Trimble RTX技術(shù)在遠海風電項目中的應(yīng)用

田 欣

（天津港航工程有限公司，天津300457）

我國擁有長達1.8萬千米的海岸線及數(shù)百萬平方千米的可利用海域，豐富的海洋風能資源為我國大力開發(fā)海洋風能風電場奠定了良好基礎(chǔ)。灘涂、潮間帶以及深遠海海域也擁有豐富的可開發(fā)風能資源，2017年以來海上風電產(chǎn)業(yè)的迅速崛起。2020年，隨著海上風能的不斷開發(fā)，灘涂、潮間帶以及近海海域風電場逐漸飽和，風電場的建設(shè)正逐步向深海及離岸更遠的遠海發(fā)展[1]。

遠海風電建設(shè)帶來的嚴峻挑戰(zhàn)之一就是定位困難。目前較為成熟的定位技術(shù)有：RTK（Real-time kinematic實時相位差分技術(shù)）、VRS（Virtual reference station虛擬參考站技術(shù)）、DGNSS（差分全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)）、SBAS（Satellite-Based Augmentation System星基增強系統(tǒng)）[2]。各定位技術(shù)精度與特性見表1。

表1 主流定位技術(shù)參數(shù)表

在以往近海風電建設(shè)中的定位技術(shù)主要為RTK，GPS的差分信號主要采用無線電發(fā)射和接收，具有低延遲、精度高的特點[3]。2018年以來，風電場的建設(shè)逐步向遠海發(fā)展，以我公司承攬的華能江蘇大豐海上風電項目風機基礎(chǔ)施工及風機安裝施工工程為例（下文簡稱華能大豐海上風電項目），項目位于大豐區(qū)海域的毛竹沙，離岸距離55km，周邊無島嶼和已成型的構(gòu)筑物，無法架設(shè)基準站。項目沉樁施工部分定位精度限差為平面50cm、高程5cm，對照各定位技術(shù)指標，理論上RTX技術(shù)才能滿足要求。

由于RTX技術(shù)在遠海風電項目中應(yīng)用的文獻資料較少，因此本文結(jié)合成功應(yīng)用RTX技術(shù)的風電項目，對RTX技術(shù)的性能參數(shù)進行分析，并對其在遠海風電中的應(yīng)用效果進行驗證。

1 RTX技術(shù)介紹

1.1 RTX技術(shù)系統(tǒng)組成

Trimble RTX（天寶Real-Time eXtended實時差分擴展）技術(shù)是美國Trimble公司研發(fā)的一種星站差分定位技術(shù)，2011年開始在美國與歐洲大規(guī)模商用，2014年進入國內(nèi)市場。RTX服務(wù)提供范圍如圖1。

圖1 RTX服務(wù)覆蓋范圍

1.2 RTX技術(shù)原理

RTX系統(tǒng)主要由GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)、L波段通訊衛(wèi)星、Trimble RTX控制中心和遍布全球的GNSS跟蹤站網(wǎng)絡(luò)組成。其工作原理如圖2所示：首先分布于全球的約100個GNSS跟蹤站，連續(xù)獲得實時衛(wèi)星和大氣改正數(shù)據(jù)后匯總至Trimble RTX控制中心，控制中心通過準確的模型和算法生成RTX差分數(shù)據(jù)，然后將差分數(shù)據(jù)以CMRx格式打包注入L波段通信衛(wèi)星或蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)后，通過無線廣播到RTX終端設(shè)備，從而大大提高RTX終端設(shè)備定位精度[4]。

圖2 RTX系統(tǒng)原理

2 項目實例

華能大豐海上風電項目位于江蘇省大豐區(qū)海域的毛竹沙，離岸距離55km，周邊無島嶼和已成型的構(gòu)筑物。項目沉樁施工部分定位精度限差為平面50cm，基礎(chǔ)形式為7m直徑單鋼管樁，基礎(chǔ)數(shù)量23。下面內(nèi)容將依托此項目簡要闡述RTX技術(shù)在遠海風電項目應(yīng)用的過程與效果。

2.1 RTX設(shè)備介紹與施工定位準備

本項目所用RTX設(shè)備終端為：Trimble SPS986。

本項目施工控制點與坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)為：建設(shè)單位提供6個控制點，與施工區(qū)域WGS-84至CGCS2000的坐標轉(zhuǎn)換7參數(shù)。

施工定位前的準備工作主要是利用RTX定位技術(shù)復(fù)測控制點：首先在Trimble SPS986控制器TSC3上新建項目，配置RTX功能參數(shù)（設(shè)置源橢球與目標橢球，輸入中央子午線，設(shè)置坐標系統(tǒng)，錄入7參數(shù)）[5]。之后在Y1控制點上架設(shè)接收機，對控制網(wǎng)進行點校正，再依次復(fù)測控制點Y2-Y6，每個點測量30個歷元，復(fù)測3次，取平均值作為復(fù)測成果。

