GPS在航道測(cè)量中的應(yīng)用分析

石江濱

（黑龍江省航道事務(wù)中心,黑龍江 哈爾濱 150026）

GPS是全球定位系統(tǒng)的英文縮寫(xiě)，實(shí)際上是從20世紀(jì)70年代的美國(guó)軍方處發(fā)展而來(lái)的空間定位系統(tǒng)。在經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展之后，GPS技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多次升級(jí)，其定位的精度也變得越來(lái)越高，目前被廣泛應(yīng)用于包括工程測(cè)量、車(chē)輛導(dǎo)航、資源勘探、航線監(jiān)測(cè)和其他方面。事實(shí)證明，在航道維護(hù)和管理中只有高效應(yīng)用GPS技術(shù)，才能夠?qū)?nèi)河航道進(jìn)行全面遙控管理，最終使航道可以更好地運(yùn)行。

1 航道測(cè)量概述

1.1 航道測(cè)量概念

航道測(cè)量一直都在水運(yùn)維護(hù)和管理中起到非常重要的作用，航道測(cè)量和傳統(tǒng)測(cè)量方面是存在著一些相同之處的，但因?yàn)楣ぷ髂康暮蜕婕皟?nèi)容有所不同，和一般的測(cè)量又有所區(qū)別。從測(cè)量的內(nèi)容看，無(wú)論是航道測(cè)量還是一般測(cè)量都需要具體對(duì)地形、地貌和其他不同的內(nèi)容進(jìn)行分析[1]，但是專(zhuān)業(yè)的航道測(cè)量則需要測(cè)量包括水下地形和水文等方面的內(nèi)容。其測(cè)量的結(jié)果和應(yīng)用的環(huán)境都會(huì)直接對(duì)測(cè)量的精度產(chǎn)生影響；從發(fā)揮的作用看，航道測(cè)量對(duì)于其質(zhì)量控制和維護(hù)的過(guò)程都起到了至關(guān)重要的作用，更為之后的航道施工維護(hù)提供了詳細(xì)的數(shù)據(jù)支撐。

1.2 航道測(cè)量方案

在航道測(cè)量方案上，一定要通過(guò)考慮多方面的需要才能夠建立合適的航道測(cè)量控制網(wǎng)。常規(guī)的航道測(cè)量方案主要是由幾個(gè)方面的內(nèi)容組成：第一，先有效地控制控制點(diǎn)的位置，并在條件允許的基礎(chǔ)上，分析合理因素選擇出合適的測(cè)量方案；第二，注意借助GPS定位來(lái)確定兩個(gè)不同點(diǎn)位之間的向量，其中可能會(huì)包括不同類(lèi)型的選擇模式；第三，在眾多不同定位模式中，動(dòng)態(tài)模式的測(cè)量精度較差，必要時(shí)可以配合不同的衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤，所以這種測(cè)量方式不太能夠被融入控制網(wǎng)內(nèi)部。

使用靜態(tài)模式測(cè)量的過(guò)程如下：第一，可以先將幾臺(tái)不同的設(shè)備安裝在基線端點(diǎn)上，這樣才能夠同時(shí)裝上很多顆衛(wèi)星，并直接將測(cè)量的時(shí)間控制在1小時(shí)左右，實(shí)際這屬于一種非常經(jīng)典的模式；第二，一定要在運(yùn)用靜態(tài)定位模式時(shí)選擇最合適的觀測(cè)基線，重點(diǎn)是要將不同的圖形構(gòu)成已經(jīng)閉合的圖形，最終才能夠直接提升測(cè)量的精度；第三，在使用多數(shù)快速靜態(tài)定位的方式時(shí)，可以在測(cè)量中間站內(nèi)部選擇一個(gè)基站，再在安防一部接收機(jī)的基礎(chǔ)上高效地接收不同類(lèi)型的衛(wèi)星。

航道測(cè)量在我國(guó)整體測(cè)量的過(guò)程中確實(shí)一直都在發(fā)揮重要的作用。事實(shí)證明，只有采用合適的測(cè)量方案才能夠更好地提高測(cè)量的效率。

