基于CORS和全站仪的井位测量技术探讨*

丁国章，刘庆翰，程哲晖

(中国石油化工股份有限公司华东油气分公司勘探开发研究院，江苏 扬州　225000)



基于CORS和全站仪的井位测量技术探讨*

丁国章，刘庆翰，程哲晖

(中国石油化工股份有限公司华东油气分公司勘探开发研究院，江苏 扬州225000)

摘要：论述了江苏工区井位测量中CORS测量的两种方法，并阐明这两种方法的优缺点，针对CORS井位测量中存在的因人为因素而产生的积累误差，提出了基于CORS和全站仪的联动测量方法，通过联动测量法，提高了井位测量的精度和便利性。

关键词：江苏CORS；井位测量；全站仪；联动测量

0引言

随着测绘技术的不断进步，测量仪器的更新换代，测量成果的精度也越来越高。与此同时，油气勘探开发的程度不断提高，对测量成果的要求也越来越高。井位坐标的精确程度对地质设计、钻井工程设计等有着至关重要的影响[1]。

井位勘定技术的变革历程也是测绘技术和测绘仪器的发展史，从皮尺、经纬仪、水准仪的传统测量手段，过渡到全站仪测量技术，再发展到近些年的GPS全球定位测量技术。而现代CORS技术正是GPS技术发展到一定程度的产物，并已广泛应用于多个领域[2]。本文以江苏CORS(简称JSCORS)为例，探讨其和全站仪相结合在江苏区块油田井位测量中的应用。

1JSCORS井位测量

1.1JSCORS测量方法

江苏CORS是国内首批地区级的连续运行参考站网络系统，它在全省范围内建立永久性参考站(如图1所示)，所有的参考站通过网络互联，构成新一代的网络化的大地测量系统，提供了高精度、高时空分辨率、高效率、高覆盖率的全球导航卫星综合信息服务网[3]，可以广泛应用于大地测量、工程测量、气象监测、地震监测、地面沉降监测和江苏范围内的油田井位勘定等领域，满足了城市建设和油田开发等综合需求。

图1　江苏CORS参考站网络分布图Fig.1　The network distribution of JSCORS reference stations

CORS的基本结构是由数据中心、参考站子系统、数据通信子系统、用户应用子系统4部分组成[4]。JSCORS也不例外，如图2所示，测量人员属于用户应用子系统的一部分，能否精确的

测量出井位坐标，不仅依赖CORS网络的完备性与成熟度，更依赖于测量人员操作方法的正确性和科学性。

图2　CORS的基本结构Fig.2　The basic structure of CORS

通常井位测量包括井位初测和复测两种类型。初测是对井位定桩的坐标进行测量，如图3(a)所示。由于江苏工区区块多属于苏北平原地带，并且以农田为主，JSCORS信号较好，适合于井位测量，测量步骤为：

1)准备仪器(花杆、手簿、接收机)；

2)打开手簿和接收机，并进行蓝牙连机；

3)配置CORS测量形式，并进行拨号连接CORS数据中心；

4)花杆放置于定桩中心位置，待圆水准器气泡居中时，点击测量。

而井位复测则相对较为复杂，由于复测时，井口上方被井架完全罩住(如图3(b)所示)，仪器放置井口时，很难得到固定值，而且测量人员位于井架之下进行观测，有一定的安全隐患，这时一般采用间接测量法，包括十字交叉法、两圆相交法、对角等距法等，比较常用的方法是十字交叉法和两圆相交法。

图3　井位初及复测示意图Fig.3　Schematic diagram of preliminary survey and repetition survey

十字交叉法的具体测量示意图，如图4所示。中间的矩形是简化的井架平台俯视图，点J为井口所在位置，先测量点A和点B，A和B点在大门方向的指向线上，通常对准台面的中心线测量即可，C和D点所在的直线与直线AB不一定要求是垂直关系，因为只要两条线都能通过井口J点，那么它们的交点就是井口坐标点。

