淺談GPS技術(shù)在疏浚工程中的應(yīng)用

周世永 寧新龍

摘 ?要：隨著時代的進步，科技的發(fā)展，測量技術(shù)逐漸進入高科技時代。本文通過工程實例來論述GPS技術(shù)在疏浚工程中的應(yīng)用，通過對GPS定位原理、特點以及其在挖泥船的安裝使用情況等的介紹，使大家對GPS技術(shù)在疏浚工程中的應(yīng)用有了更進一步的了解，同時為相關(guān)工作者提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：GPS;絞吸式挖泥船;測量技術(shù);疏浚工程

中圖分類號：U616 ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：2096-6903（2020）05-0000-00

1 GPS技術(shù)簡述

1.1 GPS定位原理

GPS技術(shù)是利用交互定位原理，通過衛(wèi)星測量出已知點位置到未知點的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)參與解算，求出未知點的具體位置。衛(wèi)星到未知點的距離通過信號傳播的時間來測定，再乘以傳播速度便可得出距離。

簡單來說，小于高度截止角的低角度衛(wèi)星會干擾測量位置的精度，接收機無法取得固定解，常遇到的問題就是接收機一直處于浮點解狀態(tài)。我們適當(dāng)調(diào)整高度截止角，屏蔽一些干擾的低角度衛(wèi)星，可以適當(dāng)提高取得固定解的概率，當(dāng)然影響固定解的因素很多，并不能保證提高高度截止角就一定可以取得固定解，只是提高概率而已[1]。

1.2 GPS技術(shù)特點

（1）全球范圍內(nèi)連續(xù)覆蓋，不管是美國的GPS衛(wèi)星系統(tǒng)、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星系統(tǒng)、歐洲的伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)還是我國的北斗衛(wèi)星系統(tǒng)，它們的空間分布和運行時間都是通過精心設(shè)計的，在世界上任何地點任何時間都可以觀測到至少四顆衛(wèi)星，從而確保全球、全天候、連續(xù)不間斷的三維定位。

（2）實現(xiàn)實時定位。GPS定位技術(shù)可以實時確定用戶目標(biāo)的三維坐標(biāo)位置，實現(xiàn)實時定位。因此可以保證用戶實現(xiàn)預(yù)設(shè)線路導(dǎo)航、實時監(jiān)控、避開不利環(huán)境修正導(dǎo)航路線以及選擇最佳的航行線路。

（3）功能多且精度高。GPS定位技術(shù)可以為用戶連續(xù)提供動態(tài)目標(biāo)的三維坐標(biāo)位置、速度和時間信息;為靜態(tài)目標(biāo)提供較高的定位精度。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與提高，GPS定位技術(shù)也將會進一步得到提高和深化。

2 疏浚工程相關(guān)介紹

2.1 疏浚工程簡介

疏浚工程就是利用挖泥船或其他機械設(shè)備以及人工配合完成的一種水下挖掘，為擴寬和挖深水域進行的土石方工程。

疏浚工程主要應(yīng)用于：①新航道港口和運河的開挖;②碼頭、船塢等建設(shè);③河道疏通水庫清淤等;④挖深、擴寬和清理現(xiàn)有航道和港口;⑤清除水下障礙物⑥吹填造陸地、填海等工程。

2.2 關(guān)于絞吸式挖泥船

絞吸式挖泥船，是進行水下開挖的一種施工機械。其工作原理是用船首的各型絞刀將水下泥土絞切成泥水混合物，經(jīng)離心式泥漿泵從水下吸入由排泥管系排送至棄土場地。

絞吸式挖泥船，以水力輸泥，成本最低，疏浚后的槽底比較平整，生產(chǎn)過程中停工時間少，生產(chǎn)率大，輔助機具少，缺點是可吸挖的土壤受到限制，不采取一定措施，難以開挖石塊或石質(zhì)性土壤。

3 GPS技術(shù)在疏浚工程中的應(yīng)用分析

利用GPS技術(shù)來測量定位，從應(yīng)用情況來看，均取得良好應(yīng)用價值，總結(jié)有以下優(yōu)點：

（1）GPS定位技術(shù)可以準(zhǔn)確、可靠、高效獲得平面坐標(biāo)位置。

（2）GPS技術(shù)實時的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)比常規(guī)測量技術(shù)更具有優(yōu)越性。水面高程減去測深儀的水深數(shù)據(jù)就可以得到水下高程。與設(shè)計高程進行比對，實時做到不欠挖，不漏挖，不超寬，不超深。

（3）操作簡便，自動化作業(yè)程度高。三維數(shù)據(jù)可實時輸出水下地形。

（4）對水下地形實時監(jiān)控，動態(tài)可見?？呻S時掌握已疏浚的平面范圍和挖泥厚度。

（5）全天候作業(yè)，不受天氣影響，夜間仍可疏浚，施工作業(yè)不中斷。

4 工程實例

我公司承接孟加拉國境內(nèi)河道治理工程，該工程開挖區(qū)域狹小，呈不規(guī)則形狀，部分水底設(shè)計高程呈坡面走向且設(shè)計要求精度高，為滿足施工要求，高質(zhì)量完成疏浚任務(wù)。項目部采用GPS定位技術(shù)和“德盛號”海貍3800挖泥船相互配合完成疏浚作業(yè)。

