无信号区坐标测量方法及其应用

马华锋，范全军

（延长油田股份有限公司吴起采油厂，陕西延安 716000）

1 背景条件

在实际生产工作中，由于野外环境的不确定性、不可预测性，地势地貌，气候路况以及人为因素等，会给工作带来很大的困难与不便，费时费力，以及对设备的损伤等。野外坐标测量时，会遇到一些凹洼地形、山梁夹沟处以及偏远行政界限等环境，网络信号薄弱或者纯粹没有信号的信号盲区以及社会人为等因素，导致仪器无法接受网络信号测量井口坐标，不能及时得到井口坐标的准确数据，导致钻井设计方案编写推后或者延迟，以及影响地质分析和开发研究的准确性。吴起油田王洼子油区地处吴起油田的西北角、周长油区地处吴起东北角，距离我厂指挥中心（基站控制点）比较远，属于基站辐射范围以外，导致流动站无法接收到有效数据，因此有必要在合适的井场或有标志性的地段建立永久控制点，例如王洼子控制点设在铁边城24-76井站，周长控制点设在罗沟圈10-19井站，以便对测量工作起到关键性作用，保证测绘工作的顺利进行。

2 GPS定位原理及方程

利用GPS卫星进行定位测量的基本原理是：使用GPS接收机在任意时刻同时接收3颗及以上的GPS卫星信号。用户可以根据这些信息测量出测站点到GPS卫星的距离，同时计算出这一时刻GPS的三维坐标，根据距离交会原理解算出测站点的三维坐标。但是，因为卫星和接收机之间存在时钟误差，所以，GPS卫星定位测量应最少对4颗卫星进行观测并进行定位计算，可确定四个距离观测方程。

式中：i=1、2、3、4；C为GPS信号传输速度；（Xi，Yi，Zi）为卫星轨道所在坐标；Ti为各卫星所在位置的时钟差；Pi为各卫星到监测点接收机天线的距离；待测点坐标（X，Y，Z）和接收机时钟差t为未知数。

3 GPS的测量应用

3.1 静态相对定位

方法：利用GPS接收机，安置在每个基线的端点上，同步观测四颗以上的卫星0.5～1h，基线的长度控制在50km以内。所有基线构成网状的封闭图形，然后再经过整体平差处理。

用途：属于精度最高的作业模式。多用于大地测量、控制测量（点测量）、变形测量和工程测量等。

精度：可达到5mm+1×10-6。

3.2 即时动态测量（RTK）测量原理

GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备接收基准站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度（即基准站和流动站坐标差△x、△y、△H加上基准坐标得到的每个点的WGS-84坐标，通过坐标转换参数得出流动站每个点的平面坐标x、y和海拔高H）。

即使动态测量RTK能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，极大提高了外业作业效率。（高频电磁信号传递）。

硬件设备：双频接收机+电源+天线+无线电通信设备。（我厂目前移动站设备调置为电台模式+无线电天线）。

观测时间：小于10/每站。

（1）精度：10mm+2×10-6*基线长（平面）；20mm+2×10-6*基线长（高程）。

（2）优点：观测时间短，可现场得到观测成果，得出数据。

（3）缺点：无线通信信号易受环境影响，需在可视范围内完成（可测范围较短约10km以内）。

（4）用途：适用于精度要求相对不高的施工放样及碎部测量。

4 工作实际中的应用

1）2019年6 月白河区复测8宗井场，其中21-426井场无信号，导致静态点测量无法得到数据，就使用即时动态测量。

如图1所示，对面井场是21-426井场，位于两山梁中间低洼沟咀区，4G移动网络信号无法覆盖，井场无信号，无法进行GPS定位，即采取即时动态测量。具体实施如下：

（1）选择与本井场可视范围内直线距离约为2km高处有4G网络信号的点，作为临时控制点，并测出该点坐标。

（2）临时控制点布设2台移动站，其中一台调整参数设置为电台模式基站，另一台调制设为电台模式移动站，如图1所示。

图1 临时控制点

（3）校准该电台移动站，以临时控制点坐标参数为校准点校准测量设备，此时注意，临时电台基站不可移动。

（4）带电台移动站去21-426井场进行井口坐标测量，得出准确坐标数据。

（5）得出数据某井一（4 108 969.085，36 502 308.107，1 546.838） 往 年 坐 标 数 据（4 108 969.20，36 502 308.09，1 546.85）；某井二（4 108 966.564，3 6502 306.080，1 546.842）往年坐标数据（4 108966.37，36502306.26，1546.85）……等。

2）吴平14井场，某钻井队老井场回钻，由于当地农户与通信公司纠纷，剪断附近信号塔通讯电缆，导致井场无信号。即采取电台测量，具体实施：

（1）选临时控制点，耗时1个多小时，终于在井场右侧3km高处找到一处有网络信号点，作为临时控制点，并记录坐标数据。

（2）调设电台模式，设置电台基站和移动站，并校准移动站，离开此点，去井场测量所需坐标。

（3）井场正常测量，并录取正确坐标数据，做好记录，如图2所示。

图2 井口测量

（4）测量得到某水平井井口坐标（4 091 571.693，36 514 938.634，1 437.521），2013年正常网络所测坐标为（4 091 571.79，36 514 938.64，1 437.40）；如图3所示。

图3 井口复测

3）王洼子油区应用。由于王洼子油区在陈蒿湾基站控制点辐射范围之外，以至于流动站在王洼子油区无法接收到有效数据，导致坐标数据的不准确，无法测量。因此有必要在王洼子油区选取一点作为永久控制点，选取24-76井场院子一固定点，利用指挥中心控制点，测出该点的坐标数据，并对该坐标进行校验核准。长期保留此坐标数据，以便后期架设基站及校验流动基站。

4）井位测量中应注意的问题和对策，由于RTK测量精度受卫星分布精度因子和数据链性能的影响，而且各个观测值都是独立观测的，所以正式测量前必须测其他已知点，对测量结果进行对比，以判断参考站和流动站各个参数设置是否正确以及数据链通讯是否正常，确保观测成果的可靠性，也就说通常说的校准设备参数。障碍物极易对RTK数据传输链路产生干扰，例如山峰丘陵等，油田中存在的大沙梁就会造成数据链传输信号的额外衰减。针对这种问题，有两种解决方式，一种是将参考站架设立在测区中央的高点，如果没有高点可通过搬站的办法来解决，把参考站转移到适合作业的范围内；另一种是通过把流动站中的天线升高，进而提高接收信号的强度，注意避免由于电台电量不足而造成性能下降。控制点稀少或者较难到达的地方，从便捷RTK测量成果检核与预防作业盲点出现的要求出发，应在测区内存在的环境不良的区域增加控制点。

5 结束语

随着我国GPS全球定位系统技术的不断发展和进步，在我国多个领域已经有所应用，推动了我国社会的进步和国民经济的增长。GPS在油田井位测量上的应用，不但能够减少数据资料的计算和处理过程中人为原因造成的错误，还可以减少工作量，提高工作效率，但GPS使用的过程中，应与实际情况进行有机结合，进而提高油田井位测量的准确性和正确性。