(yōu)勢：

(1)RTK顯示實(shí)時(shí)坐標(biāo)，且RTK自身帶有點(diǎn)位放樣程序,輸入設(shè)計(jì)孔位坐標(biāo),無需計(jì)算就可以直接放樣鉆探孔位,省去了測量人員在作業(yè)過程中的計(jì)算步驟，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率。

(2)RTK移動站作業(yè)時(shí)直接在施工船上進(jìn)行，方便與施工船的溝通，讓施工變的方便靈活。

(3)RTK技術(shù)相對傳統(tǒng)測量方法精度高，成果穩(wěn)定，能夠更好地滿足海上鉆探的定位精度要求。

1.3海上定位測量步驟

(1)控制測量。該次地質(zhì)勘探工程平面坐標(biāo)采用1980西安坐標(biāo)系，采用3°投影分帶，中央子午線為東經(jīng)120°，高程基準(zhǔn)采用1985國家高程基準(zhǔn)。由于海上無法布設(shè)控制點(diǎn),所以測量工作的首級控制點(diǎn)全部布設(shè)在海岸上。共布測10個(gè)E級GPS控制點(diǎn)為首級控制點(diǎn)。在進(jìn)行海上定位前，首先通過采取4個(gè)以上E級控制點(diǎn)成果，求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換七參數(shù)，再檢查其他未參與求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的控制點(diǎn)，檢查差值在允許范圍之內(nèi)后，才可以進(jìn)行海上定位測量。

(2)鉆孔布設(shè)和定測。鉆探施工前，測量人員根據(jù)設(shè)計(jì)孔位坐標(biāo)，通過粗定位孔位、精確定位孔位、平臺搭建后孔位檢查完成海上孔位的布設(shè)工作；鉆探施工完成后，測量人員再次登上鉆探平臺，進(jìn)行孔位定測，獲取鉆探孔位的平面坐標(biāo)和孔位高程。

2　質(zhì)量控制

2.1海上定位精度控制

海上測量施工的特殊環(huán)境決定了海上測量精度受到了諸多因素的影響,對此經(jīng)過不斷摸索也采取了一些相應(yīng)的辦法用以控制測量質(zhì)量。

(1)RTK坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的影響。由于測量工作的首級控制點(diǎn)全部布設(shè)在海岸上，相對整個(gè)測量工區(qū)來看，這種控制測量工作是不符合“控制點(diǎn)應(yīng)布測在工區(qū)的四周和中心[4-5]”要求的。為了消除首級控制點(diǎn)對RTK在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中的影響，將首級控制點(diǎn)的布測范圍盡可能地和海上工區(qū)范圍相當(dāng)，甚至更大，以保證在求取轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)已知點(diǎn)的選取能夠均勻反應(yīng)整個(gè)測區(qū)的橢球情況，減弱RTK坐標(biāo)轉(zhuǎn)換對測量精度的影響。

(2)施工船晃動的影響。三山島海域四季多風(fēng)，施工船在測量過程中受海風(fēng)影響晃動不止，船體晃動導(dǎo)致RTK的數(shù)據(jù)采集成果是變化的。所以測量施工時(shí)盡可能選擇風(fēng)平浪靜的好天氣施工，在鉆孔粗放完成后要迅速的拉緊所有錨纜，固定施工船，以減少船體晃動。

(3)多路徑效應(yīng)的影響。海面上大片的水域所產(chǎn)生的多路徑影響是不容忽視的，一般情況下可產(chǎn)生3～5cm的誤差，當(dāng)衛(wèi)星高度角較低時(shí)，這種誤差可能超過10cm。所以多路徑影響是RTK技術(shù)在水上作業(yè)時(shí)的主要誤差來源，也是較難以消除的影響。常用的解決方法是：采用扼流圈天線；剔除衛(wèi)星高度角較小的衛(wèi)星；當(dāng)一次定位測量完成時(shí)，快速重新初始化RTK，重復(fù)定位測量，以檢查兩次測量成果是否存在粗差；有條件的情況下也可以同時(shí)準(zhǔn)備兩套或多套RTK同時(shí)定位測量互相檢查測量成果，剔除粗差，以排除多路徑效應(yīng)的影響[6]。

