(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司 黑龍江 大慶 163000)

0 引 言

測井資料采集是油田測井工作的重要一環(huán)。由測井技術人員攜帶測井儀器設備到達目標井位，測試油井的油層壓力、示功圖、動液面、油層溫度、油量、氣量、水量及出砂等技術指標。測試采集工作必須在野外實地完成，而油井的分布是相當分散和復雜的，特別是在油田邊遠地區(qū)，大量的油井沒有用建設規(guī)范的井排公路，分布在耕地、沼澤或林地等復雜的地表環(huán)境中，給及時順利地到達井位帶來了很大的難題，浪費寶貴的測井時間，稍有不慎造成測井井位錯誤[1]。

隨著衛(wèi)星定位技術的高速發(fā)展，衛(wèi)星導航方法已經被人們廣泛地應用到生產生活中。利用衛(wèi)星定位測量設備可以以厘米級的精度定位或向目標導航，如石油勘探中的測線物理點放樣、油田鉆探井位的測量、天然氣管線的施工、電力線路的維護等工作已經利用甚至依賴于衛(wèi)星定位測量技術，因為該項技術能夠帶來高效和準確的效果。用于導航的衛(wèi)星定位技術一般能夠保證5～10 m的精度，專業(yè)的導航儀成本較高。但是目前的智能手機幾乎全部集成了導航定位芯片，能夠安裝導航應用軟件，下載電子地圖，為生產生活中的導航提供了方便。本文主要討論智能手機導航在尋找油田測井井位工作中的應用方法。

1 手機導航的技術現狀

近年來，智能手機制造技術和系統(tǒng)技術高速發(fā)展，原本用來完成通話或短信的電信工具融合了大量與人們工作和生活密切相關的科學技術。集數據計算、文本編輯、網絡通訊、攝影攝像、定位導航等功能于一身，給使用者帶來了非常大的便利和享受，由于手機固有的網絡通訊技術，加之衛(wèi)星定位測量技術，手機導航較之專業(yè)導航測量儀具有得天獨厚的優(yōu)勢。

1.1 手機中的衛(wèi)星定位測量技術

衛(wèi)星定位測量技術自美國推廣全球定位系統(tǒng)(GPS)應用后開始了飛速發(fā)展，先后有歐洲的伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GALILEO)、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GLONASS)、中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BDS)等相繼建立和運行，統(tǒng)稱為GNSS全球導航定位系統(tǒng)。各衛(wèi)星定位系統(tǒng)相互獨立，其共同點是所有的衛(wèi)星定位系統(tǒng)都是通過建立在地面上的監(jiān)控站控制距離地面2萬公里左右若干繞地球運轉的衛(wèi)星，向用戶設備提供持續(xù)不斷的導航定位信號。而用戶設備可以按照硬件的設計接收來自不同衛(wèi)星系統(tǒng)的導航信息，加以處理，結合用戶設備中的導航軟件，計算個人或設備的位置信息。由于設備制造成本和衛(wèi)星系統(tǒng)成熟度的原因，目前智能手機中廣泛應用的是美國的GPS信號，新型的高端智能手機開始使用北斗和格洛納斯信號[2]。

打開手機衛(wèi)星定位功能，手機便可以接收到衛(wèi)星信號，當接收4顆以上的衛(wèi)星信號時，就可以得到手機的地面位置，這個位置可以展示在電子地圖上，或以坐標數字的形式顯示出來，測量的精度為5～10 m。測量精度受到衛(wèi)星數量、天氣、環(huán)境干擾等的影響，衛(wèi)星數量越多、周圍電磁干擾越少定位的精度越高。

1.2 利用手機電信網絡進行定位

一個手機之所以能夠接打電話，是因為若干連成網絡的電信基站幫助傳遞信息。手機的操作是通過附近的基站完成，那么就誕生了基站定位技術，也就是移動位置服務(LBS-Location Based Service)，通過移動運營商的網絡獲取終端用戶的位置信息。因為要測量手機發(fā)出的信號到各個基站的時間差來計算位置，手機所在的基站網絡越完善，定位精度越高，精度一般在50～100 m。

當手機處在WIFI的環(huán)境下，由于WIFI的MAC地址是被標記了坐標的，所以使用該WIFI的終端即電話或電腦的位置信息就成為已知的，應用軟件可以讀取這個信息，精度為該WIFI所覆蓋的范圍，即10～20 m。

AGPS就是在電信網絡輔助下的GPS衛(wèi)星定位技術，當手機打開GPS定位和“網絡輔助GPS”功能時，手機就可以通過衛(wèi)星定位和電信網絡定位共同計算手機所在的位置，比單獨使用GPS衛(wèi)星定位速度更快，精度更高[3]。

1.3 手機定位應用軟件

智能手機之所以應用廣泛，最主要的原因是系統(tǒng)可以接受大量的應用軟件，只有安裝了應用軟件手機才能發(fā)揮硬件功能，提供與使用者交互的機會。用于定位的應用一般可分為兩種：數據定位和地圖導航。當安裝數據定位應用軟件時，手機可以通過觀測衛(wèi)星、電信網絡等獲得坐標數據，如手機所在位置的緯度、經度、高程、移動方向、移動速度等信息；當手機安裝了地圖導航應用軟件時，手機的實時位置可以在電子地圖上顯示出來，用一個符號顯示手機與道路、房屋等地物的相對位置關系，或使用曲線顯示手機的行進軌跡等。有些應用軟件兼具數據定位和地圖導航的功能。手機定位的應用軟件可以通過手機從因特網上免費下載安裝。

2 坐標轉換方法

手機通過衛(wèi)星和網絡得到的位置數據稱為坐標，如緯度、經度和高程等，而坐標是在一定的基準下定義的，手機應用軟件提供的坐標一般是以世界坐標系為基準的，與衛(wèi)星系統(tǒng)定義的基準相同，即WGS84世界大地坐標系。與我們油田測井施工使用的地方坐標系是不同的。為了提供較高的導航精度，需要進行必要的坐標轉換[4]。

2.1 求算轉換參數

轉換參數是將坐標從一個坐標基準向另一個坐標基準轉換的參數，根據技術要求不同，轉換模型也不相同，轉換參數的數量和量度也不同。如精度要求較高的大地測量要求使用基準平移、轉換、尺度等7個參數，導航工作中可以使用二維平移2參數或三維平移3參數。這里通過二維平移2參數進行敘述。

首先在一個具有已知井位坐標的井上利用手機進行觀測，取得該井的衛(wèi)星定位坐標。一般井位坐標為平面直角坐標，需要進行平面直角坐標至大地坐標的變換[5]：

(1)

設觀測得到的WGS84坐標系大地坐標緯度為(B84，L84)，則轉換參數為：

(2)

式中，(B84，L84)為觀測WGS84坐標系井位坐標緯度、經度；(B井，L井)為已知地方坐標系井位坐標緯度、經度；(ΔB，ΔL)為坐標基準轉換參數緯度差、經度差。

如果希望提高轉換參數的精度，可以增加在已知地方坐標的井位上觀測次數，用多次觀測的平均值來計算轉換參數，消除偶然誤差[6]。

2.2 計算目標井位坐標

測井施工下達任務書包含了測井井號、井位坐標等基本信息，根據井位坐標，利用轉換參數可以計算出導航點坐標。

首先利用公式(1)進行平面直角坐標至大地坐標的變換，然后利用求取的轉換參數將目標井位的坐標轉換為導航坐標，即WGS84坐標系基準下的坐標：

(3)

式(3)中，(Bi，Li)為目標井位WGS84坐標系緯度、經度。

3 導航數據的編輯方法

電子地圖是導航的基礎平臺，能夠顯示較實時和詳細的地面信息。但是出于國家安全和數據保密的原因，電子地圖在制作和發(fā)行時是進行了人為偏移或扭曲。所以要想使井位數據與電子地圖基準吻合，必須將井位坐標數據轉變成為電子地圖的語言[7]。

3.1 選擇適當的導航平臺

目前有很多的電子地圖導航平臺可供下載和使用，每種軟件特點和功能有所不同。為了實現精確的導航，并且能夠實現目標井位作為導航點或導航航線的批量導入，需要選擇能夠接收坐標文本數據的軟件作為導航平臺。經測試，能夠接收坐標文本文件導入的軟件包括奧維互動地圖、谷歌地圖、oruxmaps等，其中奧維互動地圖具有較好的交互界面和導航功能。

3.2 編輯導航點數據

常用的導航數據格式一般為KML和GPX文本數據格式等，可用于一般的計算機電子地圖軟件、手機導航電子地圖應用。KML是由開放地理空間聯(lián)盟維護的國際標準，主要應用于谷歌地球、谷歌地圖等平臺中顯示地理數據[5]。主要文本格式如下所示：

寧波西鄰紹興、杭州，北面與上海隔海相望，一直就處在杭州、上海兩地國內頂尖醫(yī)院的輻射圈內。作為代表寧波醫(yī)療服務水平的大型三甲醫(yī)院，寧波一院需要持續(xù)提升自身的綜合實力，才能夠留住本地患者。

其中，為地圖顯示的點名稱，可以設計為目標井的井號；

為目標井經度、緯度和概略高程，大地坐標以十進制數據“度”為單位，高程以“米”為單位。

GPX是一種GPS交換數據格式，可以用來在不同的GPS設備和軟件之間交換數據。主要文本格式如下所示：

其中，為地圖顯示的點名稱，可以設計為目標井的井號；

為目標井緯度和經度，大地坐標以十進制數據“度”為單位，高程以“米”為單位。

在實際應用中可以利用計算機谷歌地球、奧維互動地圖等軟件導出一個導航點樣本文件，通過手工編輯或編寫程序的方式將經過坐標轉換后的目標井位坐標編輯和保存在文本文件中，即建立了導航數據文件。

4 野外導航

當需要進行油田測井野外施工時，利用手機、地圖導航應用及建立的目標井位數據可以進行導航。

4.1 導入導航數據

導航數據文件可以通過數據線、網絡、藍牙等方法從計算機傳遞到手機內存，供野外導航應用。

啟動導航應用軟件，如奧維互動地圖，打開應用的“更多”設置，選擇“數據管理”中的“導入導出對象”，選擇“從文件導入”，找到保存導航點數據文件的目錄，則會顯示帶有KML、GPX等擴展文件名的文件，選擇指定的文件，地圖平臺就會顯示出各目標井位的標示，井位的位置在地圖上被準確地表示出來。

4.2 地圖導航

打開手機設置中的關于衛(wèi)星定位和網絡定位的設置，一般表示為“訪問我的位置”，允許“使用GPS衛(wèi)星”定位和允許“使用無線網絡”定位，不同類型的手機的表示方法可能有所不同。

當手機觀測到足夠的衛(wèi)星或獲得GSM網絡位置時，地圖會顯示當前手機的位置。通過地圖應用中的“編輯”和“測繪”功能，可以丈量出當前位置到目標井位的距離和方位。

如果距離目標較遠，到達目標井位需要經過公路，可以通過“路線”導航的形式搜索可行的道路，顯示目標點的路程和方向，指引車輛運行。

5 結 論

隨著智能手機的發(fā)展，其功能越來越強大，在一定程度上替代了導航儀、計算機等設備，而且具有成本低、攜帶方便的優(yōu)勢。利用手機的衛(wèi)星定位和網絡定位技術，協(xié)助油田測井人員和設備到達目標井位，能夠提高生產效率。同時本文討論的方法可以推廣到管線檢測、井位維護、運輸保障等多種需要移動和搜尋目標的工作中，為生產者及時、準確地指引目標。