2.2 RTX控制測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計和精度分析

復(fù)測數(shù)據(jù)分析：通過與已知坐標對比，平面最大偏差為Y6（35mm），高程最大偏差為Y5（-37mm）。均小于50mm，精度達到《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范》一級控制網(wǎng)的要求見表2。

表2 實測控制點坐標及誤差表

2.3 RTX技術(shù)在遠海風電沉樁過程的應(yīng)用

RTX定位在項目中應(yīng)用的實際過程：樁平面位置定位主要通過穩(wěn)樁平臺精確定位實現(xiàn)。利用船舶GPS進行初步定位，船舶錨點收緊后利用RTX設(shè)備實時觀測穩(wěn)樁平臺位置，通過調(diào)整錨纜實現(xiàn)精確定位。

施工前，先復(fù)核穩(wěn)樁平臺的抱樁直徑、上下層液壓千斤頂位置和層高。理清樁設(shè)計中心與穩(wěn)樁平臺位置控制點關(guān)系，見圖3。通過RTX測量穩(wěn)樁平臺位置控制點的平面位置反算樁中心坐標，實現(xiàn)樁平面定位。因為實際樁中心位于兩個特征控制點連線的中點位置，假設(shè)特征控制點1的坐標為（x1，y1），特征控制點2的坐標為（x2，y2），則樁中心坐標為（（x1+x2）/2，（y1+y2）/2）。

圖3 穩(wěn)樁平臺平面位置控制點分布圖

施工過程中，先利用船舶GPS進行初步粗定位，并完成拋錨。之后測量技術(shù)人員利用RTX設(shè)備反復(fù)測量抱樁器兩個特征控制點坐標，通過差量指揮調(diào)節(jié)錨纜移動，實現(xiàn)穩(wěn)樁平臺精確定位。因樁位實際坐標向設(shè)計坐標接近的過程是通過調(diào)節(jié)船舶甲板上的六臺錨機伸縮完成的，錨機操作員通過測量員給出的實際誤差，不斷調(diào)節(jié)錨纜伸縮，使得實測坐標向設(shè)計坐標逐步靠近。雖然RTX的定位精度優(yōu)于35mm，考慮到定位效率與定位精度的平衡，當實際樁位誤差在200mm內(nèi)（本項目樁位設(shè)計精度優(yōu)于500mm）時即鎖緊全部錨機停止調(diào)整。

精確定位后，另一名測量員進行復(fù)測，確保精度滿足設(shè)計要求，并測量特征點坐標，填寫放樣復(fù)測記錄表。

2.4 RTX技術(shù)定位數(shù)據(jù)統(tǒng)計與精度分析

經(jīng)過該項目23根單樁定位的應(yīng)用，最大北坐標誤差156mm，最大東坐標誤差194mm，最大坐標向量誤差223mm。北坐標中誤差優(yōu)于72mm，東坐標中誤差優(yōu)于79mm，坐標向量中誤差優(yōu)于140mm（見表3、表4）。以上指標均滿足遠海單樁基礎(chǔ)平面定位精度500mm的限差要求。

表3 樁位放樣坐標與誤差記錄表

表4 樁位放樣精度分析表

3 結(jié)束語

經(jīng)過項目的實際應(yīng)用，RTX技術(shù)定位精度高、定位速度快、部署維護簡易[6]，完全滿足遠海沉樁定位的要求。同時也證明了Trimble RTX技術(shù)在遠海風電項目中替代傳統(tǒng)定位技術(shù)的高度可行性。也為后續(xù)將RTX系統(tǒng)引入船載打樁定位系統(tǒng)，以適應(yīng)更復(fù)雜的風電基礎(chǔ)（如高樁承臺基礎(chǔ)、導(dǎo)管架基礎(chǔ)等）提供了有效的理論支撐。

2020年10月，400多家企業(yè)聯(lián)合發(fā)布了《風能北京宣言》，提出踐行國家碳減排目標的風電發(fā)展路線圖：十四五期間風電必須每年新增裝機容量不低于5000萬千瓦。這一路線給予了海上風電市場廣闊的發(fā)展空間，也給予了RTX這種廣域差分技術(shù)在無基準站及CORS系統(tǒng)的區(qū)域，特別是遠海風電基礎(chǔ)定位領(lǐng)域大面積推廣應(yīng)用的前景，并廣泛提高項目作業(yè)效率與降低時間成本。