利用GPS RTK技术实施水域浅层地震反射波勘探定位的方法修改之欧阳治创编.docx
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利用GPSRTK技术实施水域浅层地震反射波勘探定位的方法修改之欧阳治创编
利用GPSRTK技术实施水域浅层地震反射波勘探定位的方法
时间2021.03.10
创作：
欧阳治
汪德希
（中船勘察设计研究院有限公司，上海市中山北路2150号，200063）
摘要本文主要是介绍了应用GPS—RTK技术进行水域浅层地震反射波法勘探作业方法，对GPS-RTK定位测量数据进行归心换算处理，结合定位数据和勘探数据采集时间进行勘探点坐标修正，实现GPS定位测量数据和勘探点点位数据同步，从而得到较为准确的勘探点坐标信息，以实现准确反映场区地质变化情况。
关键词GPSRTK技术水域浅层地震反射波法归心改正
1.概述
水域走航式高密度地震反射波方法已广泛应用于我国跨海或跨江大桥、隧道、港口码头、船厂等大型水运工程项目中。
在水域勘探过程中，配备一套水上连续冲击震源，具备1秒钟完成一个勘探点的探查功能，再结合目前使用最广泛的GPS-RTK技术对其进行实时定位测量。
通过对两套数据进行匹配处理，将地震反射波勘探数据赋予坐标数据信息，实现勘探数据和定位数据同步，正确反映实际位置勘探数据，实现对场区地层的精细勘察。
2.GPSRTK测量技术介绍
2.1GPSRTK的工作原理
RTK（Real-Time-Kinematic）是GPS实时载波相位差分的简称，将GPS与数据传输技术相结合，实时解算并进行数据处理的技术。
工作原理：
在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将基观测数据通过无线电传输设备发送给流动站，流动站接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。
2.2GPSRTK测量的优点
GPSRTK测量技术具有作业效率高，定位精度高没有误差积累，全天候作业，作业自动化、集成化程度高，远距离作业等优点。
2.3水上作业定位测量应用
由于GPSRTK测量技术具有以上优点，为水上测量定位作业提供了优越条件，大提高了水上定位测量作业效率。
尤其给水域浅层地震反射波勘探作业提供了方便，不仅能实现导航作用，而且能实时采集勘探点的坐标数据信息。
作业方式见图1。
图1水域浅层地震反射波勘探野外作业示意图
3.水域浅层地震反射波勘探采集方法
3.1水域浅层地震反射波勘探数据采集方法
现场采用适中的船只作为工作船只。
在进行现场采集时，震源船震动采用快速连续冲击方式，冲击时间控制在1s左右，控制工作船的速度为2~3节，即每1~2m就采集1个勘探点。
图2水域浅层地震反射波工作原理简易图
3.2水域浅层地震勘探中定位问题和测量数据处理的困难
在水域浅层地震反射波勘探作业过程中，由于工作船、震源船、漂浮电缆相对位置关系不是固定的，GPSRTK作业仍受数据链电台传输距离、受对空通视环境、测量数据不能达到100%的可靠度等影响，导致GPS天线位置也不能任意安置。
因此在水域浅层地震反射波勘探作业过程中，需要解决GPSRTK测量中心与物探中心不完全重合、实现同步观测、船速、船行姿态等情况的影响。
而且两套设备均为1秒间隔采集一个数据，获得大量的观测数据；部分观测数据可能存在粗差，因此给内业处理带来巨大的工作量。
4.勘探和定位测量数据处理
4.1水域浅层地震反射波勘探数据
水域浅层地震反射波勘探数据获取为1秒钟采集一个数据，通过相关专业软件进行解译、转换成同相轴时间数据文件、将时间数据文件转换成深度数据文件等过程处理分析，可得出勘探点的数据成果，格式如下：
道号
日期
时间
（h:
mm:
ss）
水深
（秒）
地层1
（秒）
地层2
（秒）
地层3
（秒）
`
4.2GPSRTK定位测量数据
GPSRTK定位测量数据从导航测深软件按1秒钟采集一个数据导出并经过编辑形成需要的坐标数据，数据格式如下：
点号
日期
时间
（h:
mm:
ss）
坐标
水深
（m）
水面标高
（m）
X
Y
1）由于GPS天线与12道轻便漂浮电缆及震源船中心不在同一位置，采集数据的位置不相同，需对其进行归心换算。
该项工作需在作业前船只静止状态量测好，内业再对其进行换算处理。
假定工作船在某一段距离内成直线走向，船体中心（CH）与物探点（O）连线与GPS走向平行。
设A1号测点（x1,y1）到A10号测点（x10，y10）成直线走向（距离约20m），GPS中心与船体中心的垂直偏距为L，船体中心至物探点距离为S。
如图。
则可以计算：
A10至O点的距离
CHOB的夹角：
BA的方位角：
物探点的坐标：
，
（GPS天线在船体中心与物探点连线前进方向的右边为“+”，在左边为“-”。
）
图3设备安装位置相对关系
2）如果漂浮电缆和震源船采用后拖式作业，在现场作业时，工作船很难完全成直线航行，在航迹线成弧线时，宜进行弧线改正。
3）船行速度改正，对于船速较慢的时，船速对数据采集的影响可以忽略不计。
5.工程实例
某围海造地项目，拟建围堤全长约为3400m，堤顶宽约6～10m，堤脚宽约65m，拟建范围内水深均在5m左右（靠近海岛处较浅）。
为了探明拟建场地内浅层软土层（淤泥、淤泥质粘性土）深度的变化情况，根据设计要求，钻探孔布置间距为100m，在拟建围堤中心线及中心线内外侧30m布置3条浅层地震反射波勘探剖面，以更好地查明钻孔间软土层起伏情况。
现场作业租用一条长25m、宽6m的水泥船作为工作船，采用水域走航式地震反射波法进行。