2 運(yùn)用GPS測(cè)量航道的過(guò)程

在使用GPS測(cè)量航道時(shí)，可以將硬件和軟件融合在一起。其中，內(nèi)部的硬件設(shè)備主要是由GPS衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)、電腦和探測(cè)儀器構(gòu)成，軟件設(shè)備主要是由外業(yè)軟件和內(nèi)業(yè)軟件構(gòu)成[2]。具體測(cè)量過(guò)程主要包括如下幾個(gè)步驟。

2.1 測(cè)量準(zhǔn)備工作

在測(cè)量前一定要做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作：第一，先收集與航道信息有關(guān)的地圖；第二，準(zhǔn)備必要的繩索，用來(lái)捆綁固定儀器；第三，測(cè)量船駕駛員可以選擇較為熟悉的航道地形和河域，必須讓經(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛?cè)藛T駕駛測(cè)量船。

2.2 重視安裝調(diào)試工作

在進(jìn)行安裝和調(diào)試探測(cè)儀器時(shí)，需要遵循如下幾個(gè)不同的步驟：第一，先注意按照不同的要求來(lái)直接固定在合適的測(cè)量船上，并讓GPS接收天線和探測(cè)儀器換能器內(nèi)部的中心保持一致；第二，注意用合適的數(shù)據(jù)連接線來(lái)直接將GPS衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)和探測(cè)儀器有效地連接在儀器上，并在直接校對(duì)好有關(guān)測(cè)量?jī)x器之后進(jìn)行調(diào)試；第三，借助電腦上的測(cè)深軟件來(lái)將GPS儀器和測(cè)深儀連接在儀器上，這樣不僅可以讓GPS接收不同地方發(fā)射來(lái)的信號(hào)，更可以對(duì)有關(guān)的數(shù)據(jù)有效地進(jìn)行分析。

2.3 測(cè)量航道斷面圖

可以遵循如下幾個(gè)步驟來(lái)測(cè)量航道斷面圖。第一，注意控制船行駛的速度，并在測(cè)量時(shí)讓船的速度盡量保持平穩(wěn)，最終才不會(huì)出現(xiàn)較大幅度的搖擺。第二，注意在分析不同需要的基礎(chǔ)上設(shè)置不間斷面上的點(diǎn)位，并在分析實(shí)際情況的基礎(chǔ)上記錄下相關(guān)的數(shù)據(jù)[3]。第三，注意結(jié)合水深點(diǎn)位來(lái)直接分析斷面的情況，這樣才能夠在第一時(shí)間測(cè)量出航道的水深。

2.4 注意直接記錄測(cè)量數(shù)據(jù)

第一，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，電腦需要直接記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)。但是如果一旦遇到了包括高壓電線、橋梁碼頭和其他不同的障礙物時(shí)，GPS天線是無(wú)法直接靠近已經(jīng)到達(dá)的點(diǎn)位，卻只能夠在讓其無(wú)限靠近時(shí)直接記錄下合適的點(diǎn)位號(hào)。第二，注意配合合適的圖例在電腦上顯示正確的位置，必要時(shí)也可以在符號(hào)旁邊加上一些文字說(shuō)明。第三，在測(cè)量時(shí)一定要在第一時(shí)間保存相關(guān)的文件，這樣才能夠在避免出現(xiàn)丟失測(cè)量數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。

3 運(yùn)用GPS測(cè)量航道時(shí)的注意事項(xiàng)

