利用GPSRTK技术实施水域浅层地震反射波勘探定位的方法

1、利用GPS RTK技术实施水域浅层地震反射波勘探定位的 方法创作：欧阳学时间：2021.03. 03（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

2、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酉己处理，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 实际位宣勘探数据，实现对场区地层的精细勘察。2. GPSRTK测量技术介紹2.1 GPS RTK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：在基准站上安宣一台 GPS 接收机，对所有

3、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楙度。2.2GPS RTK测量的优点GPS RTK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GPS RTK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lo图1水域浅层地震

4、反射波勘探野外作业示意图3. 水域浅层地震反射波勘挥采来方法3.1水域浅艮地复反射波勘撑数据采集方法现场采用适中的船只作为工作船只。在进行现场釆集 时，震源船震动采用 快速连续冲击方式，冲击时间控制在 Is左右，控制工作船的速度为23节，即每12m 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水城浅层地震勘探中定位问题和测量数据处理的困堆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，GPS RTK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 宣也不能任意安宣。因此在水域浅层

5、地震反射波勘探作业 过程中，需要解决 GPS RTK 测量中心与物探中心不完全 莹合、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；部分观测数据可芳邑存在粗差，因此给内业处理带来 巨大的工作量。4. 勘探和定位测量数摒处理4.1水域浅駁牝农反鈔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：日期时间水深（秒）地层1（秒）地层2（秒）道号地层3（秒）(h:mm:ss)X4.2 GPS RT

6、K定位测量数据GPS RTK定位测量数据从导航测深软件按1秒钟釆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)水而标髙(m)XY1) 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.，釆集数据的位宣不相同，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。個.定工作船在某一段品巨离內成直线走向，船体中 (CH)与物探点(O)连线与 GPS 走向平行。设 A1号测点 (xl,yl)到 A10号测点(xlO, ylO)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

7、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+0CH OB的夹角:0 = arctan(y)BA的方位角:P = arctan(_ )物探点的坐 标X”. = X®+ S'xsin(&±0)人=Ko + Vxcos（&±0）（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设备安装位登相对关系2）如果漂浮电缆和震源船采用后拖式作业，在现场作 业时，工作船艮难完全成直线航行，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. 工稅实

8、例某围海造地项目，拟建围堤全长约为 3400m, 堤顶宽 约6一10m, 堤脚宽约65m, 拟理范围内水深均在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，钻探孔布宣间距为100m, 在拟理围堤中心线及中心 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，震源釆用福省建筑设计研究院制造的 ZY-2型船载连续冲击震

9、源，冲击时间控制在Is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后处理软件对釆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lo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）8412010-3-3116:52:21.070.00580.06000.02498422010-3-3116:52:22.010.00580.06000.02488432010-3-3116:52:23.010.00570.06030.02

10、478442010-3-3116:52:23.960.00570.06040.02458452010-3-3116:52:24.900.00570.06050.0245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：H产凤-工（Gx（7；-工為）可以计算出各土层 底的标高。其中 Hi表示某一土层底标高、Ho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）水而标髙（m）XY3422010-3-3116:52:212422588.0276

11、430.374.68-0.553432010-3-3116:52:222422586.876430.014.66-0.613442010-3-3116:52:232422585.3376429.644.60-0.693452010-3-3116:52:242422584.1576429.394.60-0.663462010-3-3116:52:252422582.9876429.194.66-0.601）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秒钟釆集并输出一个点位 坐

12、标数据，可以利用 GPS采集时间与勘探时间的差值按比 例进行内插计算傅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，将毎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 相对位宣，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Is,为了方便内业计算，要求在

13、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 Is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。麥考文枇：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，马小飯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，过静垮编著全球定位系统(GPS)的 原理与数据处理同济大学出版社。Using the t

14、echnology of the GPS RTK inthe locationof the seismic reflected wave methodWang dexi(China Shipbuilding Industry Institute of the EngineeringInvestingation &Design Co.Ltd,No.2150 Zhongshan North Road, Shanghai,200063)Abstract:The paper introduces the GPS-RTK location in the seismic reflected wav

15、e method For the purpose of the GPS location measurement data and exploration data to achieve synchronization, it uses the GPS-RTK positioning convert the measurement data conversion processing and combines with location data and exploration corrected data which have been revised the time .It will be receive