книги / Инструкция по созданию наблюдательных станций и производству инструментальных наблюдений за процессами сдвижения земной поверхности при разработке нефтяных месторождений в регионе

- 11 -

структурных особенностей горного массива рекомендуются сгущение реперов до 20–50 м и использование обычных реперов забивного типа, которые вполне устойчивы в слабых грунтах (приложение 2). На данных участках земной поверхности дополнительно измеряют горизонтальные деформации земной поверхности путем измерения расстояний между реперами в прямом и обратном направлениях с точностью 1/10 000 – 1/15 000.

3.1.6. В случае добычи нефти под комплексом зданий (поселок, район города, производственное предприятие с большим числом сооружений) для наблюдения выбираются наиболее значимые по характеру использования сооружения и на них ведут наблюдения по стенным и грунтовым реперам, а также закладывают профильные линии по определенным направлениям (вдоль улиц, осей расположения объектов и т.д.). На застроенных территориях для исключения возможности повреждений подземных коммуникаций места закладки реперов согласуются с местными органами власти. Строительство наблюдательной станции в данном случае и производство наблюдений выполняются по специальному проекту.

3.2. Структурное построение сети пунктов, определяемых с помощью спутниковых радионавигационных систем (СРНС).

3.2.1.Спутниковая сеть для мониторинга горизонтальных и вертикальных смещений земной поверхности представляет собой совокупность опорных и рабочих пунктов, связанных системой векторов (базисных линий).

3.2.2.Опорные пункты располагают вне зоны сдвижений наблюдаемого объекта и иных источников деформаций земной поверхности природного (тектонические нарушения, оползневые участки, крутые склоны, зоны оврагообразования, карсты и т.п.) и техногенного (разработка месторождений полезных ископаемых) генезиса.

3.2.3.Количество опорных пунктов должно быть не менее трех, расположенных с разных сторон наблюдаемого объекта.

3.2.4.Рабочие пункты располагают равномерно по территории наблюдаемого объекта, пространственно увязывая с элементами инфраструктуры

иосновными структурно-геологическими особенностями месторождения.

3.2.5.Плотность рабочих пунктов должна быть не менее одного на 5 км2 территории наблюдаемого объекта.

3.2.6.Места закладки пунктов должны обеспечивать оптимальные условия выполнения спутниковых наблюдений, быть легко доступными для подъезда или подхода, хорошо опознаваться на местности и обеспечивать долговременную сохранность центров.

3.2.7.Не допускается располагать пункты вблизи мощных источников радиоизлучения (радиостанций, радаров радиотрансляционных антенн), а также подвесных высоковольтных линий электропередач, находящихся на расстоянии менее 50 м.

-12 -

3.2.8.При выборе мест закладки пунктов следует избегать непосредственной близости объектов, вызывающих вибрацию (железных и автомобильных дорог, промышленных установок и др.).

3.2.9.Пункты спутниковой сети должны быть, по возможности, совмещены с реперами нивелирования.

3.2.10.Спутниковые измерения между пунктами образуют сеть связанных многоугольников. В качестве базового элемента геометрического построения сети используется треугольный полигон. Допускается применять четырехугольные полигоны, если точность определения смещений удовлетворяет нормативным требованиям.

3.2.11. Направления	и количество измеряемых векторов	в сети
рекомендуется определять	методом оптимальной триангуляции, т.е. триангуляции

сминимальным количеством и суммарной длиной ребер.

3.2.12.Каждый пункт спутниковой сети должен быть обеспечен не менее чем тремя измерениями (векторами) от смежных пунктов.

3.2.13.Для усиления обусловленности слабых участков сети рекомендуется использовать геодезические четырехугольники.

3.2.14.При выполнении цикличных наблюдений схема спутниковой сети не должна изменяться.

