摘 要：結(jié)合疏浚工程施工，論述利用GPS先進技術(shù)對疏浚工程船舶進行施工定位效果良好。

　　關(guān)鍵詞：工程；疏浚船舶；GPS原理；

　　Abstract ：This paper expounds that construction positioning for dredging vessels by GPS advanced technique can achieve good effect in combination with dredging engineering construction.

　　Key words ：engineering ； dredging vessel ； GPS principle ； positioning

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)現(xiàn)已成為全球廣泛應(yīng)用的定位手段，它以全球性，全天侯，準(zhǔn)確，可靠和高效率等優(yōu)點被測量與施工所采用。結(jié)合1999～2002年橫門出海航道整治工程H2標(biāo)施工定位實踐，探討如何利用GPS衛(wèi)星定位進行施工。

　　1、工程概況

　　橫門出海航道整治工程H2標(biāo)段位于珠江口自廣東省中山市的中山港起至伶仃洋國際航道#3，#4燈標(biāo)止，全長48km ，中山港至橫門口l0km ，口門內(nèi)有1過渡性淺灘，口門外有爛山，二茅和淇澳3處淺灘。H2標(biāo)的主要施工任務(wù)是二茅淺灘的航道疏浚，該地段的灘頂水深在4. 0m左右。

　　根據(jù)招標(biāo)文件要求，需投入4m³抓斗船，絞吸挖泥船，必要時可投入耙吸式挖泥船等設(shè)備，完成整個施工生產(chǎn)任務(wù)。

　　竣工后的工程標(biāo)準(zhǔn)：全潮通航3 000t海輪；航道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)尺度為：水深6. 0m ，航道底寬120m ，彎曲半徑580m ，總工程量187萬m³.二茅淺灘疏浚段水域開闊，航道軸線離岸太遠，采用以往的施工方法很難完成此任務(wù)，根據(jù)這特殊的施工環(huán)境，選擇采用數(shù)臺GPS200實時差分GPS對疏浚施工船舶進行定位。

　　2、GPS的工作原理

　　差分GPS之所以能獲得高精度的定位數(shù)據(jù)，是因為在已知位置設(shè)一基準(zhǔn)（固定）站，通過GPS接收衛(wèi)星信號監(jiān)測GPS的系統(tǒng)誤差，并按規(guī)定的時間間隔把誤差校正量等數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)鏈播發(fā)出去，移動站利用收到的信息，對GPS觀測值進行校正，以消除星歷誤差，星鐘誤差，大氣層延遲差等公共誤差。

　　基準(zhǔn)站對每顆在視場的GPS衛(wèi)星進行連續(xù)跟蹤測量，在ti時刻測得的偽距為di（i為衛(wèi)星編號），而基準(zhǔn)站ti時刻至衛(wèi)星的距離可算出為pi ，則偽距改正數(shù)為：△di = pi - di.由于△di是隨時間不規(guī)則變化的，因此還要將偽距的變化率傳給移動站。基準(zhǔn)站將時標(biāo)，偽距改正數(shù)，偽距變率和衛(wèi)星數(shù)據(jù)齡期AODE組成l串電文，通過無線數(shù)據(jù)鏈向移動站廣播。發(fā)AODE的目的是為了保持基準(zhǔn)站和移動站使用同一齡期的星歷，以消除衛(wèi)星星歷誤差和星鐘誤差。

　　Port & Waterway Engineering Total 355 No18 Aug. 2003移動站接收到差分電文后，對GPS測得的偽距進行改正，獲得高精度的位置。移動臺的計算機用于采集GPS的位置數(shù)據(jù)，并通過后處理，繪成坐標(biāo)圖，顯示定位實時動態(tài)位置，起到導(dǎo)航作用。

　　3、用于施工定位的主要設(shè)備及GPS的主要技術(shù)指標(biāo)

　　3.1 疏浚船舶用于定位的主要設(shè)備疏浚船舶用于定位的主要設(shè)備有：GPS，電子羅經(jīng)，電腦和導(dǎo)航軟件。

　　3.2 GPS的主要技術(shù)指標(biāo)

　�。�1）8通道并行GPS接收機，重捕獲時間只要幾秒鐘；

　　（2）實行導(dǎo)航定位平面位置精度：<±1m ；

　　靜態(tài)相對定位精度：≤±（5mm + lppm）；

　�。�3）作用距離：< 40km（與通訊條件有關(guān)）；

　　（4）差分發(fā)射間隔：2s ；

　�。�5）位置水深采集速率：1次/ s ；

　�。�6）電源：11∽14V直流電；

　�。�7）功耗：基準(zhǔn)站靜態(tài)功耗為5W ，電臺發(fā)射功耗為25W ，移動站靜態(tài)功耗為5W ；

　　（8）主機體積及質(zhì)量：體積：210mm×90mm×150mm ；質(zhì)量：3kg.

