GPS在湖區(qū)航標(biāo)定位中的應(yīng)用實(shí)踐

王美志 張萬濤

1 工程概況

本項(xiàng)目是為巢湖航道疏浚及航標(biāo)定位放樣,由于巢湖航標(biāo)年久失修,加上航槽以外水位較淺,且航槽曲線形態(tài)復(fù)雜(如圖1所示)。因此經(jīng)常有船只偏離航線擱淺或碰上暗礁而發(fā)生事故,隨著周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,巢湖黃金水道運(yùn)輸日益繁忙,航標(biāo)重建迫在眉睫。巢湖航道在湖區(qū)穿越54 km,湖區(qū)水域面積達(dá)800 km2左右,水域?qū)?風(fēng)浪大。最遠(yuǎn)處航標(biāo)離岸有10 km,為了今后船只的安全航行,業(yè)主方要求準(zhǔn)確定出航標(biāo)位置和航標(biāo)的方向。航標(biāo)中心位置誤差：±30 cm。因此在這種環(huán)境下的施工放樣給我們測量人員帶來巨大挑戰(zhàn)。

2 選定GPS系統(tǒng)放樣的優(yōu)勢(通過認(rèn)真分析確定選定GPS系統(tǒng))

通過對現(xiàn)場施工放樣條件和環(huán)境的分析和研究,我們選擇了動(dòng)態(tài)GPS放樣法,這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)放樣方法如：極坐標(biāo)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(qū)要加密控制點(diǎn)以及精度難保證等缺點(diǎn),而動(dòng)態(tài)GPS放樣法,通過在岸上控制點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站,工作船帶著流動(dòng)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(tǒng)工作原理

根據(jù)以上比較確定該項(xiàng)目采用動(dòng)態(tài)GPS放樣的方案。GPS系統(tǒng)在湖區(qū)放樣時(shí),首先在岸上已知坐標(biāo)點(diǎn)上架設(shè)GPS基準(zhǔn)站,輸入測站坐標(biāo)、GPS天線高和轉(zhuǎn)換參數(shù)?；鶞?zhǔn)站GPS根據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù),將基準(zhǔn)站北京坐標(biāo)換算成WGS-84坐標(biāo)。然后攜帶GPS流動(dòng)站向待放點(diǎn)移動(dòng)。同時(shí)GPS流動(dòng)站接收GPS衛(wèi)星發(fā)來的衛(wèi)星WGS-84坐標(biāo),衛(wèi)星到流動(dòng)站距離和基準(zhǔn)站發(fā)來的距離差值。GPS流動(dòng)站首先用基準(zhǔn)站發(fā)來的距離差值對收到的距離進(jìn)行改正,再根據(jù)若干個(gè)衛(wèi)星的坐標(biāo)和改正后的距離,用空間距離交會法計(jì)算出流動(dòng)站W(wǎng)GS-84的坐標(biāo),再通過轉(zhuǎn)換參數(shù)將流動(dòng)站W(wǎng)GS-84坐標(biāo)換算成北京坐標(biāo)。GPS測量系統(tǒng)無論是測量點(diǎn)坐標(biāo),還是在進(jìn)行放樣工作都是非常方便的。這里以巢湖航道航標(biāo)放樣為例來說明此方法具體問題處理。

4 根據(jù)湖區(qū)特點(diǎn)制定詳細(xì)放樣方案

4.1 放樣前準(zhǔn)備工作

湖區(qū)準(zhǔn)確定位是我們放樣的難點(diǎn),根據(jù)多年水上放樣的工作經(jīng)驗(yàn),充分做好放樣前準(zhǔn)備工作,準(zhǔn)備交通船一條,打樁船一艘,依據(jù)設(shè)計(jì)文件計(jì)算出航標(biāo)中心坐標(biāo)和偏離航道中心線165 m和75 m處的坐標(biāo)。將需放樣點(diǎn)坐標(biāo)輸入GPS流動(dòng)站。

在湖區(qū)岸邊的施口、中廟、蘆席嘴、龜山、巢縣和散兵布設(shè)控制點(diǎn),并聯(lián)測國家控制網(wǎng),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(jī),其定位誤差為±2 cm。GPS系統(tǒng)在沒有屏蔽干擾的情況下,無論是測量點(diǎn)的坐標(biāo),還是在陸上進(jìn)行放樣工作都是輕而易舉的事情。但用在湖區(qū)水面上放樣時(shí),由于湖區(qū)風(fēng)浪大無法從容做到打臨時(shí)樁,測量臨時(shí)點(diǎn)坐標(biāo)與放樣點(diǎn)坐標(biāo)對比,調(diào)整位置。為此,我們針對巢湖湖區(qū)航標(biāo)放樣特點(diǎn),制定了相應(yīng)的放樣方案。

4.2 施工放樣

航標(biāo)放樣時(shí)可以動(dòng)用船只為打樁船和運(yùn)送設(shè)備的工作船。由于打樁船體積大,打樁臂高,對GPS信號產(chǎn)生屏蔽作用,所以定中心樁時(shí)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(dá)到航標(biāo)精確放樣目的。具體操作如下：

承載工作船放樣時(shí),在流動(dòng)站的手薄屏上顯示流動(dòng)站逐步向樣點(diǎn)靠近的軌跡。當(dāng)GPS流動(dòng)站向航標(biāo)中心位置靠攏,到位置時(shí)及時(shí)拋錨,初定航標(biāo)中心位置,插上標(biāo)桿。以標(biāo)桿位置為中心,在約10 m為半徑范圍內(nèi)均勻打下三根臨時(shí)錨樁,用三根纜繩將工作船系在三根臨時(shí)錨樁上,控制工作船使其相對穩(wěn)定,GPS測量標(biāo)桿坐標(biāo),和設(shè)計(jì)坐標(biāo)相比較,如果誤差超限,則通過三根系纜調(diào)整工作船位置來達(dá)到調(diào)整放樣位置,移動(dòng)標(biāo)桿到調(diào)整后的位置。再次測量標(biāo)桿坐標(biāo),比較,調(diào)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(biāo),進(jìn)行微調(diào),直至滿足航標(biāo)放樣精度要求。確定航標(biāo)中心位置后,撤出臨時(shí)錨樁,開始定方向標(biāo)。

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(biāo)方向標(biāo)位置,兩個(gè)標(biāo)用不同顏色區(qū)分,打入方向樁,即完成一個(gè)航標(biāo)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(jié)果21個(gè)航標(biāo)定位精度均滿足要求,現(xiàn)摘要前5個(gè)航標(biāo)設(shè)計(jì)坐標(biāo)和樣樁實(shí)測坐標(biāo)對照(如表1所示)。

表1 巢湖湖區(qū)部分航標(biāo)放樣樣樁實(shí)測坐標(biāo)表

5 結(jié)語

通過采用動(dòng)態(tài)GPS系統(tǒng)對巢湖湖區(qū)航標(biāo)的施工放樣,取得了顯著的效果。綜上所述,得出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：1)放樣受自然因素限制少,工作效率高,費(fèi)用少,工期短,工程質(zhì)量可靠。2)同樣適用于湖區(qū)航道疏浚維護(hù)時(shí),航道中心線及邊樁放樣。這種方法如用在內(nèi)河航道施工放樣就更加方便。3)采用該方法時(shí)需注意流動(dòng)站穩(wěn)定鎖定衛(wèi)星后測定測量數(shù)據(jù)。

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