杜鵬飛

(中國煤炭地質(zhì)總局 地球物理勘探研究院，河北 涿州 072750)

1 引 言

測量工作在眾多的勘探工程中都占有十分重要的地位[1]，地震勘探也不例外，在油田、煤田地質(zhì)勘探中主要采用的是二維和三維地震勘探[2]，測量工作就是將設(shè)計(jì)好的物理點(diǎn)通過放樣的方法布設(shè)到實(shí)地，生產(chǎn)隊(duì)伍各個班組依據(jù)測量標(biāo)記施工[3]。

在實(shí)際項(xiàng)目生產(chǎn)過程中，由于地形和設(shè)備的原因通常測量人員會集中在一個區(qū)域施工,且必須提前于地震生產(chǎn)隊(duì)伍，但是會出現(xiàn)許多影響施工的情況：如前期青賠人員搞不清楚測線的具體走向沒法提前開展具體的工作；后期生產(chǎn)施工人員找不到測量標(biāo)記需要臨時調(diào)派測量人員。

產(chǎn)生上述問題的原因主要有兩點(diǎn)：①由于經(jīng)費(fèi)限制，各班組都配備測量設(shè)備并不現(xiàn)實(shí)；②操作專業(yè)的測量設(shè)備有一定的難度。解決以上問題就需要有一個既簡單易懂又廉價的測量設(shè)備。

經(jīng)過理論設(shè)計(jì)和實(shí)際操作，找到了一種方法可以使手機(jī)變成一臺能提供米級定位的手持GPS(Global Positioning System)，基本上可以解決上面提到的問題。

2 第三方軟件配合手機(jī)在施工中起到重要作用

2.1 設(shè)備的選擇

在地震勘探中通常會用到實(shí)時動態(tài)差分技術(shù)測量系統(tǒng)RTK(Real - Time Kinematic)和手持GPS兩種測量設(shè)備[4]。前者可提供厘米級動態(tài)定位服務(wù)[5]，能夠滿足地震勘探中測量的全部技術(shù)要求[6]，價格在幾萬至十幾萬元；后者能夠提供米級定位服務(wù)[7]，只能起到輔助找點(diǎn)、尋向作用，價格在一千元左右。而以上兩種設(shè)備都存在普及率低、操作不便的問題。

隨著近幾年電子技術(shù)的發(fā)展，智能手機(jī)幾乎人人都有，手機(jī)硬件所支持的定位精度越來越高，已經(jīng)可以達(dá)到米級定位的精度[8]。雖然無法替代RTK設(shè)備滿足施工放樣的精度，但已經(jīng)可以替代手持GPS，當(dāng)做輔助定位工具使用了。

2.2 第三方軟件的選擇

現(xiàn)在能提供導(dǎo)航定位的手機(jī)軟件有很多，如百度地圖、高德地圖、谷歌地圖等，但是這些軟件多用于日常生活的導(dǎo)航，缺少更為專業(yè)的設(shè)置功能，在涉及到地震勘探中大量的坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、查看功能時，其實(shí)用性略顯不足。經(jīng)過一段時間的生產(chǎn)實(shí)踐和對比分析，發(fā)現(xiàn)奧維互動地圖這款軟件在自定義設(shè)置和界面顯示等功能上都能勝任地震勘探中輔助導(dǎo)航的工作。

奧維互動地圖是北京元生華網(wǎng)軟件有限公司推出的一款地圖軟件，它內(nèi)置了多種知名地圖，除了上面所提到的百度地圖、谷歌地圖外還支持多種衛(wèi)星圖以及地形圖，用戶可以自主選擇并離線下載這幾種地圖；它還支持iOS、Android、Windows等主流手機(jī)系統(tǒng)；可以通過電腦端制作行程路線、興趣點(diǎn)同步到手機(jī)上，也可以將手機(jī)端采集的數(shù)據(jù)上傳至電腦端[9]；最重要的是它支持更專業(yè)化的設(shè)置，不僅可以選擇投影坐標(biāo)系，還能進(jìn)行坐標(biāo)系參數(shù)設(shè)置。這些功能結(jié)合在一起使其成為了一款足以滿足施工需要的手機(jī)軟件。

2.3 方案實(shí)施步驟

第一步：工程開始需要專業(yè)的測量人員進(jìn)場收集資料。包括控制點(diǎn)坐標(biāo)、等級，然后現(xiàn)場查驗(yàn)控制點(diǎn)準(zhǔn)確性和保存狀況，再根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)的要求選取合適的控制點(diǎn)在工區(qū)內(nèi)布設(shè)加密控制點(diǎn)。加密控制點(diǎn)應(yīng)采用GPS靜態(tài)布網(wǎng)的形式進(jìn)行發(fā)展[10]，一方面可以得到更準(zhǔn)確可靠的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，另一方面是為了求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

第二步：利用GPS網(wǎng)平差求得的參數(shù)把需要放樣的物理點(diǎn)或測線制作成奧維互動地圖所支持的數(shù)據(jù)格式，目前該地圖支持的常見數(shù)據(jù)格式文件包括kml、kmz、gpx、csv、shp、dwg等。