3.1 在提高測(cè)量的精度方面

運(yùn)用GPS來(lái)測(cè)量航道時(shí)確實(shí)可以提高測(cè)量的精度，但要注意幾個(gè)方面：第一，GPS測(cè)量系統(tǒng)可以將不同的數(shù)據(jù)更好地集中在一起，實(shí)際也更好地同步解決了平面定位和水下測(cè)量的問(wèn)題；第二，在測(cè)量時(shí)一方面要注意選擇穩(wěn)定性和靈活性較好的測(cè)量船只，另外一方面要保證測(cè)量時(shí)航行的過(guò)程變得更加平穩(wěn)，避免出現(xiàn)太大幅度的搖擺；第三，可以針對(duì)不同的河段來(lái)采用合適的測(cè)量方式，注意對(duì)出現(xiàn)較多礁石區(qū)域的地方直接進(jìn)行加密，并在具體分析水深變化和水位內(nèi)容的基礎(chǔ)上選擇真正合理的測(cè)量方案。

3.2 在提高工作效率方面

運(yùn)用GPS來(lái)測(cè)量航道可以更好地提高測(cè)量的效率。第一，GPS系統(tǒng)可以對(duì)航道實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)航，最終更好地提高測(cè)量的效率。第二，運(yùn)用GPS系統(tǒng)來(lái)測(cè)量航道時(shí)不僅可以時(shí)刻保持測(cè)量的間距，還可以對(duì)不同的船位進(jìn)行高效監(jiān)控[4]。如果一旦發(fā)現(xiàn)航行的軌跡存在偏移的現(xiàn)象，則可以采用合適的措施進(jìn)行修正，最終才能夠避免存在包括多漏和側(cè)漏的現(xiàn)象。可以看出，GPS系統(tǒng)確實(shí)可以在較短的時(shí)間內(nèi)直接提高工作效率。

4 GPS在航道測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概述

以某運(yùn)河為例，本工程的設(shè)計(jì)起點(diǎn)位于劉山下游1.7km的位置，終點(diǎn)則位于下游和運(yùn)河中交匯的地方，航道等級(jí)為二級(jí)。按照三級(jí)水工建設(shè)物設(shè)計(jì)的過(guò)程看，其航道里程為69.834km,實(shí)際的疏浚長(zhǎng)度為65.426km,設(shè)計(jì)水深為4.2m，最小的彎曲半徑為550m。本次航道整治的主要范圍是由水上方的93.16萬(wàn)方和水下方的375.14萬(wàn)方組成，新建岸長(zhǎng)度約為10 293米。

4.2 應(yīng)用方法

（1）準(zhǔn)備設(shè)施

可以在具體分析航道測(cè)量需求的基礎(chǔ)上來(lái)選擇真正合適的GPS技術(shù)，并準(zhǔn)備不同類(lèi)型的硬件設(shè)備和軟件設(shè)備。另外，更需要通過(guò)提前準(zhǔn)備好合適的地圖、固定儀器和收放儀器以便確定不同的航道深度。在真正測(cè)量之前一定要讓駕駛員將合適的儀器直接固定在船的一頭，并直接將GPS接受線設(shè)置在測(cè)量?jī)x器的上方，只有將不同的儀器和計(jì)算機(jī)有效地連接在一起才能夠提高測(cè)試的效率。

（2）測(cè)量要求

整體測(cè)量要求是由如下幾點(diǎn)不同的內(nèi)容組成。

①實(shí)地勘測(cè)?？梢韵仍趯?shí)際任務(wù)區(qū)域內(nèi)部進(jìn)行考察，再選擇真正高效的GPS點(diǎn)，重點(diǎn)要直接檢測(cè)等級(jí)較高的GPS點(diǎn)，最終才能夠更好地提高測(cè)量的精度。在選擇GPS點(diǎn)時(shí)一定要先考慮船舶靠岸的地點(diǎn)，避免旁邊的控制點(diǎn)受到破壞。

②布置GPS控制網(wǎng)。注意先充分考慮不同航道兩岸的地形和物體，并在具體分析作業(yè)時(shí)在衛(wèi)星狀態(tài)的基礎(chǔ)上來(lái)分析測(cè)量的精度，最終才能夠更好地提高布置GPS控制網(wǎng)的效率。

③直接處理數(shù)據(jù)。可以將運(yùn)用GPS觀測(cè)所得的數(shù)據(jù)直接融入計(jì)算機(jī)內(nèi)部，并借助相關(guān)的轉(zhuǎn)換軟件來(lái)直接處理合適的數(shù)據(jù)，在整理數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上更好地提高數(shù)據(jù)自身的質(zhì)量。

