工程测绘中GPS测量技术的应用
刘心伟
[摘 要]GPS技术以其高精度、高效率、低成本、全天候等诸多优点在物探测量中产生了深远影响，在物探控制测量中GPS起到至关重要的作用，本文简要论述GPS技术在石油物探行业中的应用与发展。
[关键词]GPS技术 石油物探 测量
中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）21-0061-01
物探测量是服务于物探的一种测量作业模式，是根据地震勘探的具体要求，测设合理可行的物理点位，绘制物理点点位草图，提供准确可靠的物理点测量成果。GPS测量技术给物探测事业来了一次技术革命，它的不断发展和进步，为地球物理勘探技术的发展作出了突出的贡献。随着对物探行业中所采集地质资料要求的提高，对物探测量精度要求也越来越高；物探测量野外作业随机性较大，而且工作量、工期短、所在的测量区内大多三角点被破坏，其密度也满足不了要求；常规测量从控制导线到物探导线不但精度不高而且成功率低。GPS的使用解决了上述问题，特别是在物探的控制测量中GPS起到至关重要的作用，在某种程度上说，物探控制测呈的精度决定了物探测量的精度。
1、GPS物探测量
在GPS的诸多测量方法中物探没测量所常用的为：静态法、快速静态法、go-stop、实时差分定位法，静态法用于控制网的测呈，快速静态法用于网点的发展或个别点的放样，go-stop、用于点的导航或点的粗略放样，实时差分定位法用于精确物理点的放样。
一般在物探的施工工区确定后，GPS的外业工作也随之开始，包括网点的选择及物理点的放样。
网点的选择直接关系到整个工区GPS测量的精度，踏勘选点的灵活性较大，点位间不要求通规，点位间距离不需要均等，网点的密度要满足实际工作的要求；点的位置应尽量选在对天通视好、地势开阔的工区制高点以保证良好的GPS工作条件，网点中要包含3个以上相同等级的，且具有已知地方坐标的三角点，所选的网点中应尽量包含高等级的三角点和水准点，以此作为坐标转换和高程拟合德基础。控制点特别稀少的地区，若工区中只有1个网点具有地方坐标，也可采用单点的地方坐标和WGS-84坐标来解算本工区的坐标转换参数，如果工区面积不大，且附近有高精度的同时具有WGS-84和地方坐标的控制点，经许可可经过同步的GPS观测，在工区中引入该点的发展点位作为本工区的参考点或控制点。
物理点的放样一般采用實时差分定位法，其参考站可以是网点也可以是由网点发展的控制点，但发展的参考站需进行检核，实时差分测量的物理点应按要求进行复测和检核。
2、GPS网的观测和计算
GPS网点选定之后，网的观测时通过同步图型连接来进行的，不同的连接扩展方法，所产生的网形结构也各不相同，连接扩展方法分为点连接、边连接的网连接三种。在物探测量中，通常采用边连接式或网连接式。边连接式：相邻同步图形之间连接的是2个点以上。网连接式图形强度最高，但观期数也最多，效率最低。更多采用点、边连接混合观测法或边、网混合连接观测法。在网点的观测中，为了检核、提高精度和可靠性，规范中要求根据基线的长度来确定有效的观测时间。
在GPS的测量中，首先得到的是各点WGS-84的坐标，而一般我们所使用的是地方坐标系统下的坐标，因此涉及到所测点的坐标在两个坐标系统下的转换问题，一般采用布尔萨七参数公式：
在上央的公式中，下标为W的表示点在WGS-84坐标系统中的坐标；下标为G的表示点在地方坐标系统中的坐标。矩陈[△XO△YO△ZO]T为坐标平移参数矩阵；dk为两坐标系间的尺度变化量，矩阵[εxεyεz]T为坐标旋转参数矩阵。
将上面的公式转换成坐标差的形式为：
利用上面的式子进行坐标转换时，存在7个未知参数，既平移转换参数[△XO△YO△ZO]T尺度参数dk和旋转换参数[εxεyεz]T。为此一般在GPS网布设中，组成该网的网点至少要包括3个公共点（已知地方坐标点），用来解算7个未知参数，当公共点等于或多于3小时，便可列出9个或9个以上的观测方程，就可以用最小二乘法来解算这7个转换参数，然后即可利用上式将所测得WGS-84的坐标转换成地方坐标。
为了提高GPS网的解算精度还需要对该网进行平差，首先要进行的是无约束平差，无约束平差是为了检查网的内符合精度和基线向量之间的误差，同时为GPS大地高与公共点的海拔高联合确定GPS网点的正高，提供平差处理后的大地高程数据；还要进行GPS网在参考坐标系统下的网平差。即所谓的GPS网的约束平差和联合平差，分为3维约平差和3维联合平差；如果以某平面坐标系为参考坐标系，则可以进行3维平面坐标系统内的联合平差，通过平差后的各网点的坐标值及转换参数，可以作为工区发展控制点和物理点放样的基础。
3、实时差分测量
在物探的GPS测量中，物理点的放样采用实差分测量（RTK）方法来进行，在RTK测量中，首先要考虑到参考站与流动站之间的数据链的连接问题；要根据工区无线电的干扰情况，选择电台的最佳频率，一般流动站与参考站之间的距离不超过15km，还要根据各流动站的工作范围，尽量把参考站设在该范围的中部较高的控制点上，整个工区可以根据控制点的分布情况划分成不同的作业块来进行施测。各流动站在每次开机之后都要检查各作业参数设置的正确性，再复测2个以上的物理点（或复测2次单个控制点）进行检核之后再进行施工。
4、GPS测量的精度
在实践中，采用RTK方法放样石油物探测线，可以得出以下结论：
1）使用GPS采用RTK方法放样的物理点的点位精度，明显高于使用掌击测量仪器放样的点们精度。
2）使用同精度等级的不同型号的GPS，采用RTK方法放样的物理点，其点位精度是一致的。
3）如果各物理点的参考站都是GPS网的网点，那么同一工区内所有物理点都属于同精度观测点。
4）物理点之间观测相对独立，不存在着误差的传播和累积。
5）物理点实地的放样精度不因为测线施测顺序和施测方向的不同而不同。
5、结论
以上只是GPS测量在物探中应用的概要，从结果上看GPS以它的高精度、快速度、灵活性等许多优点，在物探领域或深受欢迎，同进也为获得高质量的物探地质资料打下了基础，这是一种高科技力量的体现，随着科学的进步和技术的发展，GPS技术会克服其在应用中的缺点和不足，将在物探的市场中开拓一个更广阔的应用前景，也必将极大地推动石油物探行业的技术进步。
参考文献
[1] 周忠瑛，易杰军。GPS卫星测量原理与应用[M].北京：测绘出版社，1997.
[2] 刘基余，李征航，王跃虎，等。全球定位系统原理及其应用[M]北京：测绘出版社，1993.