4.ТРЕБОВАНИЯ К ТИПАМ И КОНСТРУКЦИИ РЕПЕРОВ

4.1.В качестве рабочих, опорных и исходных реперов нивелирной и спутниковой сетей рекомендуется использовать конструкцию реперов, рекомендованных инструкциями Роскартографии (ГУГК) для местных условий (Правила закладки центров и реперов на пунктах геодезической и нивелирной сети. М.: Геодезиздат, 1993 [6,8]), а также ведомственными методическими указаниями. Основным требованием, предъявляемым к глубинным и грунтовым реперам, являются их сохранность и устойчивость. При создании наблюдательных станций рекомендуется остановиться на грунтовом типе репера для средней полосы – бетонируемый 2ГР (см. приложение 2). Рекомендуемый способ закладки – ручная закладка. На заболоченных территориях геодезические пункты и нивелирные линии рекомендуется закреплять центрами и реперами типа 188 оп.знак (см. приложение 2).

4.2.Рекомендуемый тип заложения центра опорного и исходного пункта в болотистой местности – глубинный репер любой конструкции с закладкой бетонного якоря на глубину 10–15 м.

4.3.Для рабочих пунктов спутниковой сети рекомендуется тип центра 2ГР. На месторождениях, расположенных в районах заболоченной местности, для пунктов спутниковой сети рекомендуется применять бетонируемый или свайный тип центра как для опорных, так и для рабочих реперов, закладываемый на глубину 10–15 м. Допускается тип 188 оп.знак для рабочих реперов в болотистой

- 13 -

местности. Допускается совмещение рабочих пунктов с пунктами ГГС, если они отвечают всем вышеперечисленным условиям.

5. МЕТОДИКА НАБЛЮДЕНИЙ МЕТОДОМ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ

5.1. Методика нивелирования по профильным линиям.

5.1.1.Предельная средняя квадратическая ошибка определения превышений между опорными и рабочими реперами на наблюдательных станциях должна быть не более ±2 мм/км, т.е. соответствовать надежности нивелирования II класса.

5.1.2.Методика нивелирования II класса по профильным линиям реперов, выполняемого оптическими и цифровыми нивелирами, должна соответствовать требованиям Инструкции по нивелированию I,II,III и IV классов [7].

5.1.3.Первый цикл измерений по профильным линиям реперов рекомендуется выполнять по методике нивелирования II класса повышенной точности, основные требования которой сводятся к следующему:

–максимальная длина луча визирования – 50 м;

–высота луча визирования над подстилающей поверхностью должна быть не менее 0,5 м;

–неравенство расстояний от нивелира до реек на станции допускается не более 0,5 м, а накопление этих неравенств по секции должно быть не более 1 м;

–расхождения между превышениями, измеренными на станции по основной

идополнительной шкалам реек, а также разности высот нулей реек не должны быть более 0,5 мм;

–разность превышений, полученных из прямого и обратного направлений, не

должна превышать ±3 мм L , где L – длина хода, км.

5.1.4.Присоединение наблюдательной станции к высотной основе РФ или принятой на месторождении с целью дальнейшего использования его реперов в качестве опорной маркшейдерской сети осуществляется по требованию Заказчика. Точность привязки должна соответствовать точности нивелирования IV класса, для чего могут использоваться спутниковые навигационные системы с соблюдением требований действующих нормативных документов.

5.1.5.К нивелирным работам допускаются приборы, прошедшие испытания для целей утверждения типа и имеющие свидетельства установленной формы о первичной (периодической) метрологической поверке, действительной на период выполнения измерений.

5.1.6.При производстве нивелирных работ исполнителем должна проводиться технологическая поверка нивелиров в соответствии с ГКИНП (ГНТА) 17-195-99, периодичность которой устанавливает Инструкция по нивелированию

I,II,III и IV классов [7].

5.1.7.При нивелировании как оптическими, так и цифровыми нивелирами необходимо использовать инварные рейки.

