手机导航在油田测井井位定位中的的应用

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163000)

0 引 言

测井资料采集是油田测井工作的重要一环。由测井技术人员携带测井仪器设备到达目标井位，测试油井的油层压力、示功图、动液面、油层温度、油量、气量、水量及出砂等技术指标。测试采集工作必须在野外实地完成，而油井的分布是相当分散和复杂的，特别是在油田边远地区，大量的油井没有用建设规范的井排公路，分布在耕地、沼泽或林地等复杂的地表环境中，给及时顺利地到达井位带来了很大的难题，浪费宝贵的测井时间，稍有不慎造成测井井位错误[1]。

随着卫星定位技术的高速发展，卫星导航方法已经被人们广泛地应用到生产生活中。利用卫星定位测量设备可以以厘米级的精度定位或向目标导航，如石油勘探中的测线物理点放样、油田钻探井位的测量、天然气管线的施工、电力线路的维护等工作已经利用甚至依赖于卫星定位测量技术，因为该项技术能够带来高效和准确的效果。用于导航的卫星定位技术一般能够保证5～10 m的精度，专业的导航仪成本较高。但是目前的智能手机几乎全部集成了导航定位芯片，能够安装导航应用软件，下载电子地图，为生产生活中的导航提供了方便。本文主要讨论智能手机导航在寻找油田测井井位工作中的应用方法。

1 手机导航的技术现状

近年来，智能手机制造技术和系统技术高速发展，原本用来完成通话或短信的电信工具融合了大量与人们工作和生活密切相关的科学技术。集数据计算、文本编辑、网络通讯、摄影摄像、定位导航等功能于一身，给使用者带来了非常大的便利和享受，由于手机固有的网络通讯技术，加之卫星定位测量技术，手机导航较之专业导航测量仪具有得天独厚的优势。

1.1 手机中的卫星定位测量技术

卫星定位测量技术自美国推广全球定位系统(GPS)应用后开始了飞速发展，先后有欧洲的伽利略卫星导航系统(GALILEO)、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)、中国的北斗卫星导航系统(BDS)等相继建立和运行，统称为GNSS全球导航定位系统。各卫星定位系统相互独立，其共同点是所有的卫星定位系统都是通过建立在地面上的监控站控制距离地面2万公里左右若干绕地球运转的卫星，向用户设备提供持续不断的导航定位信号。而用户设备可以按照硬件的设计接收来自不同卫星系统的导航信息，加以处理，结合用户设备中的导航软件，计算个人或设备的位置信息。由于设备制造成本和卫星系统成熟度的原因，目前智能手机中广泛应用的是美国的GPS信号，新型的高端智能手机开始使用北斗和格洛纳斯信号[2]。

打开手机卫星定位功能，手机便可以接收到卫星信号，当接收4颗以上的卫星信号时，就可以得到手机的地面位置，这个位置可以展示在电子地图上，或以坐标数字的形式显示出来，测量的精度为5～10 m。测量精度受到卫星数量、天气、环境干扰等的影响，卫星数量越多、周围电磁干扰越少定位的精度越高。

1.2 利用手机电信网络进行定位

一个手机之所以能够接打电话，是因为若干连成网络的电信基站帮助传递信息。手机的操作是通过附近的基站完成，那么就诞生了基站定位技术，也就是移动位置服务(LBS-Location Based Service)，通过移动运营商的网络获取终端用户的位置信息。因为要测量手机发出的信号到各个基站的时间差来计算位置，手机所在的基站网络越完善，定位精度越高，精度一般在50～100 m。

当手机处在WIFI的环境下，由于WIFI的MAC地址是被标记了坐标的，所以使用该WIFI的终端即电话或电脑的位置信息就成为已知的，应用软件可以读取这个信息，精度为该WIFI所覆盖的范围，即10～20 m。

AGPS就是在电信网络辅助下的GPS卫星定位技术，当手机打开GPS定位和“网络辅助GPS”功能时，手机就可以通过卫星定位和电信网络定位共同计算手机所在的位置，比单独使用GPS卫星定位速度更快，精度更高[3]。

1.3 手机定位应用软件

智能手机之所以应用广泛，最主要的原因是系统可以接受大量的应用软件，只有安装了应用软件手机才能发挥硬件功能，提供与使用者交互的机会。用于定位的应用一般可分为两种：数据定位和地图导航。当安装数据定位应用软件时，手机可以通过观测卫星、电信网络等获得坐标数据，如手机所在位置的纬度、经度、高程、移动方向、移动速度等信息；当手机安装了地图导航应用软件时，手机的实时位置可以在电子地图上显示出来，用一个符号显示手机与道路、房屋等地物的相对位置关系，或使用曲线显示手机的行进轨迹等。有些应用软件兼具数据定位和地图导航的功能。手机定位的应用软件可以通过手机从因特网上免费下载安装。

2 坐标转换方法

手机通过卫星和网络得到的位置数据称为坐标，如纬度、经度和高程等，而坐标是在一定的基准下定义的，手机应用软件提供的坐标一般是以世界坐标系为基准的，与卫星系统定义的基准相同，即WGS84世界大地坐标系。与我们油田测井施工使用的地方坐标系是不同的。为了提供较高的导航精度，需要进行必要的坐标转换[4]。