第三步:讓參與工程項(xiàng)目的各班組主要人員都下載奧維互動地圖。由測量人員在奧維互動地圖軟件里對一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，然后將做好的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入到每個人的手機(jī)。

第四步:對人員進(jìn)行簡單培訓(xùn)。由于奧維互動地圖界面簡潔，簡單設(shè)置就可以正常操作，即使對測量專業(yè)知識無任何了解的人員也可以輕松上手。

以上簡單的幾步就可以實(shí)現(xiàn)將手機(jī)變成“手持GPS”，而奧維互動地圖所提供的便捷服務(wù)也可以使操作人員準(zhǔn)確了解每條測線甚至每個物理點(diǎn)所在的位置。當(dāng)測量人員還沒有開始放樣工作的時候，青賠人員就能通過奧維互動地圖提前與測線經(jīng)過的住戶交涉了；而測線經(jīng)過的路線上遇到不能布設(shè)物理點(diǎn)的情況也可以提前知道，報告技術(shù)負(fù)責(zé)，提前進(jìn)行線路變更或物理點(diǎn)加密，進(jìn)而減少測量人員的重復(fù)勞動；后期生產(chǎn)遇到連續(xù)多點(diǎn)明樁丟失找不到暗樁的情況，也可以通過奧維互動地圖定位將暗樁的尋找范圍縮小到幾米范圍內(nèi)，從而避免大范圍地調(diào)動測量設(shè)備和人員，可節(jié)省時間，提高設(shè)備的利用率。

2.4 奧維互動地圖運(yùn)用的實(shí)際案例

2.4.1 項(xiàng)目概況

筆者所在單位于2018年3月在山西省平遙縣開展煤層氣勘查二維地震項(xiàng)目，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)測線9條，滿覆蓋總長度124.56公里，施工物理點(diǎn)2 212個，總放樣點(diǎn)6 237個。采用1980年西安坐標(biāo)系和1956年黃海高程系統(tǒng)，中央子午線經(jīng)度111°。該測區(qū)有一半的山區(qū)，使用CORS(Continuously Operating Reference Stations)網(wǎng)測量會遇到?jīng)]有手機(jī)信號無法定位的問題，因此該測區(qū)依舊選擇了架設(shè)基準(zhǔn)站測量的方法，這種方法就會使所有的測量小組集中在幾公里的范圍內(nèi)施工，大范圍調(diào)動測量設(shè)備會嚴(yán)重影響測量施工進(jìn)度。該項(xiàng)目的情況很適合運(yùn)用奧維互動地圖輔助施工。

2.4.2 方案的具體實(shí)施及注意事項(xiàng)

1)在收集了該區(qū)的控制點(diǎn)后，通過靜態(tài)布網(wǎng)的方法在工區(qū)內(nèi)發(fā)展加密控制點(diǎn)5個，并解算得到了該區(qū)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

2)制作該項(xiàng)目的數(shù)據(jù)文件，并將數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入手機(jī)。本項(xiàng)目使用了kml格式文件。需要注意的是kml文件中的坐標(biāo)都為wgs84(World Geodetic System 1984)坐標(biāo)，而技術(shù)設(shè)計(jì)中的坐標(biāo)是平面直角坐標(biāo)系，因此需要參數(shù)轉(zhuǎn)換[11]。

3)讓每個班組的主要人員安裝奧維互動地圖。并進(jìn)行一些基礎(chǔ)設(shè)置，在設(shè)置所使用的地圖時選擇Google衛(wèi)星混合圖，它是衛(wèi)星圖和數(shù)字線畫圖的混合圖。如圖1所示分別為衛(wèi)星圖、數(shù)字線畫圖和混合圖，衛(wèi)星圖可以看到地物具體的樣子，有利于辨別地物性質(zhì)，數(shù)字線畫圖可以看到村鎮(zhèn)道路的名稱，方便尋找位置?；旌蠄D可以發(fā)揮兩種圖的優(yōu)點(diǎn)，雖然圖片加載需要耗費(fèi)很多流量，但可以通過提前下載離線地圖的方法解決。

4)最重要的一點(diǎn)是對坐標(biāo)系和投影參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在其他主流的手機(jī)地圖軟件中都沒有坐標(biāo)系和投影參數(shù)的設(shè)置，這也是這款軟件適合在施工中使用的原因。根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況在這里選擇“橫軸墨卡托投影坐標(biāo)”(圖2)，并填入之前網(wǎng)平差算出的轉(zhuǎn)換參數(shù)。保存過后就可以導(dǎo)入數(shù)據(jù)文件正常使用了。

圖1 三種地圖對比Fig.1 Comparison of three maps

圖2 投影參數(shù)設(shè)置Fig.2 Projection parameters

圖3 展測線圖Fig.3 Exhibiting the surveying line

2.4.3 項(xiàng)目中解決實(shí)際問題案例

在項(xiàng)目中運(yùn)用奧維互動地圖就是為了解決現(xiàn)場找點(diǎn)、尋向等問題，讓原本需要在電腦上查看的布線方案可以在現(xiàn)場用手機(jī)看到，原本用專業(yè)測量設(shè)備放樣的點(diǎn)也可以用手機(jī)定位找到。這些設(shè)想在項(xiàng)目中是否能夠?qū)崿F(xiàn)，可以看看具體的運(yùn)用案例。