-14 -

5.1.8.Полевые журналы оптического нивелирования следует хранить в течение 5 лет. Сырые данные (файлы) цифрового нивелирования помещать на оптические носители и хранить до завершения отработки месторождения.

5.2. Обработка результатов нивелирования

5.2.1. В каждом цикле мониторинга в измеренные в прямом и обратном направлении превышения вводятся поправки за различие температур инварных реек при эталонировании и во время нивелирования, определяемые по формуле

δh = k(tн − tэ)h ,

где k – средний коэффициент линейного расширения реек, заявленный фирмой производителем; tн– среднее значение температуры воздуха при нивелировании;

tэ – температура реек при эталонировании; h – превышение по секции.

5.2.2. Вычисляются вероятнейшие превышения между реперами (в секциях) как средние арифметические значения из прямого и обратного ходов нивелирования. Уравниваются превышения в кустах опорных реперов.

5.2.3. Невязки в полигонах не должны превышать ±5 мм L , а разности превышений, полученных из прямого и обратного направлений, не должны быть

более ±5 мм L , если среднее число станции на 1 км хода меньше или равно 15

и ±6 мм L – когда среднее число станции на 1 км хода больше 15, а также в труднопроходимом районе, где L – периметр полигона или длина секции в километрах.

5.2.4. По результатам первых двух периодов мониторинга в группах опорных реперов по принятому критерию, например А. Костехеля, выделяются наиболее устойчивые знаки, сохранившие свое высотное положение в наблюдаемый период относительно соседних реперов в пределах точности измерений и доставившие минимум сумме квадратов изменений превышений. В качестве условия допустимости изменений превышений между опорными реперами

используется предельная точность наблюдений ± f L , где f – допустимая невязка для соответствующего класса нивелирования.

5.2.5. Оценка взаимной устойчивости выделенных опорных реперов производится по критерию надежности измерений ± f 1/ phij , где phij – вес

разности уравненных превышений между реперами i и j , вычисленной с учетом результатов свободного уравнивания нивелирной сети.

5.2.6. Если рассматриваемые опорные реперы удовлетворяют всем критериям стабильности, то превышения между ними считают неизменившимися между двумя сериями мониторинга. В этом случае рекомендуется выполнить совместное уравнивание нивелирных ходов первого и второго цикла наблюдений, в результате которого уточняется взаимное положение наиболее устойчивых опорных реперов и вычисляются их отметки. Уравнивание выполняют строгим способом.

-15 -

5.2.7.В следующих сериях измерений высотное положение выделенных опорных реперов только контролируется относительно соседних и считается неизменным, если превышения между ними изменились в пределах точности нивелирования. Отметки с условно неподвижных опорных реперов через уравненные превышения текущего цикла передаются на всю группу опорных реперов. После чего по невязкам в реализованной нивелирной сети судят о пригодности исходной основы для уравнивания измерений текущего цикла, а так же взаимной устойчивости условно неподвижных опорных реперов.

5.2.8.Высоты рабочих реперов получают в результате строгого уравнивания нивелирной сети текущего цикла мониторинга относительно отметок условно неподвижных опорных реперов.

5.2.9.Суммарные вертикальные смещения реперов следует определять как разницу отметок первого и текущего циклов наблюдений.

5.2.10.Случайные средние квадратические ошибки нивелирования на один километр хода определяют по формулам:

				2
– по внутренней сходимости измерений –	m	=	di		Li	,
	км			4n

где d i – разность превышений в секции, полученных в прямом и обратном направлениях; Li – длина секции; n – число секций;

	2
– по результатам уравнивания – μкм =	vi	Li	,
		k

где v – поправки в уравниваемые превышения; k – число избыточных измерений.

5.2.11.Остаточные систематические ошибки нивелирования вычисляют по

формуле

θ= [[di / Li]].

1/ Li

5.2.12.Предельные средние квадратические погрешности в определении вертикальных смещений реперов определяют по формуле

Mη = mпр 2Qii ,

где Qii – обратный вес уравненной отметки i-го репера; mпр – предельная средняя квадратическая ошибка нивелирования на 1 км хода.

