基于GPS RTK技术钻前工程征地坐标快速推算方法

胡涛

摘  要：在石油勘探开发钻井施工中，钻前工程的实施首先要确定工程用地范围，这就涉及到征地，如何快速、高效地确定征地范围，向土地管理部门提交准确的征地坐标，是一项必须要开展的测绘工作。该文通过分析井口位置、井场方位与井场各关键节点的关系，与钻前现场踏勘实际情况和GPS RTK的快速高效定位相结合，采用坐标解析的方法，建立计算模型，实现了钻前征地坐标的快速高效推算。

关键词：GPS RTK  钻前工程  征地坐标  坐标推算

中图分类号：P228.4    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（c）-0021-02

在石油勘探开发钻井施工中，钻前工程是首先要实施的一项工程，钻前工程由道路建设、井场建设、井队生活区建设等几部分组成，其中井场建设是其中最重要的组成部分，井场建设包括井场、放喷坑、应急场地3部分。钻前工程的实施首先要确定工程用地范围，这就涉及到征地，要准确确定征地范围，就需要提供征地点坐标。征地坐标不准确或者误差太大，将导致征地过大或过小，征地范围过大时带来征地费用成本过高;征地范围过小时，将导致工程因超出征地范围而违法违规。因此，向国土资源管理部门提供准确的征地坐标，是保证征地范围准确的前提。

我们知道，整个钻前工程是围绕着井口位置来实施的，尤其是井场建设完全以井口位置为基准，也就是说一旦井口位置确定了，只要给定了井场的摆放方位，那么整个井场位置包括放喷坑、应急场地等也就确定了。因此，要提供准确的征地坐标，不能采用现场采集坐标的方法，那样效率太低，且施工难度较大，因为无论是RTK测量，还是全站仪测量，都很难刚好测出一个标准的井场。

1  解决方案

GPS RTK技术即实时动态测量技术，是全球卫星导航定位技术与数据通信技术相结合的载波相位实时动态差分定位技术[1]，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。运用RTK技术能快速、高精度测量放样坐标的这一优势，现场采集测量一部分关键点数据，然后根据关键点数据与钻前工程各部分的关系，推算出整个钻前工程的征地范围坐标，才是解决这个问题的方法。

钻前工程施工前，首先要到现场进行井位放样和踏勘，以获取井口初测坐标[2]，来确定勘探开发部门提供的设计井口位置是否满足钻前工程施工要求，如果满足要求，就需要确定井场的方位和井场道路接路口坐标位置。实际上，井场方位是由井场道路接路口位置确定的，用RTK采集井场接路口的准确坐标，再结合井口初测坐标，就可以运用几何学和测绘学的原理，推算出其他所有部分的准确坐标。

首先根据井场的尺寸及各部分的关系建立计算模型。中国石化集团西北油田分公司在塔里木盆地部署的井位，井场的尺寸一般分为两种，一种是85m×115m，另一种是90m×120m。由分析可知，井场征地坐标点的相对位置是固定的，共有28个点构成，也就是要提供28组坐标。井场具体尺寸示意图见图1。

2  推算方法

采用坐标解析计算方法，根据井位坐标和道路接路口坐标确定的井场方位，及井口与井场、放喷坑、应急场地、生活区等之间的数学关系，推算出井场四角点、永久征地四角点、放喷坑四角点、应急场地四角点、放喷坑道路、生活区四角点等的坐标。具体步骤如下：

（1）建立坐标系。为便于分析和计算，建立的坐标系以井口位置为坐标系原点（X0，Y0），井口至道路接路口连线方向为X轴，北方向为正，过原点与X轴垂直的方向为Y轴，东方向为正。这样建立的坐标系能与测绘坐标系保持一致，减少了坐标转换。坐标系见图1。

（2）计算各点的位置参数。根据井场各部分的尺寸及相互之间的数学关系，以井口为原点，以X轴为起始方向，根据几何学原理，逐一计算井口至各点的水平距离s和方位角θ，方位角可以通过反三角函数计算，为便于计算，角度应以弧度表示。我们把井口位于坐标系原点，接路口方向为正北的情况，称为标准模型。标准模型各点的方位角和距离是固定值。因为位于其他位置和方向的井，只不过是在标准模型下的旋转和平移。

（3）根据位置参数建立计算模型。计算方法采用的是测绘学上坐标正算[3]的原理，即：已知一点坐标，根据水平距离s和方位角θ，计算另一点坐标。计算公式为：

（1）

（4）根据钻前现场踏勘采集的井场道路接路口坐标（X1，Y1）和井口坐标（X0，Y0），利用坐标反算的原理，计算该井的井场方位角α。计算公式为：

（2）

（5）坐标系平移和旋转。把式（1）中方位角θ加上α，原点坐标替换为实际井口坐标，即可计算出各点的坐标。

井队生活区的计算也可采用上面原理。为了实现计算自动化和批量化，可以采用Excel办公软件里的函数计算功能，将上述步骤编写成公式，或直接编写小软件，实现计算自动化和批量化，以提高计算效率。

3  实际应用

成熟的GPS RTK技术采用的是以载波相位技术为基础的相对定位原理，能达到厘米级的定位精度[4]。在塔河油田2018年第3批、第4批共计39口开发井的钻前征地坐标采集中，该方法得到了实际应用。通过现场踏勘确定道路接路口位置和井场方位，再采用RTK现场采集井场方位关键点坐标和井口坐标，内业数据处理人员根据采集的关键点数据，用建立好的Excel计算表格快速推算出了各井的钻前工程征地坐标，并交给了施工单位进行放线，经现场测量验证，推算出来的坐标标准、精确，既兼顾了GPS RTK测量的精度，又实现了与现场探勘的情况的吻合，计算成果提交至地方土地管理部门得到了认可，取得了很好的效果。

4  结语

理论和实践表明，将GPS RTK技术和现场踏勘的实际情况相结合，采用坐标解析计算的方法，快速、高效、准确地推算钻前工程征地坐标是可行的，既保证了提交坐标成果的精度和准确性，又兼顾了施工现场的实际情况，降低了技术人员的作业强度，提高了工作效率，具有参考借鉴意义。

参考文献

[1] 胡涛.长距离GPS RTK测量的精度检核方法与实例[J].全球定位系统，2018，43（3）：67-69.

[2] 胡涛.小区域内用大地高差代替正常高差探究[J].全球定位系统，2015，40（2）：96-97.

[3] 潘正風，杨正尧，程晓军，等.数字测图原理与方法[M].武汉：武汉大学出版社，2007：180-181.

[4] 胡涛.基于数理统计学的手持GPS测量精度测定[J].全球定位系统，2017，42（3）：87-89.