石油物探测量GPS仪器的野外检测方法

摘 要： 目前石油物探测量主要使用的大地测量仪器主要是全站仪(TOATL STATION)和卫星定位仪（GPS）两类。本文主要介绍了长庆探区的实际情况GPS仪器在野外鉴定的方法

关键词： GPS； RTK； 仪器； 技术指标； 性能； 检定

中图分类号： P228.4；P62 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）04-0061-02

一、前言

GPS接收机硬件、软件性能不断地得到完善，使得RTK测量精度进一步提高，充分展示了GPS动态定位的快速和高效性。我们知道，GPS接收机RTK测量标称精度提供的是基准站与放样点间边长的相对精度，而在控制测量、工程放样、地形图施测工作中，用户更关心的是点位精度、点与点之间的边长精度。因此，准确获取RTK测量点位精度以及点间边长精度，对指导如何应用RTK进行测量、如何进行成果质量控制有着重要的意义。

本文根据RTK测量原理，对野外如何进行GPS接收机精度指标检定进行探讨，并结合野外生产例子推导了各项精度指标评定公式。

二、RTK测量指标检定内容

目前在长庆探区所使用的卫星定位仪，主要有Trimble、Leica两种，美国Trimble公司生产的卫星定位仪所占比例最大。该公司生产的卫星定位仪性能稳定，精度可靠。但有些较早启用的，由于使用条件恶劣质，有些部件开始损坏，已影响到仪器的正常使用。Leica h公司生产的卫星定位仪，性能较好，精度可靠，但硬件性能不如Trimble仪器稳定。物探野外生产使用的测量仪器因为使用条件严酷，发生故障以及引起测量数据超限的概率较高，建议各使用单位应该定期加强对测量仪器的比对和核查，及时发现故障，及时处理，以减少日后生产中对可疑数据追溯的工作量。

在测量项目启动初期，GPS 接收机开工检验要根据甲方的要求来做，一般是三种方法：（1）国内具有检测仪器资质的单位检测，出具检测报告，有效期一般为一年。（2）按甲方要求的检测方法检测，有效期根据甲方要求来定。（3）根据行业标准自己进行检测，有效期为三个月。

长庆油田公司《石油天然气地震勘探操作规程》〔地震资料采集分册-测量〕规范规定，检定/校准应由法定的检测机构完成，检定周期一般不超过一年。但每个工区开始作业及仪器投入使用时，必须做固定点检核，用于检核仪器是否正常，各项参数是否正确。

三、GPS接收机的检验内容

根据《全球定位系统(GPS) 测量型接收机检定规程》所规定和石油探区的实际情况， 建议进行下面五项检验项目：

1.GPS 接收机一般性检视项目，包括：外观检验、通电检验等检验，以检验仪器及其配件是否齐全、能否正常工作；2.短基线测量检验；3.天线相位中心一致性检验；4.中、长距离测量检验；5.动态测量精度检验。

四、GPS接收机野外检验方法

1.GPS 接收机一般性检视项目，包括：外观检验、通电检验等。通过检验仪器及其配件是否齐全、能否正常工作。 一般检验项目按表1执行：

2.短基线测量检验

检定方法：基线比对法

指标要求：基线长与标准长度之差小于标称标准差

基本原理：选择观测条件较好的地方，建立两个距离为100m～1000m左右的观测点，按控制测量（快速静态）观测要求作业，安置两个或多个接收机天线（如有多台接收机最好布设成等边多边形），各天线都将接收到的信号分别送往对应的GPS接收机，由于各接收机的信号来自不同的天线而不是同一天线，故安置误差（对中、定向、整平、量高等误差）将影响检测结果。但是由于各天线间仅相距数米，所以卫星星历误差、大气延迟等影响一般可以忽略不计。但由于不是在正规的GPS检定场进行，通常基线向量的标准值也难以获得。这时一般只能进行基线长度对比，而无法进行基线分量的比对。

检验结果的计算：用静态软件解算基线，参数设置一般选择软件的缺省值，如数据质量较差可做适当精化处理；取所有基线长度的平均值作为标准值，计算每条基线长度与标准值之差。

检验限差：基线解算值与标准值之差，应小于仪器标准误差的2倍（见表2）。

3.天线相位中心一致性检验

检定方法：相对定位法

指标要求：基线向量最大值与最小值之差小于固定标准差

基本原理：利用相对定位法测定天线相位中心的稳定性也应在超短基线上进行，以消除或消弱卫星星历、大气延迟等误差的影响。具体方法如下：

将A、B两台接收机天线分别安置在相距数米的三角架上，整平、定向（天线指标线指北）后开机观测一个时段（1～1.5h）， 然后A天线固定不动，B 天线依次顺时针旋转90°，180°，270°， 观测3个时段； 接着， B 不动， A 天线依次顺时针旋转90°，180°，270°， 再观测3 个时段。整个检定过程观测了7个时段。采用静态定位的方法计算出各时段的基线向量后，就能求出旋转天线的平均相位中心偏差。

4.中、长距离测量检验

检定方法：基线比对法

指标要求：基线长与标准长度之差小于标称标准差的2倍

基本原理：不同测程相对定位精度指标检定一般在标准检定场中的短基线、中长基线上进行。其精度检定方法与仪器内部噪声水平的检定方法相同， 也是通过直接比对基线向量值来进行检定的。利用GPS 接收机随机软件求解各检测基线值Si，与已知基线值Li进行比较， 求得不同测程相对定位精度

ms=±[Vi Vi] /( n-1)

式中， Vi = Si - Li 。

在野外无法提供高精度的基线长度时，笔者建议可采用重复边检验法和异步环检验法来加以检验。重复边检验至少观测两个时段，两时段求得得基线向量的坐标dx、dy、dz及基线长度之差ds应满足以下条件：

dx3■ dy3■ dz3■ ds3■

σ――标准差（基线向量的弦长中误差），可为《SY/T 5171-2003》石油物探测量规范中相应级别所规定的精度。当测试的基线形成异步环时应进行异步环闭合差检验。各闭合差坐标分量应满足：

Wx3■σ Wr3■σ Wz3■σ

式中σ――标准差（基线向量的弦长中误差），可为《SY/T 5171-2003》石油物探测量规范中相应级别所规定的精度。N为闭合环边数。（见表3：2007年度华亭―灵台地区二维工区一致性基线长度对比和表4：长庆探区TOTAL实验项目长基线距离检核表）

5.动态测量精度检验。

检定方法：坐标比对法

指标要求：横、纵坐标与标准坐标之差均应小于标称标准差的2倍

基本原理：选择两个GPS控制点，一个做基准站，其他仪器在另一个点上安置仪器，采用实时动态测量方法，记录次数不小于3次。

检验结果的计算

固定点坐标的标准值（x0、y0、h0）按下面公式计算：

x0=■ y0=■ h0=■

实测结果的标准误差（x、y、h）按下面公式计算：

x=■y=■

h=■

以上公式中：

x0――固定点纵坐标的标准值；

y0――固定点横坐标的标准值；

h0――固定点高程的标准值；

x――实时动态测量的纵坐标值；

y――实时动态测量的横坐标值；

h――实时动态测量的高程值；

n――实时动态测量次数。

检验限差：实测结果的标准误差（x、y、h）应小于仪器的标称值的2倍。（见表5：测量仪器动态(RTK)一致性检验BJ-54坐标对比表）

五、结束语

GPS 卫星定位技术经过十多年的发展，其理论和技术日臻完善，已广泛地应用于大地测量、工程测量、施工放样以及其他导航定位服务领域。为了确保测绘产品的质量，对用于测绘生产的GPS接收机必须严格按照国家有关检定规程定期进行仪器检定，仪器检定合格后方可使用。考虑到石油物探用于等级控制测量的可行性、野外项目的条件、架设仪器的对中误差和整平误差及卫星其它因素的影响，采用上述方式对接收机进行检验，其差值的大小只能说明测量仪器的性能是否稳定。结果不能成为仪器是否合格的标准。

参考文献：

[1] 李征航，黄劲松．GPS测量与数据处理[M].武汉大学出版社，2005.

[2] 徐绍铨，张华海，等.全球定位系统原理及其应用[M].武汉大学出版社，2004.

[3] 付辉清，凌模，何幼平.全球定位系统（GPS）[M].接收机校准规范，JJ F 1118 - 2004.北京：中国计量出版社.

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