　　4、利用GPS進行施工定位

　　首先在某一已定坐標(biāo)點上設(shè)立基準(zhǔn)站，然后在各施工船舶上設(shè)立移動站。由于每個地方所采用的坐標(biāo)系不一樣，導(dǎo)航軟件可直接對采集的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)進行一級或二級坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系。電子羅經(jīng)以及因GPS天線的位置與實際要定位的點的平面位置之間的誤差都可以通過固定差校正或天線偏差校正，將各種誤差消除。

　　4.1 基準(zhǔn)站的設(shè)立

　　4.1.1 基準(zhǔn)站位置及接收機的選擇橫門出海航道整治工程的施工工況：海面寬闊，戰(zhàn)線較長。在選擇GPS接收機設(shè)備時，本著經(jīng)濟，實用，可行的目的，選用符合工程技術(shù)要求的國產(chǎn)GJ200測量型GPS單頻接收機，該機的數(shù)據(jù)鏈用UHF頻段。而UHF是直達波，所以，基準(zhǔn)站選擇設(shè)在較開闊且較高的項目部所在地民用樓的五樓天臺上，使基準(zhǔn)站發(fā)射的UHF信號有效控制整個工程施工區(qū)域，同時，還需盡量減少誤差。在設(shè)立基準(zhǔn)站時，采用3臺GPS進行靜態(tài)測量，測出五樓天臺計劃設(shè)立基準(zhǔn)站的坐標(biāo)點的坐標(biāo)，將基準(zhǔn)站設(shè)在該點上�；鶞�(zhǔn)站設(shè)立后，在移動站到離施工區(qū)最近和最遠的已知點上進行精度測試，結(jié)果表明，各施工區(qū)域均能可靠接收差分信號和衛(wèi)星信號，精度在±1m內(nèi)，符合施工定位的規(guī)范要求。

　　4.2 抓揚式挖泥船采用GPS進行施工定位將GPS天線固定在駕駛室前面的抓斗吊架頂端（抓斗中心對上去的位置），將電臺差分天線固定在駕駛臺頂上，將電子羅經(jīng)置于駕駛室內(nèi)，并使電子羅經(jīng)方向與駕駛室平面中軸線方向一致（即電子羅經(jīng)方向代表駕駛室左右移動的平面方向），將電腦和GPS主機設(shè)在駕駛室內(nèi)駕駛員能清楚看到顯示器里面的圖像的地方，從電腦主機上接l臺顯示器置于船體后方，以便負(fù)責(zé)移錨的船員能夠根據(jù)電腦顯示器里面的電子圖形進行移錨校正船位，再將GPS和電子羅經(jīng)接上電腦主機串口，打開電腦的導(dǎo)航軟件，并將開挖計劃線編好，使導(dǎo)航軟件進入測量狀態(tài)。移船定位時，將駕駛室前的抓斗吊架置于船體正前方，測電子圖形中的小船的中軸線代表抓斗船船體平面中軸線方向，十字中心代表吊架頂端GPS天線的平面位置即抓斗中心的平面位置。抓揚式挖泥船沿著已定開挖行挖泥前進，則電子圖形中的小船中軸線方向與開挖行的計劃線的中線方向一致，且十字中心在計劃線的中線如發(fā)生偏離，移錨人員應(yīng)松緊錨纜將船位糾正。施工挖泥時，駕駛員可通過電子圖形觀察抓泥時抓斗移動的動態(tài)位置和排斗的間距。駕駛員通過觀察電子圖形中小船移動的方向，距離以及十字中心的坐標(biāo)來辨別挖泥船的施工和移位狀況。