(4)平臺搭建速度的影響?？孜淮侄ㄎ缓螅┕と藛T要快速拋出四只固定錨，在盡量短的時(shí)間內(nèi)拉緊錨纜，固定施工船，因?yàn)楣潭ㄊ┕ご臅r(shí)間過長，船只受海風(fēng)和海底水流影響會發(fā)生漂移。同樣，在孔位精確定位后，要迅速打固定樁，固定鉆探平臺，以保證平臺平面位置不再發(fā)生變化。

2.2定位結(jié)果比對

為了檢查定位精度，在岸上架設(shè)兩臺全站儀，利用傳統(tǒng)測量方法，通過方向交會測量法測定搭建好鉆探平臺的孔位坐標(biāo)，同時(shí)利用三角高程計(jì)算孔位高程，并將傳統(tǒng)方法得到的成果和RTK測定成果比對[7]。共隨機(jī)抽取48個(gè)孔位中的8個(gè)孔位進(jìn)行檢查，比對結(jié)果如表1所示。

表1　定位結(jié)果比對

從比對結(jié)果來看，兩種測量方式存在一定的差值，但相差不大，總體來看符合精度檢查要求，CORS-RTK技術(shù)海上定位測量成果完全可以滿足地質(zhì)測量及相關(guān)規(guī)范要求[8]。

3　結(jié)語

通過該次海上勘探工程，驗(yàn)證了CORS-RTK定位技術(shù)在海上定位精度高、數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠、測量速度快、海上作業(yè)距離長等優(yōu)勢。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了該技術(shù)在海上孔位定位時(shí)的一些不足之處，如：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換對精度的影響、海水面產(chǎn)生多路徑效應(yīng)對精度的影響、船體晃動對精度的影響、如何更好的結(jié)合鉆探平臺搭建施工等，在將來的海上勘探工程中還需要進(jìn)一步的研究。

[1]姚連璧,劉春.打樁定位系統(tǒng)中設(shè)備船固坐標(biāo)的測定和計(jì)算方法[J].工程勘察,2004,(5):53-54.

[2]周瑞祥.GPS-RTK技術(shù)在東海大橋樁基施T中的應(yīng)用[J].鐵道勘察，2004，(1)：59-62.

[3]姚志國,常明月.淺析海上定位鉆探方法[J].中國房地產(chǎn)業(yè),2011，(10):298-299.

[4]CJJT73-2010.衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范[S].

[5]CH/T2009-2010.全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動態(tài)測量(RTK)技術(shù)規(guī)范[S].

[6]潘寶玉,李宏偉.RTK技術(shù)的特點(diǎn)及提高成果精度的技術(shù)關(guān)鍵[J].測繪工程,2003,12(4):46-49.

[7]宋超，郝金明.GPS設(shè)備海上動態(tài)定位精度檢測新方法[J].測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào),2012，(3):183-185.

[8]GBT18341-2001.地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范[S].

Positioning Method and Quality Control of Sea Offshore Geological Drilling in Northern Sanshandao Area

KONG Yuzhu, GAO Shudong, CHEN Qing, GONG Xinghe

(No.3 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Yantai 264004, China)

Sea offshore geological exploration engineering in northern Sanshandao area has transferred from traditional terrestrial solid mineral prospecting to offshore prospecting. It has expanded the prospecting space and made a breakthrough in prospecting. As the main means of geological exploration work of offshore exploration decides the success or failure of geological drilling engineering project. Ensuring the offshore drilling positioning accuracy is the basis in exploration engineering work. By using geological drilling technology of RTK network based on SDCORS in Shandong province, positioning work has been carried out by geological survey personnels. Comparing with traditional measurement method, CORS-RTK positioning technology has the advantages of high positioning accuracy, reliabledata quality, fast measuring speed, long distance and other advantages in offshore drilling.

SDCORS positioning; offshore drilling; quality control

2014-03-01；

2014-12-08；編輯：王敏

孔玉柱(1980—)，男，山東梁山人，工程師，主要從事地理信息和地質(zhì)測繪工作；E-mail：286517885@qq.com

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