-16 -

6.МЕТОДИКА НАБЛЮДЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППАРАТУРЫ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

6.1.Планирование и подготовка измерений

6.1.1.Спутниковые приёмники, используемые для производства работ, должны быть сертифицированы для применения на территории Российской Федерации и иметь свидетельства установленной формы о первичной (периодической) метрологической поверке, действительной на период выполнения измерений.

6.1.2.Рекомендуется использовать мультисистемные приемники, принимающие сигналы, как минимум, двух радионавигационных систем: GPS Navstar и ГЛОНАСС.

6.1.3.Спутниковые приёмники, используемые для производства работ, должны соответствовать следующим техническим требованиям:

–количество диапазонов частот не менее 2;

–количество каналов на каждый диапазон частот не менее 12;

–должна быть обеспечена возможность измерения фазы несущего радиосигнала на принимаемых диапазонах частот;

–иметь возможность сохранять фазовые и кодовые измерения на внутренний накопитель.

6.1.4.В качестве устройств приема спутниковых сигналов необходимо использовать антенны с наличием «ground plane» (металлического экрана, отсекающего отраженные от земной поверхности радиоволны). Рекомендуется применять микрополосковые антенны типа «Choke Ring» с прецизионным положением фазового центра.

6.1.5.Перед началом спутниковых наблюдений необходимо проверить комплектность аппаратуры и работоспособность всех ее компонентов. Загрузочные тесты должны проходить без сбоев. Регистрирующие устройства (карты памяти, внутренние накопители) должны иметь достаточный объем памяти для сохранения наблюдений требуемой продолжительности. Аккумуляторы должны быть в исправном состоянии и подготовлены к проведению наблюдений требуемой длительности с учетом температуры окружающей среды. Механические узлы должны работать исправно и не иметь механических повреждений, влияющих на процесс измерений. Точность устройств принудительного и оптического центрирования, а также мерных приборов (рулеток, жезлов и т.п.) должна соответствовать требованиям мониторинга.

6.1.6.Для выполнения спутниковых измерений необходимо следующее дополнительное оборудование:

–транспорт для перевозки аппаратуры между пунктами наблюдений;

–портативный компьютер для предварительной обработки спутниковых наблюдений;

–средства радиосвязи (рации, сотовая связь) для синхронизации сеансов наблюдений.

6.1.7.При выполнении спутниковых измерений необходимо, чтобы такие факторы, как конфигурация спутникового созвездия, возвышение спутников над

- 17 -

горизонтом, количество спутников, были оптимальными в месте проведения наблюдений. Поэтому перед началом работ необходимо выполнить прогноз спутникового созвездия на предполагаемые даты наблюдений. Цель его – определение интервалов времени, которые благоприятны для спутниковых определений в данном месте (пункте). Данная процедура может быть выполнена с помощью утилит, входящих в программные пакеты обработки спутниковых измерений. Исходными данными для нее являются географические координаты места выполнения наблюдений, эфемеридная информация о спутниках (текущий альманах), поправка местного (локального) времени относительно времени гринвичского меридиана, угол маски и данные съемки препятствий, если в районе пункта (пунктов) наблюдений имеются предметы или сооружения, препятствующие прохождению радиосигналов от спутников.

6.1.8. Съемка препятствий может носить как камеральный, так и полевой характер.

В камеральном случае на крупномасштабной карте вокруг пункта определяют азимуты и расстояния на крайние точки препятствий. Далее, используя информационную нагрузку карты (высота зданий, деревьев и др.), определяется высота препятствий и вычисляется угол закрытия горизонта по формуле

α= arctan H − h ,

S

где H – высота препятствия, S – расстояние до препятствия, h – высота установки антенны приемника. Точность измерения азимута и расстояния соответственно 1° и 0,2 мм в масштабе карты.

