摘 要：結(jié)合疏浚工程施工，論述利用GPS先進(jìn)技術(shù)對(duì)疏浚工程船舶進(jìn)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(diǎn)被測(cè)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(shí)踐，探討如何利用GPS衛(wèi)星定位進(jìn)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(guó)際航道#3，#4燈標(biāo)止，全長(zhǎng)48km ，中山港至橫門口l0km ，口門內(nèi)有1過(guò)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(shí)可投入耙吸式挖泥船等設(shè)備，完成整個(gè)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(wàn)m³.二茅淺灘疏浚段水域開(kāi)闊，航道軸線離岸太遠(yuǎn)，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(tái)GPS200實(shí)時(shí)差分GPS對(duì)疏浚施工船舶進(jìn)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?yàn)樵谝阎�位置設(shè)一基準(zhǔn)（固定）站，通過(guò)GPS接收衛(wèi)星信號(hào)監(jiān)測(cè)GPS的系統(tǒng)誤差，并按規(guī)定的時(shí)間間隔把誤差校正量等數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)鏈播發(fā)出去，移動(dòng)站利用收到的信息，對(duì)GPS觀測(cè)值進(jìn)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(duì)每顆在視場(chǎng)的GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)跟蹤測(cè)量，在ti時(shí)刻測(cè)得的偽距為di（i為衛(wèi)星編號(hào)），而基準(zhǔn)站ti時(shí)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(shí)間不規(guī)則變化的，因此還要將偽距的變化率傳給移動(dòng)站�；鶞�(zhǔn)站將時(shí)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(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)鏈向移動(dòng)站廣播。發(fā)AODE的目的是為了保持基準(zhǔn)站和移動(dòng)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(dòng)站接收到差分電文后，對(duì)GPS測(cè)得的偽距進(jìn)行改正，獲得高精度的位置。移動(dòng)臺(tái)的計(jì)算機(jī)用于采集GPS的位置數(shù)據(jù)，并通過(guò)后處理，繪成坐標(biāo)圖，顯示定位實(shí)時(shí)動(dòng)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(jī)，重捕獲時(shí)間只要幾秒鐘；

　�。�2）實(shí)行導(dǎo)航定位平面位置精度：<±1m ；

　　靜態(tài)相對(duì)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(tái)發(fā)射功耗為25W ，移動(dòng)站靜態(tài)功耗為5W ；

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

　　4、利用GPS進(jìn)行施工定位

　　首先在某一已定坐標(biāo)點(diǎn)上設(shè)立基準(zhǔn)站，然后在各施工船舶上設(shè)立移動(dòng)站。由于每個(gè)地方所采用的坐標(biāo)系不一樣，導(dǎo)航軟件可直接對(duì)采集的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)進(jìn)行一級(jí)或二級(jí)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(shí)際要定位的點(diǎn)的平面位置之間的誤差都可以通過(guò)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(jī)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(zhǎng)。在選擇GPS接收機(jī)設(shè)備時(shí)，本著經(jīng)濟(jì)，實(shí)用，可行的目的，選用符合工程技術(shù)要求的國(guó)產(chǎn)GJ200測(cè)量型GPS單頻接收機(jī)，該機(jī)的數(shù)據(jù)鏈用UHF頻段。而UHF是直達(dá)波，所以，基準(zhǔn)站選擇設(shè)在較開(kāi)闊且較高的項(xiàng)目部所在地民用樓的五樓天臺(tái)上，使基準(zhǔn)站發(fā)射的UHF信號(hào)有效控制整個(gè)工程施工區(qū)域，同時(shí)，還需盡量減少誤差。在設(shè)立基準(zhǔn)站時(shí)，采用3臺(tái)GPS進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量，測(cè)出五樓天臺(tái)計(jì)劃設(shè)立基準(zhǔn)站的坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)，將基準(zhǔn)站設(shè)在該點(diǎn)上�；鶞�(zhǔn)站設(shè)立后，在移動(dòng)站到離施工區(qū)最近和最遠(yuǎn)的已知點(diǎn)上進(jìn)行精度測(cè)試，結(jié)果表明，各施工區(qū)域均能可靠接收差分信號(hào)和衛(wèi)星信號(hào)，精度在±1m內(nèi)，符合施工定位的規(guī)范要求。