先將制作好的所有測線導(dǎo)入軟件中(圖3)，這里可以看到工區(qū)的范圍走向，并通過放大縮小功能查看每條測線經(jīng)過的區(qū)域。

圖4 調(diào)整過的測線Fig.4 Adjusted measuring line

由于本測區(qū)有一半測線在平原地區(qū)，而平原地區(qū)會有很多城鎮(zhèn)，這里就可以利用衛(wèi)星圖的優(yōu)勢提前規(guī)劃測線走向。如圖4所示，D1測線如果以直線方式布設(shè)至少會穿過一個較大規(guī)模的村鎮(zhèn)，因此在測線布設(shè)的設(shè)計(jì)階段，項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)就根據(jù)衛(wèi)星圖在技術(shù)要求允許的范圍內(nèi)將測線1 680點(diǎn)處做出調(diào)整，使得D1測線能沿村鎮(zhèn)邊際布設(shè)。D1為測線編號；1 680為點(diǎn)號。

圖5 測線穿過廠區(qū)Fig.5 The surveying line across the factory

圖6 實(shí)際測量展點(diǎn)圖Fig.6 The actual measuring points

一個測區(qū)內(nèi)的測線再怎么調(diào)整也不可能完全避開所有房屋，而遇到較大的廠房時，也能夠通過奧維互動地圖看到，這時就需要在地圖中導(dǎo)入具體的測點(diǎn)了。如圖5所示，可以清楚地看到在D8測線的2 466點(diǎn)至2 486點(diǎn)之間有一片廠房，根據(jù)道距可以算出該廠房需要鋪設(shè)近200 m的測線。如果按照傳統(tǒng)方法，測量人員一般會按照實(shí)際位置測點(diǎn)并將該處廠房畫在草圖上，等到后續(xù)工作人員到現(xiàn)場勘察后，發(fā)現(xiàn)無法正常鋪線，會讓測量人員再次回來按照新方案補(bǔ)測，而這樣做需要測量班組重新架設(shè)基準(zhǔn)站，這個過程很可能會耽誤數(shù)小時的時間。但是有了奧維互動地圖，前期工作人員可以拿著手機(jī)提前在現(xiàn)場進(jìn)行勘察并與廠區(qū)人員溝通，最終給出解決方案，當(dāng)測量人員工作到該廠房時，就可以直接按調(diào)整好的方案測量了。

經(jīng)過實(shí)地了解，該廠區(qū)是一處養(yǎng)雞場，由于防疫問題禁止人員進(jìn)入，因此該廠區(qū)的測點(diǎn)均偏移至廠區(qū)外圍。如圖6所示為過該廠區(qū)測線的RTK實(shí)測坐標(biāo)展點(diǎn)圖，從圖上可以看出測線是如何偏出廠區(qū)的，另外也可以看出配置好的奧維互動地圖所展示的地物位置是非常準(zhǔn)確的，當(dāng)出現(xiàn)明樁丟失的情況下，后期施工人員完全可以用手機(jī)找到正點(diǎn)附近，再通過暗樁找到準(zhǔn)確的點(diǎn)位，雖然沒有正規(guī)的測量儀器準(zhǔn)確，但是作為一部手機(jī)能夠提供如此準(zhǔn)確的位置信息，基本上滿足了地震勘探輔助找點(diǎn)的功能，節(jié)省了調(diào)派測量人員和設(shè)備的時間。

在該項(xiàng)目施工的過程中，共有19名主要技術(shù)人員使用了奧維互動地圖輔助工作，其中項(xiàng)目管理組4人、青賠組2人、測量組5人、線班4人、成孔班2人以及司機(jī)組2人。而通過使用奧維互動地圖解決了許多以往需要測量人員到位才能解決的問題，大大提高了工作效率，減少了測量人員的重復(fù)勞動。這是奧維互動地圖在地震勘探項(xiàng)目中成功運(yùn)用的一個案例，為以后在其他項(xiàng)目中的使用奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié) 語

經(jīng)過理論設(shè)想和在地震勘探項(xiàng)目中的實(shí)際運(yùn)用，證明了通過使用奧維互動地圖輔助施工能夠解決以往只有測量人員參與才能解決的找點(diǎn)、定向等問題，節(jié)省了人力物力也提高了工作效率，為今后的地震勘探施工中快速輔助找點(diǎn)、定向摸索出了一個簡單且實(shí)用的方法。但是奧維互動地圖也有缺點(diǎn)，該軟件對用戶上傳的興趣點(diǎn)個數(shù)有限制，普通非付費(fèi)會員為1 000個興趣點(diǎn)，如需增加興趣點(diǎn)數(shù)量上限則需要付費(fèi)，在項(xiàng)目日常使用中可以通過分批導(dǎo)入興趣點(diǎn)的方法避免超過用戶上傳上限。