④計(jì)算GPS坐標(biāo)和平差。可以直接計(jì)算合適的GPS坐標(biāo)和平差，并直接將測(cè)量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)部，最后才能夠得出較為準(zhǔn)確的角度平差和距離平差，專(zhuān)業(yè)人員可以借助不同的平差來(lái)計(jì)算出合適的坐標(biāo)和高程。

在實(shí)際操作時(shí)，專(zhuān)業(yè)人員需要在參照上述具體步驟的基礎(chǔ)上來(lái)更好地提高測(cè)量的質(zhì)量。

4.3 應(yīng)用效果

在采用碎部測(cè)量方法時(shí)，可以先對(duì)整個(gè)全站儀內(nèi)部的GPS測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，并在看出兩種測(cè)量結(jié)果差值的基礎(chǔ)上將其控制在2cm左右，注意借助較少的控制點(diǎn)。一個(gè)真正高效的基準(zhǔn)站需要在全范圍內(nèi)覆蓋較大的范圍，自身的位置也顯得相對(duì)固定，最終測(cè)量的效率也會(huì)變得更高。

真正需要參與GPS分析的人很少，一般只有1個(gè)人，在實(shí)際測(cè)量時(shí)這一優(yōu)勢(shì)則會(huì)表現(xiàn)得更加明顯。GPS測(cè)量?jī)x在測(cè)量河道和地貌時(shí)能發(fā)揮更大的作用，最終不僅能夠減少成本，更能提高測(cè)量的質(zhì)量。

5 GPS測(cè)量在航道測(cè)量中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)

GPS測(cè)量在航道測(cè)量的過(guò)程中可以表現(xiàn)出不同的優(yōu)勢(shì)：第一，多數(shù)觀測(cè)站之間并不需要直接通視，所觀測(cè)的時(shí)間也較為短暫，操作的過(guò)程相對(duì)較為簡(jiǎn)單；第二，可以在測(cè)量時(shí)全面實(shí)現(xiàn)全天候的等待作業(yè)，并在提高航道測(cè)量精度的基礎(chǔ)上減少財(cái)力、人力和物力的損耗；第三，從效益發(fā)展看，GPS可以更好地直接將地球全部覆蓋起來(lái)，其中任何一個(gè)使用者都可以直接被覆蓋到，最終更好地實(shí)現(xiàn)全面軌道測(cè)量[5]。

GPS測(cè)量在航道測(cè)量中存在的劣勢(shì)表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。第一，雖然其操作的效率較高，但是其自身的價(jià)格較為昂貴。在市場(chǎng)上，常用的GPS設(shè)備需要花費(fèi)超過(guò)三十萬(wàn)元，但是購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)全站儀則只需要花費(fèi)10萬(wàn)元。第二，如果一直使用GPS設(shè)備則容易在使用的過(guò)程中被損壞，自身返修的價(jià)格也很高。

從上面兩段的分析可以看出在是否使用GPS測(cè)量時(shí)需要綜合考慮其運(yùn)作的過(guò)程，并注意采用合適的策略來(lái)做好后期維護(hù)的工作，最終才能夠更好地提高航道測(cè)量的效率。

6 結(jié)語(yǔ)

GPS定位技術(shù)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中一直都發(fā)揮著重要的作用，目前與航道測(cè)量有關(guān)的智能化測(cè)量方法已經(jīng)取代了古老的測(cè)量方式。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，全站儀器作為一個(gè)能夠發(fā)揮較好作用的器械，確實(shí)可以在未來(lái)發(fā)揮更大的作用。只需要有效地使用航道測(cè)量方法，才能夠更加完整的反應(yīng)出航道內(nèi)部的深度和地貌。專(zhuān)業(yè)的人員可以在檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)綜合利用各類(lèi)GPS技術(shù)和全站儀，最終才能夠得到合適的效果。