中国石化河南石油工程设计有限公司

油气田建设中空间数据采集方法

李越 周兴泽中国石化河南石油工程设计有限公司

全站仪测量和GPS测量是油气田建设中常用的方法。在测区内确定控制点，选定已有控制点或利用全站仪引控制点，计算所有控制点坐标。根据已有控制点，在整个测区进行碎步测量。把全站仪架在A点，对A点附近的测区进行碎步测量，碎步测量的内容包括地形、地貌测量等。利用GPS进行数据采集同样是分两步走，控制测量在先，碎步测量在后。首先进行GPS首级控制网的设计。根据长距离输油输气管道测量规范，首级控制为E级，并遵循优化设计的原则。其次是进行GPS网的观测。

全站仪测量；GPS测量；控制测量；碎步测量；控制点

1 全站仪测量

项目名称为“YL油田Y2305等5口井产能建设工程”，测区位于YL油田，在3度带38号带范围内，测区主要为平原，平均海拔高程为140m，项目任务是提供Y2305等5口新井及其周围的地形图，并对其输油管线、热工管线、电力线和井场道路走向做出初步设计。经过现场踏勘，实地选线，收集已有资料，开始外业测绘工作，依据先整体后局部，先控制后碎步的原则，测区简易示意图如图1所示。

图1 YL油田井产能建设工程中的测区示意图

1.1 控制测量

在测区内确定控制点，选定已有控制点或利用全站仪引控制点，计算所有控制点坐标。首先由1号点和3号点坐标可求出坐标方位角α31，位于第一象限时，位于第二、三象限时，α=R+31位于第四象限时，α=R+2Π。其次31用全站仪测出β角及D1A，α1A=α31+β-Π，XA=X1+D1Acosa1A，YA=Y1+D1Asina1A。D表示两点间的距离。最后用全站仪测γ角，同理测算出B、C、D三点坐标作为测区内的控制点使用。

1.2 碎步测量

根据已有控制点，在整个测区进行碎步测量。首先把全站仪架在A点，对A点附近的测区进行碎步测量，碎步测量的内容包括地形、地貌测量。棱镜立在各地物点，以全站仪对准棱镜进行测量。在大片平坦地区要量取适当个数的高程点。其次，再对站址进行比例尺为1∶200的碎步测量，点密度为10m。再对整个测区进行比例尺为1∶1000的碎步测量，在站址附近易于保存的地方埋设3个固定桩，便于测图、放线和检核。最后是完成碎步测量。外业完成后，将全站仪数据导出。利用南方CASS8.0软件完成内业制图，最终测量和初步设计的成果如图2所示（依照图例显示，图中虚线部分为设计线路，至此，项目完成）。

图2 YL油田Y2305等5口井已完成的地形图

2 GPS测量

全球定位系统GPS是随着现代科学技术的迅速发展建立起来的新一代全方位、实时和三维（精度、纬度、高程）的卫星导航与定位系统。利用GPS进行测量是以GPS卫星和用户接收机天线之间距离的观测量为基础，并根据已知的卫星瞬间坐标来确定用户接收机所对应的点位，即待观测点的三维坐标。在观测过程中由于受到卫星星历误差、卫星钟差等因素的影响，差分GPS（DGPS）测量是为了得到高精度结果而将复杂的观测模式简易化的方法，能有效地消除各种误差。

实时动态测量RTK技术是以载波相位观测量为依据的实时差分测量技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度，是GPS应用的重大里程碑。GPS从一定程度上改变了传统野外测绘的施测方式，并成为GIS数据采集的重要手段。利用GPS进行数据采集同样是分两步走，控制测量在先，碎步测量在后，以“JW输油管道线路改造工程”为例，过程如下。

首先进行GPS首级控制网的设计。根据长距离输油输气管道测量规范，首级控制为E级，并遵循优化设计的原则。用GPS做首级控制，它采用的基准就是WGS—84坐标系统。而已知的控制资料控制点为地方坐标系下的坐标，这里需要将地方坐标系下的坐标转换为WGS—84坐标系下的坐标。做GPS首级控制网同样要选点。选点要遵循有关的技术要求。选点后要埋石，对于E级网，采用普通标石，埋设标石时，须使各层标志中心严格在同一铅垂线上，对于天线墩其偏差不得大于5mm，对于一般标石不得大于2mm。强制对中装置的水平盘面（直径不小于250mm）最大倾斜不得大于1mm。按照上述选点要求，在已有航测图上选了一些GPS控制点。采用的布网形式为边联式。首级控制网缩略图如图3所示。图中1、2、3、4为已知控制点，1为JL252，2为GC251，3为V45井，4为河堤某点。结合地形及通视条件，初步选择了8个点作为GPS控制网外业观测点。实地选点时应根据具体情况而定。由于已知点坐标为1954北京坐标，在此不便标明。

图3 GPS首级控制网缩略图

其次是进行GPS网的观测。使用3台ASHTECH双频接收机静态观测，采样间隔20s，最少观测卫星5颗，卫星截止高度角大于15°，观测时间大于50min，观测时段大于1，PDOP值小于7。观测时，精确对中整平，接收机箭头标志大致对北，天线高量取2次，观测前后各1次，互差不大于3mm。观测过程中，不应在天线附近使用无线电通讯设备。对讲机、手机应距天线10m以上，车载台应距天线50m以上。再次是GPS数据处理。基线向量解算采用的软件为ASHTECH厂商提供的SOLUSION软件。基线向量的质量应符合相关的技术要求。最后是GPS控制网平差计算。当复测基线检核及同步环、异步环检核情况都在允许限差内时，说明全网的外业观测成果可靠，则可进行下一步的控制网平差计算。约束平差基线向量改正数与无约束平差的同名基线改正数的较差不得大于2σ，否则，认为参与约束平差的已知坐标、已知距离、已知方位角的误差太大，应删除误差较大的约束值，直至符合较差限差的要求。先利用已联测高程GPS点的正常高和经GPS控制网平差得到的大地高，求其高程异常值；然后根据联测高程点的分布、地形、转换后高程的精度，选择适宜的数学模型进行GPS高程转换。

对GPS实时动态测量RTK。首先用RTK做图根控制。首级控制完成后，用RTK在线路中线附近测量图根点。本次在已有航测图上预选了72个图根点，实地在布好的GPS点上架基准站，然后沿线以一定宽度范围内布设图根点。图根点确定后，打下带小钉的木桩，并在点附近做好标记，绘好点记。由一个参考站迁到另一个参考站后应对两个已测点进行检核，检核限差：Δx≤0.2m；Δy≤0.2m；Δh≤0.4m。RTK用于线路转折点测量是其次的工作。线路中线上转点有57个点，按长输管道测量规范，RTK用于中线测量时，一般应以国家四等或以上等级点以及加密国家等级点为参考站。所以为了保证精度，在四个已知控制点选择点作为基准点。

带状图测量采用全站仪自动采集记录外业观测数据，自动传输数据，利用南方CASS7.0专业测绘软件绘图。在通视条件差的山区，采用RTK技术测绘地形图。图4是最终测量成果的部分内容（管线全长达33km）。

图4 JW输油管道线路改造工程的部分内容

3 结语

在油气田建设中，空间数据采集需要遵循《1∶500，1∶1000，1∶2000地形图图式（GB/ T20257.1—2007）》、《油气田工程测量规范（GB/ T50537—2009）》、《全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314—2009）》等规范要求。摄影测量与遥感将成为数据采集的新方向，尤其是数字摄影测量方向，这也是该技术行业的发展趋势之一。

（栏目主持 焦晓梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.062