硬件及軟件配置如下：

GPS接收機三臺。一臺用作岸上基準(zhǔn)站，另外兩臺作為移動站安裝在挖泥船上。

筆記本或臺式電腦一臺，需帶COM串口。

鉸刀頭測深指示器一套。

HydroPRO水上導(dǎo)航施工測量專業(yè)軟件一套。

選擇雙GPS進行測量定位，為了更好的掌控挖泥船在施工作業(yè)中的實時動態(tài)。這樣既有定位又有定向，其測量精度遠遠高于單臺GPS定位方法。

GPS設(shè)備架設(shè)步驟：首先在岸上已知點架設(shè)基準(zhǔn)站。應(yīng)選周圍空曠，無干擾，無影響GPS信號的地方架設(shè)。然后在挖泥船上設(shè)立移動站。一臺固定在駕駛室前段，一臺固定在近主鋼樁的地方。兩臺移動站盡量安裝在船體中軸線上，否則需要角度改正。也可根據(jù)船體結(jié)構(gòu)特征來確定安裝位置，力求平穩(wěn)牢固，上方無遮擋物。

絞吸式挖泥船是以鋼樁為圓心，船體為半徑的弧線形挖泥作業(yè)的。在挖泥作業(yè)時，我們既要知道鉸刀的位置，也要知道定位鋼樁的位置。若只知道鉸刀的位置，那么鋼樁的偏差會造成超挖或者漏挖;若只知道鋼樁的位置，則我們無法確定鉸刀是否挖到邊線。

通過軟件定義船形，在“船的方向”必須勾選“雙GPS定位”，“船形定義”對話框中的“船寬”和“船長”是根據(jù)兩GPS接收機天線來定義的，連線方向為“船長”，反之則為“船寬”。

確定好船形之后，建立船舶坐標(biāo)系。平行于定位GPS指向的船的中軸線為X軸正方向，X軸順時針90°為Y軸正方向，X軸與軟件定義的船長方向的尾部交點為坐標(biāo)原點0，根據(jù)船舶坐標(biāo)系中象限位置來確定主工作點位置、輔工作點位置、定位GPS位置值。此外主工作點、輔工作點的位置可根據(jù)實際需要任意設(shè)置。

挖泥船在作業(yè)前打開電腦上的測量軟件HydroPRO，使軟件進入測量狀態(tài)。駕駛員可以看到挖泥船的動態(tài)位置、當(dāng)前坐標(biāo)數(shù)據(jù)和偏離計劃性的距離;移錨人員根據(jù)圖形顯示和駕駛員反饋進行移錨修正船位。

這樣GPS定位系統(tǒng)就實現(xiàn)了對挖泥船的實時導(dǎo)航和測量放樣定位功能，利用GPS和鉸刀頭測深器的配合，進行水深測量。通過測量成圖軟件繪制水深圖，并對水深圖進行檢查分析，將欠挖數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)航軟件中，挖泥船根據(jù)欠挖點位置進行補挖。

通過以上操作步驟，挖泥船操作人員就可以通過電腦屏幕視圖顯示進行開挖過程中平面范圍和設(shè)計挖深的控制，實現(xiàn)挖泥船水下疏浚施工的可視化操作。

5 結(jié)語

由于GPS定位系統(tǒng)具有全天候作業(yè)優(yōu)點，其一般不受天氣影響，挖泥船在儀器設(shè)備安裝和軟件設(shè)置調(diào)試完成后，可持續(xù)作業(yè)分班疏浚，為項目如期完工創(chuàng)造了有利條件，避免以往頻繁的測量放樣工作，減少了技術(shù)人員的投入，節(jié)約了施工成本，提高了工程經(jīng)濟效益。

在工程竣工驗收時，水下地形圖成果完全符合規(guī)范要求，水下地形沒有一處出現(xiàn)超欠挖現(xiàn)象。由此可見，GPS技術(shù)在疏浚工程中發(fā)揮著重要作用，在未來應(yīng)用將更加深遠，將會產(chǎn)生更大的技術(shù)效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]余銳.GPSRTK與數(shù)字測深集成技術(shù)在航道疏浚中的應(yīng)用[J].測繪地理信息，2014，39（5）：47-49.

收稿日期：2020-04-02

作者簡介：周世永（1963—），男，山西應(yīng)縣人，本科，工程師，主要從事測量管理工作。

Abstract：With the progress of the times and the development of science and technology， measurement technology has also entered the high-tech era. This article discusses the application method of GPS technology in dredging engineering through engineering examples. Through the introduction of GPS positioning principles， characteristics， and its installation and use in dredgers， let everyone know more about the application of GPS technology in dredging engineering. Further understanding， has a certain reference role.

Keywords：GPS;cutter suction dredger;survey technology;dredging engineering