2.1 求算转换参数

转换参数是将坐标从一个坐标基准向另一个坐标基准转换的参数，根据技术要求不同，转换模型也不相同，转换参数的数量和量度也不同。如精度要求较高的大地测量要求使用基准平移、转换、尺度等7个参数，导航工作中可以使用二维平移2参数或三维平移3参数。这里通过二维平移2参数进行叙述。

首先在一个具有已知井位坐标的井上利用手机进行观测，取得该井的卫星定位坐标。一般井位坐标为平面直角坐标，需要进行平面直角坐标至大地坐标的变换[5]：

(1)

设观测得到的WGS84坐标系大地坐标纬度为(B84，L84)，则转换参数为：

(2)

式中，(B84，L84)为观测WGS84坐标系井位坐标纬度、经度；(B井，L井)为已知地方坐标系井位坐标纬度、经度；(ΔB，ΔL)为坐标基准转换参数纬度差、经度差。

如果希望提高转换参数的精度，可以增加在已知地方坐标的井位上观测次数，用多次观测的平均值来计算转换参数，消除偶然误差[6]。

2.2 计算目标井位坐标

测井施工下达任务书包含了测井井号、井位坐标等基本信息，根据井位坐标，利用转换参数可以计算出导航点坐标。

首先利用公式(1)进行平面直角坐标至大地坐标的变换，然后利用求取的转换参数将目标井位的坐标转换为导航坐标，即WGS84坐标系基准下的坐标：

(3)

式(3)中，(Bi，Li)为目标井位WGS84坐标系纬度、经度。

3 导航数据的编辑方法

电子地图是导航的基础平台，能够显示较实时和详细的地面信息。但是出于国家安全和数据保密的原因，电子地图在制作和发行时是进行了人为偏移或扭曲。所以要想使井位数据与电子地图基准吻合，必须将井位坐标数据转变成为电子地图的语言[7]。

3.1 选择适当的导航平台

目前有很多的电子地图导航平台可供下载和使用，每种软件特点和功能有所不同。为了实现精确的导航，并且能够实现目标井位作为导航点或导航航线的批量导入，需要选择能够接收坐标文本数据的软件作为导航平台。经测试，能够接收坐标文本文件导入的软件包括奥维互动地图、谷歌地图、oruxmaps等，其中奥维互动地图具有较好的交互界面和导航功能。

3.2 编辑导航点数据

常用的导航数据格式一般为KML和GPX文本数据格式等，可用于一般的计算机电子地图软件、手机导航电子地图应用。KML是由开放地理空间联盟维护的国际标准，主要应用于谷歌地球、谷歌地图等平台中显示地理数据[5]。主要文本格式如下所示：

宁波西邻绍兴、杭州，北面与上海隔海相望，一直就处在杭州、上海两地国内顶尖医院的辐射圈内。作为代表宁波医疗服务水平的大型三甲医院，宁波一院需要持续提升自身的综合实力，才能够留住本地患者。

其中，为地图显示的点名称，可以设计为目标井的井号；

为目标井经度、纬度和概略高程，大地坐标以十进制数据“度”为单位，高程以“米”为单位。

GPX是一种GPS交换数据格式，可以用来在不同的GPS设备和软件之间交换数据。主要文本格式如下所示：

其中，为地图显示的点名称，可以设计为目标井的井号；

为目标井纬度和经度，大地坐标以十进制数据“度”为单位，高程以“米”为单位。

在实际应用中可以利用计算机谷歌地球、奥维互动地图等软件导出一个导航点样本文件，通过手工编辑或编写程序的方式将经过坐标转换后的目标井位坐标编辑和保存在文本文件中，即建立了导航数据文件。

4 野外导航

当需要进行油田测井野外施工时，利用手机、地图导航应用及建立的目标井位数据可以进行导航。

4.1 导入导航数据

导航数据文件可以通过数据线、网络、蓝牙等方法从计算机传递到手机内存，供野外导航应用。

启动导航应用软件，如奥维互动地图，打开应用的“更多”设置，选择“数据管理”中的“导入导出对象”，选择“从文件导入”，找到保存导航点数据文件的目录，则会显示带有KML、GPX等扩展文件名的文件，选择指定的文件，地图平台就会显示出各目标井位的标示，井位的位置在地图上被准确地表示出来。

4.2 地图导航

打开手机设置中的关于卫星定位和网络定位的设置，一般表示为“访问我的位置”，允许“使用GPS卫星”定位和允许“使用无线网络”定位，不同类型的手机的表示方法可能有所不同。

当手机观测到足够的卫星或获得GSM网络位置时，地图会显示当前手机的位置。通过地图应用中的“编辑”和“测绘”功能，可以丈量出当前位置到目标井位的距离和方位。

如果距离目标较远，到达目标井位需要经过公路，可以通过“路线”导航的形式搜索可行的道路，显示目标点的路程和方向，指引车辆运行。

5 结 论

随着智能手机的发展，其功能越来越强大，在一定程度上替代了导航仪、计算机等设备，而且具有成本低、携带方便的优势。利用手机的卫星定位和网络定位技术，协助油田测井人员和设备到达目标井位，能够提高生产效率。同时本文讨论的方法可以推广到管线检测、井位维护、运输保障等多种需要移动和搜寻目标的工作中，为生产者及时、准确地指引目标。