Полевая съемка препятствий выполняется путем определения азимутов и углов наклона на препятствия инструментально с помощью теодолита и буссоли, либо компасом и эклиметром-высотомером.

6.1.9. При угле маски, равном 15°, спутниковые измерения следует планировать, когда:

–количество принимаемых спутников максимально, но не меньше 5;

–геометрический фактор (PDOP) имеет минимальное значение, но не больше 4.

6.1.10.Для реализации спутниковых измерений на всей сети составляется программа наблюдений, содержащая необходимое количество сеансов, расстановку приемников по пунктам в каждом сеансе и измеряемые при этом векторы.

6.1.11.Программа спутниковых измерений должна обеспечивать следующее:

– независимое определение всех векторов (базисных линий) сети в

соответствии с ее схемой.

– определение каждого пункта не менее двух раз от двух и более взаимосвязанных пунктов при различных установках аппаратуры и условиях отслеживания спутников.

6.1.12. Минимально необходимое количество сеансов при однократном измерении каждого вектора и неизменном количество спутниковых приемников на весь период выполнения наблюдений на объекте рассчитывается по формуле

- 18 -

S = PV− 1 ,

где S – количество сеансов измерений (вещественное значение необходимо округлить до ближайшего большего целого), V – количество измеряемых векторов

всети, P – количество одновременно используемых спутниковых приемников.

6.1.13.При использовании более 2 приёмников и одновременном наблюдении на 3 и более пунктах при составлении программы полевых работ необходимо намечать для каждого сеанса в качестве независимо определяемых векторов такие базисные линии, ломаная из соединения которых не пересекает сама себя в точках соединения линий и не замыкается.

6.2. Выполнение спутниковых измерений

6.2.1.Спутниковые наблюдения необходимо выполнять методом относительных определений, основанном на принципе компенсации сильно коррелированных погрешностей при одновременном измерении кодовых и фазовых псевдодальностей до спутников одного и того же созвездия с двух точек.

6.2.2.Для реализации относительных спутниковых определений используют два или более приёмников.

6.2.3.Основные параметры спутниковых наблюдений, такие как режим наблюдений, угол маски и частота регистрации данных, должны быть одинаковыми у приемников, используемых совместно.

6.2.4.Спутниковые определения выполняются в режиме «статика». Запрещается применение динамических режимов.

6.2.5.При выполнении спутниковых определений не рекомендуется наблюдать спутники, возвышение которых над горизонтом составляет менее 15°, т. е. угол маски должен быть равен 15°.

6.2.6.Рекомендуемая частота регистрации данных – 15 с как наиболее подходящая для долговременных наблюдений.

6.2.7.Спутниковые наблюдения проводятся в соответствии с программой наблюдений. Каждый вектор в сети должен быть измерен непосредственно. Запрещается находить векторы в сети, основываясь на данных косвенных измерений.

6.2.8.Продолжительность сеансов наблюдений устанавливается проектом, но в любом случае должна быть не меньше 2 часов при средней длине вектора

в сети до 10 км и не менее 3 часов при средней длине вектора в сети 10 км

иболее.

6.2.9.При ухудшении условий спутниковых определений на пункте, о чем свидетельствуют увеличение геометрического фактора, частые срывы фазовых измерений, уменьшение количества наблюдаемых спутников до минимального и ниже, длительность сеанса необходимо увеличивать.

-19 -

6.2.10.Установка антенны спутникового приемника над центром пункта осуществляется с применением оптических центриров либо при помощи специальных устройств принудительного центрирования. Ошибка центрирования не должна превышать 1 мм.

6.2.11.Высота установки антенны над маркой центра измеряется дважды (до и после завершения сеанса наблюдений) с ошибкой не более 1 мм.

6.2.12.При оккупации пункта два и более сеанса подряд между сеансами производятся изменение высоты инструмента не менее чем на 10 см, повторная центрировка и измерение высоты установки антенны, кроме пунктов с системами принудительного центрирования.

