GPS在湖區航標定位中的應用實踐

王美志 張萬濤

1 工程概況

本項目是為巢湖航道疏浚及航標定位放樣,由于巢湖航標年久失修,加上航槽以外水位較淺,且航槽曲線形態復雜(如圖1所示)。因此經常有船只偏離航線擱淺或碰上暗礁而發生事故,隨著周邊地區的經濟發展,巢湖黃金水道運輸日益繁忙,航標重建迫在眉睫。巢湖航道在湖區穿越54 km,湖區水域面積達800 km2左右,水域寬,風浪大。最遠處航標離岸有10 km,為了今后船只的安全航行,業主方要求準確定出航標位置和航標的方向。航標中心位置誤差：±30 cm。因此在這種環境下的施工放樣給我們測量人員帶來巨大挑戰。

2 選定GPS系統放樣的優勢(通過認真分析確定選定GPS系統)

通過對現場施工放樣條件和環境的分析和研究,我們選擇了動態GPS放樣法,這是因為傳統放樣方法如：極坐標放樣法、前方交會放樣法、后方交會放樣法等都存在湖面霧天多,通視差,岸上和湖區要加密控制點以及精度難保證等缺點,而動態GPS放樣法,通過在岸上控制點架設基準站,工作船帶著流動站放樣,不受雨霧天氣影響,受岸上交通條件影響小,放樣精度高。

3 GPS系統工作原理

根據以上比較確定該項目采用動態GPS放樣的方案。GPS系統在湖區放樣時,首先在岸上已知坐標點上架設GPS基準站,輸入測站坐標、GPS天線高和轉換參數。基準站GPS根據轉換參數,將基準站北京坐標換算成WGS-84坐標。然后攜帶GPS流動站向待放點移動。同時GPS流動站接收GPS衛星發來的衛星WGS-84坐標,衛星到流動站距離和基準站發來的距離差值。GPS流動站首先用基準站發來的距離差值對收到的距離進行改正,再根據若干個衛星的坐標和改正后的距離,用空間距離交會法計算出流動站WGS-84的坐標,再通過轉換參數將流動站WGS-84坐標換算成北京坐標。GPS測量系統無論是測量點坐標,還是在進行放樣工作都是非常方便的。這里以巢湖航道航標放樣為例來說明此方法具體問題處理。

4 根據湖區特點制定詳細放樣方案

4.1 放樣前準備工作

湖區準確定位是我們放樣的難點,根據多年水上放樣的工作經驗,充分做好放樣前準備工作,準備交通船一條,打樁船一艘,依據設計文件計算出航標中心坐標和偏離航道中心線165 m和75 m處的坐標。將需放樣點坐標輸入GPS流動站。

在湖區岸邊的施口、中廟、蘆席嘴、龜山、巢縣和散兵布設控制點,并聯測國家控制網,其精度和密度滿足施工放樣要求。放樣使用的GPS是法國?塞賽爾5000系列雙頻GPS接收機,其定位誤差為±2 cm。GPS系統在沒有屏蔽干擾的情況下,無論是測量點的坐標,還是在陸上進行放樣工作都是輕而易舉的事情。但用在湖區水面上放樣時,由于湖區風浪大無法從容做到打臨時樁,測量臨時點坐標與放樣點坐標對比,調整位置。為此,我們針對巢湖湖區航標放樣特點,制定了相應的放樣方案。

4.2 施工放樣

航標放樣時可以動用船只為打樁船和運送設備的工作船。由于打樁船體積大,打樁臂高,對GPS信號產生屏蔽作用,所以定中心樁時只能用工作船,由工作船精確定位后再用打樁船打入鋼管樁,從而達到航標精確放樣目的。具體操作如下：

承載工作船放樣時,在流動站的手薄屏上顯示流動站逐步向樣點靠近的軌跡。當GPS流動站向航標中心位置靠攏,到位置時及時拋錨,初定航標中心位置,插上標桿。以標桿位置為中心,在約10 m為半徑范圍內均勻打下三根臨時錨樁,用三根纜繩將工作船系在三根臨時錨樁上,控制工作船使其相對穩定,GPS測量標桿坐標,和設計坐標相比較,如果誤差超限,則通過三根系纜調整工作船位置來達到調整放樣位置,移動標桿到調整后的位置。再次測量標桿坐標,比較,調整,直至滿足放樣精度。確定好位置,由打樁船打入鋼管。然后再測量鋼管樁坐標,進行微調,直至滿足航標放樣精度要求。確定航標中心位置后,撤出臨時錨樁,開始定方向標。

用以上的方法分別確定離航道中心線165 m處和75 m處的航標方向標位置,兩個標用不同顏色區分,打入方向樁,即完成一個航標的放樣工作(如圖2所示)。

4.3 成果比較

通過以上方法放樣,結果21個航標定位精度均滿足要求,現摘要前5個航標設計坐標和樣樁實測坐標對照(如表1所示)。

表1 巢湖湖區部分航標放樣樣樁實測坐標表

5 結語

通過采用動態GPS系統對巢湖湖區航標的施工放樣,取得了顯著的效果。綜上所述,得出以下幾點經驗：1)放樣受自然因素限制少,工作效率高,費用少,工期短,工程質量可靠。2)同樣適用于湖區航道疏浚維護時,航道中心線及邊樁放樣。這種方法如用在內河航道施工放樣就更加方便。3)采用該方法時需注意流動站穩定鎖定衛星后測定測量數據。

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