　　4.2 抓揚(yáng)式挖泥船采用GPS進(jìn)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(duì)上去的位置），將電臺(tái)差分天線固定在駕駛臺(tái)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(dòng)的平面方向），將電腦和GPS主機(jī)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(jī)上接l臺(tái)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(jìn)行移錨校正船位，再將GPS和電子羅經(jīng)接上電腦主機(jī)串口，打開(kāi)電腦的導(dǎo)航軟件，并將開(kāi)挖計(jì)劃線編好，使導(dǎo)航軟件進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)。移船定位時(shí)，將駕駛室前的抓斗吊架置于船體正前方，測(cè)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(yáng)式挖泥船沿著已定開(kāi)挖行挖泥前進(jìn)，則電子圖形中的小船中軸線方向與開(kāi)挖行的計(jì)劃線的中線方向一致，且十字中心在計(jì)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(shí)，駕駛員可通過(guò)電子圖形觀察抓泥時(shí)抓斗移動(dòng)的動(dòng)態(tài)位置和排斗的間距。駕駛員通過(guò)觀察電子圖形中小船移動(dòng)的方向，距離以及十字中心的坐標(biāo)來(lái)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(jìn)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(shí)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(huì)產(chǎn)生超挖和漏挖；如果只定鋼樁的位置，無(wú)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(hào)轉(zhuǎn)換器后，再接入GPS主機(jī)（GPS主機(jī)只能接收l(shuí)條GPS天線的信號(hào)，不能同時(shí)接收2條GPS天線的信號(hào)，計(jì)算出2個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器可選擇接收其中任l條GPS天線的信號(hào)）。將電臺(tái)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(shí)主要給絞刀定位。

　　（1）由于趕進(jìn)度，原出運(yùn)碼頭后方回填頂層部分（約4～5m厚）回填開(kāi)山石含泥量較大，且未經(jīng)過(guò)碾壓，造成1個(gè)地方的臺(tái)車梁在出運(yùn)沉箱時(shí)產(chǎn)生沉降引起滑道板變形，從而引起臺(tái)車輕微受損，有幾個(gè)輪子由滾動(dòng)變?yōu)榛瑒?dòng)，使沉箱出運(yùn)遇到一點(diǎn)麻煩，后來(lái)把1段（6m）滑道板拆卸下來(lái)，在下面鋪1層砂漿調(diào)整到設(shè)計(jì)高程后，才解決了這個(gè)問(wèn)題。

　�。�2）底胎模設(shè)計(jì)高程確定，臺(tái)車高度及千斤頂行程沒(méi)有綜合考慮。由于千斤頂?shù)男谐套畲鬄?0cm ，而臺(tái)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(shí)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(gè)沉箱在頂升時(shí)需分2次頂升才能使臺(tái)車進(jìn)入沉箱底部，影響了出運(yùn)的進(jìn)度。

　�。�3）在出運(yùn)過(guò)程中，在頂升最后1個(gè)沉箱時(shí)其中1個(gè)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(wú)法解決問(wèn)題。后經(jīng)研究，把這個(gè)千斤頂放在軌道上進(jìn)行頂升，雖然臺(tái)車未能完全進(jìn)入沉箱底，存在臺(tái)車受力不均而變形的風(fēng)險(xiǎn)，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?yàn)榛�礎(chǔ)下面原是1條舊水溝，施工時(shí)基礎(chǔ)處理不深入造成的。

　　5、結(jié) 語(yǔ)

　�。�1）臺(tái)車出運(yùn)沉箱施工操作比較簡(jiǎn)單，技術(shù)比較成熟。

　�。�2）利用臺(tái)車出運(yùn)沉箱，關(guān)鍵是解決軌道梁設(shè)計(jì)及基礎(chǔ)的施工，防止出運(yùn)時(shí)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(jì)應(yīng)綜合考慮臺(tái)車的高度及千斤頂?shù)男谐�，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(kāi)電腦中的導(dǎo)航軟件，將開(kāi)挖行的中線，邊線計(jì)劃線設(shè)置好。給鋼樁定位時(shí)，接收船尾鋼樁GPS天線的信號(hào)，電子圖中小船的十字中心代表鋼樁的位置，通過(guò)電腦屏幕可以知道鋼樁移動(dòng)的距離和坐標(biāo)。施工時(shí)要求主鋼樁位于開(kāi)挖線的中線上給絞刀定位時(shí)，接收A字架頂端上GPS天線的信號(hào)。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(jì)算出開(kāi)挖到邊線時(shí)兩者平面位置之差。通過(guò)修改電子圖形中開(kāi)挖行邊線的計(jì)劃線（即電子圖形中的小船十字中心到達(dá)邊線計(jì)劃線時(shí)，船舶絞刀也同時(shí)挖到開(kāi)挖行的邊線）或者查看偏航窗口中的偏航距離來(lái)消除此誤差。駕駛員通過(guò)觀看電子圖形中小船與計(jì)劃線的位置來(lái)控制船舶施工。