6.2.13.Антенны приемников необходимо ориентировать в азимутальной плоскости на север по нанесенным специальным меткам.

6.2.14.Во время проведения сеанса наблюдений оператор не должен быть причиной экранирования поступающих от спутников сигналов и/или возникновения нежелательных отражений.

6.2.15.Не допускается выполнять спутниковые измерения в грозу, а также при шквальных порывах ветра, способных нарушить установку аппаратуры.

6.2.16.При выполнении измерений на каждом пункте рекомендуется заполнять полевой журнал, содержащий следующую информацию:

−название пункта наблюдения;

−фамилия оператора;

−серийные номера и типы основных компонентов установленной на пункте спутниковой аппаратуры (антенны, приемника, сенсора и т.д.);

−высота и способ установки антенны;

−время начала и завершения сеанса наблюдений;

−приближенные координаты пункта наблюдения (по информации, отображаемой на экране дисплея приемника);

−все замечания, касающиеся проведения наблюдений, которые могут оказаться полезными в процессе камеральной обработки результатов измерений.

6.2.17. По окончании наблюдений и возвращении на базу полевые данные копируются на устройства длительного хранения информации. При этом рекомендуется использовать структуру каталогов, приведенную на рис. 6.1, и создавать одну рабочую копию и одну резервную на разных физических дисках.

Объект

						Данные с приёмника № 1
		Дата наблюдений № 1				Данные с приёмника № 2
						Данные с приёмника № 3
		Дата наблюдений № 2
		Дата наблюдений № 3

Рис. 6.1. Структура каталогов

-20 -

6.2.18.При выполнении измерений необходимо выполнять полевой контроль, заключающийся в повторном переопределении не менее 10 % векторов.

6.2.19.Измерение геодинамических сетей носит циклический характер, поэтому схему и методику наблюдений рекомендуется сохранять в последующих сериях.

6.2.20.Привязка спутниковой сети к системе плановых координат РФ или принятой на месторождении с целью дальнейшего использования его пунктов в качестве опорной маркшейдерской сети осуществляется по требованию заказчика

ссоблюдением требований действующих нормативных документов.

6.3. Обработка результатов спутниковых измерений

6.3.1.Порядок обработки циклов спутниковых измерений представлен в виде блок-схемы на рис. 6.2 и содержит последовательность выполнения основных этапов:

– предварительная обработка спутниковых измерений;

– заключительная обработка спутниковых измерений;

– предварительное уравнивание спутниковой сети каждого периода наблюдений;

– анализ устойчивости опорных пунктов;

– заключительное уравнивание спутниковых измерений;

– вычисление рассогласований в координатах рабочих пунктов данного цикла наблюдений;

– графическое изображение процесса смещений земной поверхности на наблюдаемом объекте за данный период и его интерпретация.

6.3.2.Предварительная обработка выполняется до выезда бригады из района работ с целью оперативной оценки качества измерений в сети на отдельном объекте. Основными критериями контроля являются:

−разрешение неоднозначности по всем линиям сети;

−сходимость результатов по замкнутым построениям в сети;

−сходимость контрольных измерений.

По результатам предварительной обработки делается вывод о пригодности полевых материалов для окончательной обработки либо о необходимости повторных или дополнительных наблюдений.

6.3.3.Предварительная обработка спутниковых наблюдений может выполняться с использованием стандартного программного обеспечения фирмыизготовителя спутниковых приемников, сертифицированного для применения на территории Российской Федерации.

6.3.4.В ходе предварительной обработки должны быть получены фиксированные решения (тип – «fixed») всех векторов в сети. «Плавающие» решения векторов (тип – «float») не допускаются и требуют повторных наблюдений.

Допустимые невязки приращений координат по замкнутым полигонам в плане (горизонтальная плоскость) и высоте (вертикальная плоскость) вычисляются по формулам: