GPS在疏浚工程中的應(yīng)用

金彤

摘 要：通過實踐論述GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)在疏浚工程中的工作方法。通過對GPS的特點、絞吸式挖泥船的介紹，讓大家更進一步的了解GPS這項技術(shù)在疏浚工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS；疏浚工程；絞吸式挖泥船

GPS：利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實時進行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡稱GPS。定位原理：GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機的具體位置。

GPS 的特點：（1）全球地面連續(xù)覆蓋由于GPS衛(wèi)星數(shù)目較多，且分布合理，所以地球上任何地點，均可連續(xù)的同步接收到至少5顆衛(wèi)星，從而確保了全球、全天候連續(xù)的三維定位。（2）功能多、精度高。GPS可為各類用戶連續(xù)地提供動態(tài)目標的三維位置、三維速度和時間信息。（3）實時定位。利用全球定位系統(tǒng)導(dǎo)航，可以實時地確定運動目標的三維位置和速度，由此即可保障運動載體沿預(yù)定航線運行，也可實時地監(jiān)視和修正航行路線，以及選擇最佳的航線。

疏浚：為疏通、擴寬或挖深河湖等水域，用人力或機械進行水下土石方開挖工程疏浚工程廣泛應(yīng)用于：①開挖新航道、港口和運河。②浚深、加寬和清理現(xiàn)有航道和港口。③疏通河道、渠道，水庫清淤。④開挖碼頭、船塢、船閘等水工建筑物基坑。⑤結(jié)合疏浚進行吹填造地、填海等工程。⑥清除水下障礙物。

絞吸式挖泥船：是利用轉(zhuǎn)動的絞刀絞松河底土壤，與水泥混合成泥漿，經(jīng)過吸泥管吸入泵體并經(jīng)過排泥管送至排泥區(qū)的工程船舶。

GPS在疏浚工程中的應(yīng)用

近些年來，在松花江內(nèi)河水域進行的疏浚工程中，均采用GPS技術(shù)用于定位和測量，這主要是基于疏浚的特殊性。GPS應(yīng)用于疏浚挖泥船，從工程施工角度而言，有如下優(yōu)點：

（1）準確，可靠和高效率的平面定位。

（2）大范圍水下施測優(yōu)勢更為明顯。水下測量要求能夠?qū)崟r得到水面上的三維位置即X，Y，H，在進行水下地形測量時，水面上的高程值減去測深儀的水深數(shù)據(jù)值（h）就得到水下的高程，從而可做進一步的水下地形圖，數(shù)學(xué)表達式為水下高程Hs=H-h。疏浚工程中河底泥層分布范圍大且不均勻。要準確地實施水下測量，做到不欠挖，不漏挖，不超寬，不超深，采用GPS比采用常規(guī)儀器就更具優(yōu)越性。

（3）及時動態(tài)可見。駕駛臺可以放置一臺電腦實時監(jiān)控，并可隨時電腦成圖，繪制出已疏挖的平面范圍和泥層厚度。

（4）操作簡便。GPS測量的自動化程度高，對于靜態(tài)只需單一按鍵即可，動態(tài)僅需流動站跑點，其三維坐標數(shù)據(jù)實時輸出。

（5）全天候作業(yè)。GPS測量可以在任何地點，任何時間連續(xù)地進行，一般不受天氣的影響。這一點特別適合夜間挖泥船疏挖施工。

在這里以龍浚17絞吸式挖泥船為例，簡單說一下GPS在疏浚施工定位方面的應(yīng)用。首先在某一已知坐標點上設(shè)立基準站，然后在施工船舶上設(shè)立移動站。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位船頭絞刀的位置，也要定位船尾主鋼樁的位置。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，將1條GPS天線固定在駕駛室前A字架的頂端，1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1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，通過信號轉(zhuǎn)換器可選擇接收其中任1條GPS天線的信號）。絞吸船施工時主要給絞刀定位。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。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。將電臺差分天線固定在駕駛室頂，挖泥船施工作業(yè)前打開電腦的測量導(dǎo)航軟件，使測量導(dǎo)航軟件進入測量狀態(tài)。駕駛員在電腦顯示器中能清楚看到挖泥船實時動態(tài)位置及坐標、偏離計劃線距離，負責移錨的船員根據(jù)電腦顯示器的電子圖形及時、準定進行移錨修正船位。利用GPS衛(wèi)星定位配合回聲測深儀進行水深測量，成圖軟件繪制水深圖，并對水深圖進行檢查分析，將淺點的水深點數(shù)據(jù)導(dǎo)入測量導(dǎo)航軟件中，在電腦直觀顯示淺點位、水深值，挖泥船根據(jù)淺點位置進行補挖達到設(shè)計要求。GPS測量可以在任何地點，任何時間連續(xù)地進行，一般不受天氣的影響，施工船舶可24小時分班進行施工作業(yè)，為工程項目按期完工創(chuàng)造有利條件，減少技術(shù)人員投入，節(jié)約施工成本，提高工程經(jīng)濟效益。

結(jié)束語

將GPS技術(shù)應(yīng)用到航道疏浚工程中是工程技術(shù)進步的體現(xiàn)，由該技術(shù)在工程實際施工中發(fā)揮的作用可知，未來其更可以深入到航道開發(fā)與利用的更多領(lǐng)域中。■