图4　十字交叉法Fig.4　The cross method

如图5所示为两圆相交法的示意图，EJ和FJ分别是由皮尺或者钢卷尺拉出的两条线段，E和F点是直接测量的点位，分别以E和F为圆心，以EJ和FJ为直径绘制两个相交的圆形，这两个圆会有一个或者两个交点。接下来针对两圆相交法来具体讨论如何选择最佳的测量方式。假设EJ和FJ的夹角是α，当α=0°或者α=180°，两个圆分别是内切和外切的关系，只有一个交点；当0°<α<180°时，两个圆有两个交点。从理论上而言，只有一个交点时，结果是唯一的，就是两个圆的相切点，但是由实际测量实践中发现，这种唯一值不容易获得，测量操作过程中，由于误差会造成两个圆有两个非常接近的交点或者是没有交点，所以这种情况不可取。在0°<α<180°的情况下，虽然有两个交点，但井口坐标点也是唯一确定的，就是两条直径即EJ和FJ的交点。

图5　两圆相交法Fig.5　The method of intersecting circle

1.2JSCORS测量的优缺点

由于江苏地区普遍以平原为主，JSCORS的测量优势是显而易见的，主要体现在以下几个方面：

1)精度高。与单参考站RTK相比，CORS提供的网络RTK测量精度得到显著提高，达到实时差分cm级和后差分mm级精度。

2)定位快速。在系统服务范围内，可以实时获取高精度的三维坐标成果，实现GPS快速定位测量。

3)可靠性高。主要体现在采用多站联合组网，采用固定的通信数据链，拥有完善的数据监控系统。

4)自动化与智能化。表现在实现了自动差分结算功能、记录功能和坐标转换功能，节省了大量的人力工作资源[5]。

然而具备众多优点的CORS也有它的弊端和不适用的情况。在井位测量中，受到信号干扰的问题，导致数据浮动，不能达到固定要求，这种情况下的井位复测使用CORS就只能用间接测量法，但是由于场地条件的限制，间接测量法会在一定的程度上受到人为因素的干扰而影响测量精度。井场地面状况大多数情况都是坑洼不平的，十字交叉法和两圆相交法在测量以及后期计算时，积累误差会比较大，从而导致测量精度受到影响。考虑到上述问题，本文提出将CORS与全站仪的优势综合，在井位测量中实现联动测量，最大程度地提高井位测量的精度。

2JSCORS和全站仪联动测量技术

2.1JSCORS和全站仪联动测量概述

在井位测量的初测中，可以直接使用JSCORS进行实测，复测就免不了需要借助间接的方法进行量测，而间接测量的过程避免不了出现一些累积误差，为了提高间接测量的精度，本文将JSCORS和全站仪相结合，互相配合联动测量，保证时效和精度。

对于全站仪而言，只需要给定测站坐标和后视坐标，便能确定平面坐标系，若两个坐标的高程也已知，那便可以确定待测点的高程值。根据这一原理，只要借助CORS，测出任意两个点的坐标，通过全站仪设站，就能测量出因遮挡导致CORS信号无法固定的点位。

2.2联动测量应用于井位测量

依据JSCORS和全站仪联动测量的原理，将CORS与全站仪相结合应用于井位测量的复测中，如图6所示。首先在井架外围布置两个点M和N，用CORS直接测量出两点的坐标和高程，以M或者N点作为全站仪测站点，调整好仪器后，再以另外一点作为后视点进行定向，假设以M点作为测站点，M点的坐标即为测站坐标，N点的坐标为后视坐标，至此，完成了坐标系的控制工作，然后可以对井口进行测量，将已知棱镜高度的花杆放置于井口中心位置，棱镜对准全站仪镜头，并保持花杆圆水准器气泡居中，全站仪测得数据即为井口坐标。

图6　CORS和全站仪联动测量示意图Fig.6　Schematic diagram of linkage measurement by CORS and total station

2.3联动测量的优点

将JSCORS与全站仪相结合，实现联动测量，这是新老技术综合利用的手段，既发挥出CORS测量的便捷性，又通过全站仪弥补了CORS对信号要求的苛刻性，针对井位测量，具体的优点体现在两个方面：

1)避免积累误差。传统井位测量方法，十字交叉法或者两圆相交法，涉及到3点连线和丈量距离，这个过程中的人为误差是不可避免的，而在联动测量过程中，只要仪器操作没有问题，只存在仪器精度的问题，这一点可以忽略不计，在一定的程度上将积累误差降到最低。

2)避免后期计算。传统的井位测量，遇到复测的情况，需要经过后期数据计算，才能获得井口坐标，而利用全站仪测量，“所需即所测”的优势得到充分体现，由于测站坐标和后视坐标都已知，因此观测点即井位坐标也能即时获得。

3应用实例

为了验证本文中联动测量的可靠性，从苏北某工区任意选出5口井作为研究目标，分别用十字交叉法和联动测量的方法进行测量对比，考虑到两组测量结果的对比需要一个统一的参照值，本文将这5口井的初测值作为真值，再比较中误差来判断两种方法的精度。

实验仪器选用了Trimble R8+TSC3一套、Topcon GTS-336N一台。

作为研究对象的5口井，井1、井2、井3、井4、井5分别用符号J1、J2、J3、J4、J5代替，它们的初测坐标见表1(为避免数据泄密，下列表格中数据均已平移)。

表1　井的初测坐标值

首先，根据前文中的十字交叉法，在J1、J2、J3、J4、J5周边分别布置4个辅助点，比如J1周围布置的辅助点分别是F1、F2、F3、F4，使得F1F2的连接直线同F3F4的连接直线有交点，那么这个交点坐标便是十字交叉法所测得的J1的坐标，具体计算数据，如表2所示。J2、J3、J4、J5类似，详细数据分别见表3、表4、表5、表6。

表2　十字交叉法测量井1的成果

表3　十字交叉法测量井2的成果

表4　十字交叉法测量井3的成果

表5　十字交叉法测量井4的成果

表6　十字交叉法测量井5的成果

然后，根据联动测量方法，在井口周边设置测站点和后视点，J1和J2的测量使用共同的测站点F3和后视点F2，J3、J4、J5使用的测站点F10和后视点F11。具体数据，见表7。

表7　联动测量的成果

两种方法测量完成之后，依据中误差的计算方法，先分别计算出两种方法的北坐标中误差和东坐标中误差，然后再算出它们的点位中误差。计算结果，如表8所示。

表8　误差对比

由表8可知：M2

4结束语

CORS和全站仪的联动测量不仅发挥出两者各自的优势，而且还避免了环境因素、人为因素对测量精度的影响。CORS和全站仪的联动测量已经广泛应用于测量工作的各个领域，将其引入井位测量工作中，对提高井位测量成果的精度有非常重要的意义。

[参考文献]

[1]王焕改，邸增力.GPS和全站仪在提高井位测量精度中的应用[J].物探装备，2005，15(2)：138-140.

[2]汪伟，史廷玉，张志全.CORS系统的应用发展及展望[J].城市勘测，2010(3)：45-47.

[3]黄俊华，陈文森.连续运行卫星定位综合服务系统建设与应用[M].北京：科学出版社，2009.

[4]党红蔻，李德明，张伟.CORS技术在矿上测量中的应用[J].淮海工学院学报：自然科学版，2011，20(S1)：32-33.

[5]朱小玉，赵丽，王延国，孙善一.CORS技术在矿区地表沉陷监测中的应用[J].北京测绘，2011(4)：49-51.

Discussion of Well Measurement Technology Based on CORS and Total Station

DING Guo-zhang，LIU Qing-han，CHENG Zhe-hui

(ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofEastChinaOilandGasBranchCompany，ChinaPetroleum&ChemicalCorporation，YangzhouJiangsu225000，China)

Abstract：The two methods of well measurement by CORS in Jiangsu work area were discussed，and the advantages and disadvantages of both methods were expounded.Aiming at the accumulated errors caused by human factors in CORS well measurement，the method of linkage measurement based on CORS and total station has been put forward.The precision and convenience of well measurement will be improved by this method.

Key words：JSCORS；well measurement；total station；linkage measurement

作者简介：丁国章(1986～)，男，江苏盐城人，硕士，助理工程师，现主要从事油气田测绘方面的工作。

中图分类号：P 228.4

文献标识码：B

文章编号：1007-9394(2016)01-0036-04

收稿日期：2015-08-11

地矿测绘2016，32(1)：36～39

CN 53-1124/TDISSN 1007-9394

Surveying and Mapping of Geology and Mineral Resources