　　4.3 絞吸式挖泥船利用GPS進行定位絞吸式挖泥船是沿著以鋼樁為圓心，船體為半徑的弧線挖泥的。絞吸式挖泥船施工時需要定船頭絞刀的位置，也要定船尾主鋼樁的位置。如果只定絞刀的位置，鋼樁偏了會產(chǎn)生超挖和漏挖；如果只定鋼樁的位置，無法辨別絞刀是否挖到邊線。絞吸式挖泥船施工定位采用2條GPS天線，不用電子羅經(jīng)。將l條GPS天線固定在駕駛室前A字架的頂端，l條GPS天線固定在近主鋼樁的地方，將2條GPS天線的另一端接上信號轉(zhuǎn)換器后，再接入GPS主機（GPS主機只能接收l條GPS天線的信號，不能同時接收2條GPS天線的信號，計算出2個點的坐標(biāo)，通過信號轉(zhuǎn)換器可選擇接收其中任l條GPS天線的信號）。將電臺差分天線固定在駕駛室頂，電腦置駕駛室內(nèi)駕駛員可以清晰看到顯示器里面圖像的地方。絞吸船施工時主要給絞刀定位。

　�。�1）由于趕進度，原出運碼頭后方回填頂層部分（約4～5m厚）回填開山石含泥量較大，且未經(jīng)過碾壓，造成1個地方的臺車梁在出運沉箱時產(chǎn)生沉降引起滑道板變形，從而引起臺車輕微受損，有幾個輪子由滾動變?yōu)榛瑒樱�使沉箱出運遇到一點麻煩，后來把1段（6m）滑道板拆卸下來，在下面鋪1層砂漿調(diào)整到設(shè)計高程后，才解決了這個問題。

　　（2）底胎模設(shè)計高程確定，臺車高度及千斤頂行程沒有綜合考慮。由于千斤頂?shù)男谐套畲鬄?0cm ，而臺車放在滑道上的高度比混凝土底胎模高16～17cm ，僅有3～4cm的富余量。另外由于頂升沉箱時有些千斤頂混凝土基礎(chǔ)可能下沉1～2cm ，再加上軌道梁施工頂高程的偏差，造成有幾個沉箱在頂升時需分2次頂升才能使臺車進入沉箱底部，影響了出運的進度。

　　（3）在出運過程中，在頂升最后1個沉箱時其中1個千斤頂坑基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降，一受力就往下沉降，經(jīng)多次不斷加碎石墊平處理，仍無法解決問題。后經(jīng)研究，把這個千斤頂放在軌道上進行頂升，雖然臺車未能完全進入沉箱底，存在臺車受力不均而變形的風(fēng)險，但最后還是成功了，后分析千斤頂基礎(chǔ)下沉的原因，主要是因為基礎(chǔ)下面原是1條舊水溝，施工時基礎(chǔ)處理不深入造成的。

　　5、結(jié) 語

　�。�1）臺車出運沉箱施工操作比較簡單，技術(shù)比較成熟。

　�。�2）利用臺車出運沉箱，關(guān)鍵是解決軌道梁設(shè)計及基礎(chǔ)的施工，防止出運時軌道梁產(chǎn)生沉降變形，另外千斤頂基礎(chǔ)亦應(yīng)處理好，避免下沉。

　�。�3）沉箱預(yù)制底胎模高程設(shè)計應(yīng)綜合考慮臺車的高度及千斤頂?shù)男谐蹋�預(yù)留一定的富余量，避免2次頂升。

　　查看絞刀是否挖到邊線，偶爾檢查鋼樁是否偏離中線。將各部件連接后，打開電腦中的導(dǎo)航軟件，將開挖行的中線，邊線計劃線設(shè)置好。給鋼樁定位時，接收船尾鋼樁GPS天線的信號，電子圖中小船的十字中心代表鋼樁的位置，通過電腦屏幕可以知道鋼樁移動的距離和坐標(biāo)。施工時要求主鋼樁位于開挖線的中線上給絞刀定位時，接收A字架頂端上GPS天線的信號。由于位于水下面絞刀的平面位置與A字架頂端的平面位置不一樣，施工前需要計算出開挖到邊線時兩者平面位置之差。通過修改電子圖形中開挖行邊線的計劃線（即電子圖形中的小船十字中心到達邊線計劃線時，船舶絞刀也同時挖到開挖行的邊線）或者查看偏航窗口中的偏航距離來消除此誤差。駕駛員通過觀看電子圖形中小船與計劃線的位置來控制船舶施工。