勘探采集仪器采用北京水电物探研究所研制的SWS-6工程勘探仪配12道轻便漂浮电缆，震源采用福建省建筑设计研究院制造的ZY-2型船载连续冲击震源，冲击时间控制在1s左右，导航定位采用Trimble5700双频GPS配中海达测深仪。
结合勘察资料，利用SWS-6后处理软件对采集的数据进行处理后，本场地水层和各土层的进行如下地球物理分层：
1.水，2.淤泥，3.全风化砂岩。
并计算出纵波通过各层的时间，如表1。
表1勘探数据成果
道号
日期
时间
（h:
mm:
ss）
水深
（秒）
淤泥
（秒）
风化砂岩
（秒）
地层3
（秒）
841
2010-3-31
16:
52:
21.07
0.0058
0.0600
0.0249
842
2010-3-31
16:
52:
22.01
0.0058
0.0600
0.0248
843
2010-3-31
16:
52:
23.01
0.0057
0.0603
0.0247
844
2010-3-31
16:
52:
23.96
0.0057
0.0604
0.0245
845
2010-3-31
16:
52:
24.90
0.0057
0.0605
0.0245
结合勘察钻孔资料，计算出纵波在各层介质中的波速。
由公式：
可以计算出各土层底的标高。
其中Hi表示某一土层底标高、H0表示水面标高，Ci表示某一土层中的波速、Ti表示纵波通过某一土层的时间（往返）。
由GPS导航测深软件导出并编辑定位测量数据如表2：
表2GPS定位测量数据
点号
日期
时间
（h:
mm:
ss）
坐标
水深
（m）
水面标高
（m）
X
Y
342
2010-3-31
16:
52:
21
2422588.02
76430.37
4.68
-0.55
343
2010-3-31
16:
52:
22
2422586.8
76430.01
4.66
-0.61
344
2010-3-31
16:
52:
23
2422585.33
76429.64
4.60
-0.69
345
2010-3-31
16:
52:
24
2422584.15
76429.39
4.60
-0.66
346
2010-3-31
16:
52:
25
2422582.98
76429.19
4.66
-0.60
1）首先，对GPS定位测量数据进行归心换算，保证GPS定位测量数据和物探点位置相一致。
2）由表1中可以看出勘探数据是近似1秒钟采集一个数据，而GPS定位数据严格按1秒钟采集并输出一个点位坐标数据，可以利用GPS采集时间与勘探时间的差值按比例进行内插计算得到相应的勘探点坐标数据，以实现同步观测目的。
3）根据绘图成果需要，将每个物探点坐标投影到相应的测线上，以计算出物探点在测线上的里程，绘出需要的成果图，以供地质分析。
6.结论
为了保证勘探数据点位准确性，首先要准确量测好GPS接收天线与物探点中心、震源中心、漂浮电缆中心的相对位置，为归心换算提供必要的数据基础，以减弱和消除量测带来的系统差；在实际作业过程中，尽量保证船只沿测线直线行驶，必要时需对其进行弧线改正和船速改正、资态改正等改正。
由于水域浅层地震反射波勘探数据采集间隔近似1s，为了方便内业计算，要求在正式工作开始前，对两台仪器进行时间调整，保证两套仪器采集时间起点相一致，GPS定位测量数据也按1s间隔采集并记录，便于物探采集数据和测量数据内业处理。
由于采集的数据量大，可以通过编程对其进行计算，以提高内业处理工作效率。
参考文献：
[1]李一保，张玉芬，刘玉兰，陈亮浅地层剖面仪在海洋工程中的应用。
工程地球物理学报，2007年2月；
[2]王霞，马小跃水域浅层地震反射波法在水域地质勘察中的应用；
[3]林文太，卞坚耐地震映像法在港口码头工程地质勘察中的应用，港工技术,2001年3月；
[3]刘大杰，施一民，过静珺编著《全球定位系统（GPS）的原理与数据处理》同济大学出版社。
UsingthetechnologyoftheGPSRTKinthelocationoftheseismicreflectedwavemethod
Wangdexi
（ChinaShipbuildingIndustryInstituteoftheEngineeringInvestingation&DesignCo.Ltd,
No.2150ZhongshanNorthRoad,Shanghai,200063）
Abstract:
ThepaperintroducestheGPS-RTKlocationintheseismicreflectedwavemethod.ForthepurposeoftheGPSlocationmeasurementdataandexplorationdatatoachievesynchronization,itusestheGPS-RTKpositioningconvertthemeasurementdataconversionprocessingandcombineswithlocationdataandexplorationcorrecteddatawhichhavebeenrevisedthetime.Itwillbereceivedmoreaccurateinformationoftheexplorationpointcoordinatesandaccuratelyreflectingmovingsituationofthegeology.
KeywordsthetechnologyoftheGPSRTK;seismicreflectedwavemethod;correctionforcentring
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