[科普中國(guó)]-網(wǎng)格北

定義

網(wǎng)格北是指迭加在航圖（海圖上）的直角坐標(biāo)中任意規(guī)定的基準(zhǔn)方向。1

簡(jiǎn)介網(wǎng)格北也叫圖北、坐標(biāo)北，是指在某張地圖上縱向方格線(xiàn)指示的"上"方。也就是所謂的上北下南。在高斯平面直角坐標(biāo)系中，縱坐標(biāo)軸所指的方向或與縱坐標(biāo)軸平行的方向，就是坐標(biāo)北方向，在測(cè)量工作中，當(dāng)方位角為零時(shí)，儀器所指的方向就是坐標(biāo)北方向。在工程測(cè)量和施工中，我國(guó)普遍使用的是1954北京或者1980西安的高斯投影平面直角坐標(biāo)系，目前總圖專(zhuān)業(yè)用到的北均為坐標(biāo)北。

真北、磁北、網(wǎng)格北介紹真北(True North, TN)是大家看地圖或者地球儀上所有經(jīng)線(xiàn)的起始點(diǎn)，也叫地理北極。真正的北極點(diǎn)很難測(cè)量，要用到衛(wèi)星，所以我們?cè)谌粘Ｉ钪械貓D中用到的只是磁北。

磁北（magnetic north）是指南針?biāo)甘镜谋?，這主要是由于地球的磁場(chǎng)兩極與地理上的南北兩極不重合，因此指南針指示的北為磁北而非真北，磁北會(huì)隨著時(shí)間而變化。

三者是不重合，有部分時(shí)候網(wǎng)格北跟真北是重合的，有時(shí)不是，這取決于繪圖時(shí)候選取的投影系統(tǒng)和坐標(biāo)系同的不同。

真北與網(wǎng)格北目前工程項(xiàng)目用到的方向均為坐標(biāo)北方向，而太陽(yáng)能最大發(fā)電量應(yīng)為組件為真北方向。如何測(cè)定真北方向，經(jīng)查閱書(shū)籍發(fā)現(xiàn)測(cè)定真北方向的方法均為大家不熟悉的天文測(cè)量法或陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量法，因此想確定真北方向，在日常繪圖及施工中還需確定子午線(xiàn)收斂角的大小。子午線(xiàn)收斂角γ是地球橢球體面上一點(diǎn)的真子午線(xiàn)與位于此點(diǎn)所在的投影帶的中央子午線(xiàn)之間的夾角,即高斯平面直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)北向與真北方向的夾角。相對(duì)真北方向而已，以真子午線(xiàn)北方向?yàn)闇?zhǔn)，當(dāng)坐標(biāo)縱軸線(xiàn)北端位于以東時(shí)稱(chēng)東偏，其角值為正；位于以西時(shí)稱(chēng)西偏，其角值為負(fù)。

磁北與網(wǎng)格北通常將磁北方向與坐標(biāo)北方向的夾角成為磁坐偏角（網(wǎng)格磁差），磁北方向在坐標(biāo)北向東邊磁坐偏角G為正，反之為負(fù)。2

井眼定位方法井眼軌跡設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)與控制是定向鉆井的核心技術(shù)。在設(shè)計(jì)井眼軌跡時(shí)，首先應(yīng)確定井口和靶點(diǎn)的位置，然后求得靶點(diǎn)相對(duì)于井口的垂深、水平位移等參數(shù)。在井眼軌跡監(jiān)測(cè)和控制過(guò)程中，也需要隨時(shí)確定井眼軌跡的空間坐標(biāo)，以保證鉆達(dá)預(yù)期目標(biāo)。這些都屬于井眼定位問(wèn)題。

為滿(mǎn)足井眼軌跡設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)與控制的需要，鉆井工程師常以井口為原點(diǎn)，以正北、正東及垂直方向?yàn)樽鴺?biāo)軸，建立一個(gè)三維笛卡爾坐標(biāo)系，稱(chēng)為井口坐標(biāo)系。目前，國(guó)內(nèi)外都采用水平面定位和垂向定位相結(jié)合的方法進(jìn)行井眼定位。在井口坐標(biāo)系下，靶點(diǎn)北坐標(biāo)和東坐標(biāo)分別為靶點(diǎn)與井口之間的地圖投影縱坐標(biāo)之差和橫坐標(biāo)之差，而靶點(diǎn)垂深為井口與靶點(diǎn)的高程之差。

井口坐標(biāo)系是設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)井眼軌跡的基礎(chǔ)，其首要任務(wù)是確定指北基準(zhǔn)。定向鉆井涉及3個(gè)指北方向，即真北、地圖投影坐標(biāo)北和磁北。真北指向地理北極方向，地圖投影坐標(biāo)北指向高斯投影、UTM（通用橫軸墨卡托）投影等地圖投影平面上的縱坐標(biāo)軸正向（也簡(jiǎn)稱(chēng)網(wǎng)格北），而磁北指向地磁北極方向。在井口坐標(biāo)系中，垂深坐標(biāo)軸沿重力線(xiàn)方向指向地心，所以選定指北基準(zhǔn)后就確定了北坐標(biāo)軸和東坐標(biāo)軸的方向。此外，指北基準(zhǔn)還是方位角的起算基準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)于3個(gè)指北基準(zhǔn)的方位角分別稱(chēng)之為真方位角、坐標(biāo)方位角（也稱(chēng)網(wǎng)格方位角）和磁方位角。三者之間的關(guān)系如圖所示。

由于磁北極隨時(shí)間變化，所以磁北不宜作為指北基準(zhǔn)，否則會(huì)給井眼防碰、老井側(cè)鉆及油田開(kāi)發(fā)等工作帶來(lái)不便。理論上，真北和坐標(biāo)北（網(wǎng)格北）都可作為指北基準(zhǔn)。由于根據(jù)地圖投影坐標(biāo)容易確定井口坐標(biāo)系下的靶點(diǎn)北坐標(biāo)和東坐標(biāo)，據(jù)此可直接設(shè)計(jì)井眼軌道，所以目前習(xí)慣采用網(wǎng)格北作為指北基準(zhǔn)。3