寧衛(wèi)遠(yuǎn)

(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(jìn)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(xiàn)。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(jì)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)站的一些信息(如基準(zhǔn)站的坐標(biāo)、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(zhǔn)站傳送來的載波觀測信號和本身收到的載波觀測信號進(jìn)行差分處理,實時求解出兩站間的基線值,進(jìn)而由基準(zhǔn)站的坐標(biāo)求得流動站的WGS-84坐標(biāo),通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,即可實時求得實用的坐標(biāo)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(zhǔn)站是一種相對的關(guān)系,流動站的絕對精度取決于基準(zhǔn)站的絕對精度,而地方格網(wǎng)坐標(biāo)與 GPS工作坐標(biāo)(WGS-84坐標(biāo))也是一種相對關(guān)系。因此,任意基準(zhǔn)站法就是在不需要精確WGS-84坐標(biāo)的時候利用這種相對關(guān)系。任意基準(zhǔn)站法分兩種情況:已有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系和沒有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。

1)已有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下的任意基準(zhǔn)站法

在已有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系的情況下,我們可以利用流動站反求基準(zhǔn)站坐標(biāo)?；鶞?zhǔn)站同流動站的設(shè)置均無需改動,在選好基準(zhǔn)站的位置后,首先讓基準(zhǔn)站單點定位獲取坐標(biāo)發(fā)射數(shù)據(jù),待流動站初始化達(dá)到相應(yīng)精度后則選取一已知點測量并記錄坐標(biāo),同已知坐標(biāo)進(jìn)行比較,將差值代入基準(zhǔn)站,求得基準(zhǔn)站正確坐標(biāo),將正確坐標(biāo)輸入基準(zhǔn)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(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù),只有地方格網(wǎng)坐標(biāo)的情況下的任意基準(zhǔn)站法

在沒有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系的情況下,則采用地方格網(wǎng)坐標(biāo)與WGS-84坐標(biāo)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(zhǔn)站,基準(zhǔn)站同流動站都設(shè)置為GPS的默認(rèn)WGS-84坐標(biāo),基準(zhǔn)站依然采取單點定位法測得一個坐標(biāo)值,該坐標(biāo)為WGS-84坐標(biāo),然后以當(dāng)前坐標(biāo)參與基準(zhǔn)站的工作。待流動站初始化達(dá)到精度后采集至少兩個已知點的WGS-84坐標(biāo),最好已知三個點到四個點的格網(wǎng)坐標(biāo),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(zhǔn)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(dāng)流動站超過基準(zhǔn)站工作范圍,基準(zhǔn)站位置需重新選擇時,在未移動基準(zhǔn)站時可以采用流動站采集位置,將WGS-84坐標(biāo)輸入基準(zhǔn)站,然后將基準(zhǔn)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(yán)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(dāng)?shù)刈鴺?biāo)”,然后進(jìn)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(dāng)時單點定位獲取的坐標(biāo)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?jǐn)?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(dāng)?shù)刈鴺?biāo),就可以開始后面測量過工作了。自啟動基準(zhǔn)站原理是:基準(zhǔn)站主機設(shè)置為“自啟動基準(zhǔn)站”之后,基準(zhǔn)站主機開機后,搜索衛(wèi)星,內(nèi)部達(dá)到3D解(單點定位)后,主機會自動按這個單點定位的坐標(biāo)發(fā)射差分?jǐn)?shù)據(jù),就相當(dāng)于用這個坐標(biāo)啟動的基準(zhǔn)站,無需用手簿進(jìn)行連接,方便簡單;而對于移動站,收到差分?jǐn)?shù)據(jù)后,進(jìn)行差分,達(dá)到差分解(浮動解或者固定解),然后做點校正或重置當(dāng)?shù)刈鴺?biāo),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(jìn)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(jìn)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(zhǔn)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(zhǔn)站并不記錄原始觀測數(shù)據(jù)。快速靜態(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(biāo)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(rèn)初始化沒有問題以后,才進(jìn)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(jìn)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(dá)到該測線物理點數(shù)的1%;

3)復(fù)測點與原測點的坐標(biāo)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?zhǔn)欠裼匈|(zhì)量問題。這種方法進(jìn)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(jìn)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(zhǔn)站,每個基準(zhǔn)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(zhǔn)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(jìn)行質(zhì)量控制,但需要有兩個或兩個以上的基準(zhǔn)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(zhǔn)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(zé)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(dá)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(dá)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(zhǔn)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(zhǔn)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(jìn)行RTK作業(yè)的地方,采用全站儀放樣、定測。RTK基準(zhǔn)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(kuò)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(zhǔn)站技術(shù),主要有以下優(yōu)點:

1)提高精度:基準(zhǔn)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(zhǔn)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(biāo)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(yán)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(zhǔn)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(biāo)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(biāo)與理論坐標(biāo)值都在規(guī)定限差以內(nèi),RTK放樣坐標(biāo)與靜態(tài)檢查坐標(biāo)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(zhǔn)站作業(yè)模式,能進(jìn)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(zhǔn)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(dá)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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