石油物探中GPS技术的

【摘 要】近年来,测绘技术的发展呈逐年上升趋势,为石油探测量作业带来了根本性的改变,本文根据石油物探中GPS的发展趋势阐述笔者的观点.

【关 键 词】GPS物探测量；WGS-84坐标系统；全球定位系统

1.GPS-RTK技术

1.1GPS-RTK技术简介

GPS-RTK（RealTimeKinematic）技术又称载波相位动态实时差分技术,它可以实时准确地提供测量点在指定坐标系中的三维坐标（x,y,z）,能够达到厘米级的精度.RTK技术的出现可以说是测量技术史上的一次革命性的进步,由于RTK在野外作业时能够实时提供测量点的三维坐标,所以在实际生产中极大地提高了工作效率,在测量行业中得到了广泛的认可和使用.

1.2GPS-RTK的技术原理

GPS-RTK技术系统用户主要包括三个部分：基准站、流动站和数据链.其作业原理是：基准站接收机架设在已知或未知坐标的参考点上,连续接收所有可视GPS卫星信号,基准站将测站点坐标、伪距观测值、载波相位观测值、卫星跟踪状态和接收机工作状态等通过无线数据链发送给流动站,流动站开始进行初始化,完成整周未知数的搜索求解后,进入动态测量作业.流动站在接收来自基准站发来数据的同时,也进行观测采集GPS卫星载波相位数据,通过系统内差分处理求解载波相位整周模糊度,依据基准站和流动站的相关性,从而得出流动站的平面坐标x,y和高程h.

1.3GPS-RTK技术的特点

在观测点之间无需通视,选点比较方便；观测不受气候条件的限制,可进行全天侯监测；可以同时进行平面位移与垂直位移的监测；可长期连续监测,不会漏掉重大的变形信息；自动数据化采集、数据处理；GPS-RTK测量技术能够实时地提供测量成果,不需要像常规控制测量那样分级布网,可以大大减少生产成本,减轻测量员的劳动强度,从而提高测量速度和企业效益.

2.GPS在石油物探测量中的发展过程

2.1GPS-RTK测量和早期测量技术的对比

在GPS测量的早期,针对一个点的数据采集往往需要数个小时,所以每天只能测量几个点,完成一个大项目需要的时间较长.当天的工作结果要到几天后,等到数据处理完成才能知道.工作所需仪器可装满一部吉普车,每套价值约十五万美元.而且,至少需要两套设备.那时的用户很难想象会有这么一天,数据采集只需几秒钟,每天可以测定几百个点,大的项目可在几个小时内完成,而且结果能在实地实时获得.工作所需设备可由一人背负,两台套设备组成的系统只不过四万美元左右.

这就是八十年代早期和现在GPS测量的差异.早期的GPS测量本质上是静态测量,用户在一个测站点要停留一到两个小时甚至更久.只有在时间允许的情况下,工作人员才可以在数据采集结束后,转去下一个测站点.然后数据汇集在一起才能进行后期的处理.数据处理完成后,才能得到测量结果.随着技术的进步,GPS测量开始向动态方向发展.设备体积更小,更便于携带.由于GPS流动站与基准站之间的数据采用无线电链接,在数据采集的同时,即可对其进行实时处理.数据处理的新技术可以在数秒钟之内测定精确位置.这项技术允许用户在测区往来行走,迅速确定相关目标的位置,立即见到自己的劳动成果.这就是实时动态测量（RTK）.

2.2网络RTK在石油物探中的应用

网络RTK是由参考站网、数据处理中心和数据通信线路组成的,也叫做基准站RTK,它是在常规RTK和差分GPS的基础上建立起来的一种新技术,目前尚处于试验、发展阶段.

网络RTK的基本原理是在一个较大的范围内稀松地、较均匀地布设多个基准站,从而在形式上构成一个基准站网,那么我们就能借鉴广域差分GPS和具有多个基准站的局域差分GPS中的基本原理和方法来设法消除或削弱各种系统误差的影响,获得高精度的定位结果.

在石油物探测量中网络RTK的应用也比较普遍,当施工工区面积较大时,RTK信号不能覆盖到更远的区域,流动站在测量实测点时会受到信号的影响而耽误生产进度,这时可以通过建立多个基准站来解决这一问题,大大提高了石油物探施工的生产效率.

3.GPS-RTK技术的局限性

3.1GPS-RTK技术局限性形成的原因

GPS-RTK也有其局限性,会影响到执行测量任务的能力.了解其局限性可确保RTK测量成功.最主要的局限性其实不在于RTK本身,而是源于整个GPS系统.GPS依靠的是接收从地面以上约两万公里的卫星发射来的无线电信号.相对而言,这些信号频率高、功率低,不易穿透可能阻挡卫星和GPS接收机之间视线的障碍物.事实上,存在于GPS接收机和卫星之间路径上的任何物体都会对系统的操作产生有害影响.有些物体如房屋,会完全屏蔽卫星信号.因此,GPS不能在室内、在隧道内或水下使用.有些物体如树木会部分阻挡、反射或折射信号.GPS信号的接收在树林茂密的地区会很差.树林中有时会有足够的信号来计算概略位置,但信号清晰度难以达到厘米水平的精确定位.因此,RTK在林区作业有一定的局限性.

3.2常用GPS仪器在实际应用中的局限

在石油物探生产中,工区环境比较复杂,常常会遇到城区或者树林,在这样各种干扰源纵横的复杂环境下,单单使用一种GPS仪器很难完成测量任务.由于各GPS仪器都有自己的技术特点和优势,因此要想顺利完成复杂地区地震勘探测量,就必须根据环境条件和各种仪器性能特点,测试各种仪器抗干扰性能,探索多种GPS仪器在复杂环境下联合作业的新技术,解决在强干扰源等复杂环境下采集高精度测量数据的技术难题.在石油物探行业常用的GPS测量仪器中,以天宝（Trimble）和徕卡（Leica）最为普遍.在遮挡较严重（密林）情况下,Trimble接收机在性能上明显占优势,但是当距离较远时,Leica的传输信号会更强,野外操作时,同时启动初始化按键,天宝的初始化时间更短,操作更方便.

4.GPS定位仪的发展趋势

GPS精密定位技术作为一种全新的经典测绘手段,越来越受到石油物探测量人员的青睐.因为GPS在效率、精度、适应性和成本等方面都优于常规的大地测量方法,所以在地图学数据更新、控制测量等方面被广泛的采用.高精度GPS的静态测量精度已达到毫米级,RTK实时载波相位测量使得测量精度达到了厘米级.在石油物探测量中采用差分GPS定位技术可直接测定检波点、炮点的坐标和高程,这标志着石油物探测量技术的一次飞跃.GPS测量技术被广泛应用于物探测量中从控制点的布设到物理点测量,产生了良好的社会和经济效益.

5.结论

综上所述,GPS技术具有精度高、速度快、灵活性强、全天候作业等诸多优点,在石油物探领域应用极为广泛,具有较为重要的作用,很有必要对其今后的发展趋势进行进一步的研究,这是一个漫长而又艰巨的任务,GPS技术的发展必将给石油物探生产带来更多的经济价值和社会意义.