GPS精確定位一次安裝多塊扭王字塊體的應(yīng)用研究

【摘 要】采用GPS精確定位，制作專用吊具一次吊裝多塊扭王字塊，吊鉤自動脫鉤，實(shí)現(xiàn)了扭王字塊安裝的精確定位、高效施工，保證了施工質(zhì)量，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】GPS精確定位；扭王字塊安裝；一次多塊

1、工程概況

青島市董家口港區(qū)位于青島市南翼的膠南市轄區(qū)瑯琊臺灣，靠近青島市與日照市分界線，行政區(qū)劃于泊里鎮(zhèn)。董家口港區(qū)近海自然水深平均-15米，距岸1000米水深可達(dá)-20米，是不可多得的天然優(yōu)良深水港，港區(qū)規(guī)劃面積70平方公里、臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)規(guī)劃面積65平方公里，碼頭岸線長約35.7公里，泊位數(shù)112個(gè)，建成后總吞吐能力將達(dá)到3.7億噸。中建筑港集團(tuán)有限公司承建的董家口港區(qū)東防波堤項(xiàng)目堤身遠(yuǎn)離岸線三千多米，外側(cè)海域水流較急，堤心在出水前堤身外側(cè)就需要安裝扭王子塊體護(hù)面，由于遠(yuǎn)離岸線在一望無際的大海上傳統(tǒng)定位方式定向、定位困難、水下安裝還需要配備潛水員輔助安裝，費(fèi)用高、效率低，如采用傳統(tǒng)方式安裝，完全不能滿足本項(xiàng)目的施工進(jìn)度要求。

2、扭王字塊安裝定位方案的分析

2.1GPS精確定位和一次安裝多塊扭王字塊體技術(shù)

GPS精確定位技術(shù)具體為：在安裝船上一端安裝GPS定向天線，起到定向左右；吊臂頂端安裝定位天線起到定位作用，定向定位天線連接至安裝船操作室計(jì)算機(jī)上，利用導(dǎo)航軟件將安裝船的位置顯示在電腦上，事先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙將導(dǎo)航數(shù)據(jù)設(shè)置在導(dǎo)航軟件內(nèi)，安裝船根據(jù)自身的實(shí)時(shí)位置調(diào)節(jié)船位至安裝點(diǎn)實(shí)施定位安裝。每安裝完畢一組塊體，在工作軟件上定標(biāo)記錄（事先在需要安裝的區(qū)域根據(jù)每組塊體的尺寸畫好安裝方格，安裝后即可標(biāo)注安裝位置，做好施工記錄），防止漏按，使施工進(jìn)度一目了然，保證安裝成型質(zhì)量。

一次多塊扭王字安裝系統(tǒng)具體為：制作一套吊具，能夠一次起吊3塊扭王字塊體，在定位安裝后，能夠?qū)崿F(xiàn)在水下自動脫鉤。然后再起吊安裝。相比傳統(tǒng)的單塊吊裝，潛水員水下安裝就位摘鉤工藝，安裝效率能提高3倍。大幅度的提高效率、降低成本。

2.2衛(wèi)星導(dǎo)航定位方法

目前RTK-GPS技術(shù)作為新一代的衛(wèi)星導(dǎo)航定位方法，因其具備全天候、精度高、作用距離遠(yuǎn)、效率高的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的測量方式相比有著巨大的優(yōu)勢，已被廣泛的應(yīng)用于各種工程測量之中。特別是水上施工定位（拋石，防波堤，沉箱安放，打樁等）、水下地形測量的廣泛應(yīng)用，使得GPS成為海上船舶定位必不可少的選擇，極大的提高了工作效率，解決了常規(guī)儀器不能解決的問題。

2.2.1RTK-GPS技術(shù)原理

RTK-GPS實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)是一項(xiàng)以載波相位觀測為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)差分GPS測量技術(shù)。其系統(tǒng)組成主要有GPS接收設(shè)備、無線電數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及支持實(shí)時(shí)動態(tài)差分的軟件系統(tǒng)三個(gè)部分組成。具體做法是：在基準(zhǔn)點(diǎn)上設(shè)置基準(zhǔn)站，連續(xù)接收可見GPS衛(wèi)星信號，并通過數(shù)據(jù)鏈電臺實(shí)時(shí)地將測站坐標(biāo)及觀測數(shù)據(jù)傳送到流動站。流動站在接收GPS衛(wèi)星信號的同時(shí)，根據(jù)參考站傳輸來的數(shù)據(jù)，由軟件系統(tǒng)根據(jù)相對定位的原理進(jìn)行差分解算，實(shí)時(shí)的得出流動站的三維坐標(biāo)。

2.2.2雙GPS定位原理

在施工過程中對施工船采用雙GPS定位的方式，是指在每艘施工船上安裝兩臺雙頻GPS，其中一臺作為主工作點(diǎn)定出船的相對位置，另一臺結(jié)合主工作點(diǎn)定出船的方向。這樣根據(jù)相對定位的原理，結(jié)合水上導(dǎo)航軟件即可實(shí)時(shí)定出船身每一點(diǎn)在整個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)的相對位置，并根據(jù)施工定位要求進(jìn)行高精度作業(yè)。

鑒于當(dāng)前RTK-GPS技術(shù)具有定位精度高、作用距離遠(yuǎn)、定位速度快、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在起重船上安裝定位導(dǎo)航設(shè)備協(xié)助人工塊體安裝船進(jìn)行定位安裝將大大提高安裝定位效率。

3、安裝方案

3.1測量控制網(wǎng)

首先根據(jù)本工程的實(shí)際情況布設(shè)滿足施工要求的測量控制網(wǎng)。為了實(shí)現(xiàn)GPS對船舶的定位，在施工前要對GPS坐標(biāo)進(jìn)行比對校正，求出定位參數(shù)用于導(dǎo)航定位，使其精度滿足工程需要。

3.2定位設(shè)備準(zhǔn)備

準(zhǔn)備一套分體式RTK在岸上合適位置架設(shè)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站，配備無線電臺數(shù)據(jù)鏈，將觀測數(shù)據(jù)提供給水上安裝船的流動站。（一臺基準(zhǔn)站可服務(wù)于多個(gè)安裝船定位）

準(zhǔn)備兩套分體式RTK用于安裝船安裝，實(shí)時(shí)接收基準(zhǔn)站和GPS衛(wèi)星的信號將安裝船的姿態(tài)實(shí)時(shí)顯示。

準(zhǔn)備一臺臺式電腦安裝于控制室，用于安裝導(dǎo)航軟件，連接兩套分體式RTK主機(jī)，施工技術(shù)人員導(dǎo)入安裝圖、指揮安裝等操作。

準(zhǔn)備一臺顯示器安裝在操作室，方便起重設(shè)備操作人員定位安裝。

3.3定位設(shè)備安裝

在安裝船（起重船）駕駛艙頂端安裝GPS定向天線，起到定向作用；吊臂頂端安裝定位天線起到定位作用，定向、定位天線通過電纜線連接至安裝船控制室計(jì)算機(jī)上。

在安裝GPS接收天線時(shí)要注意避開駕駛艙頂部大功率發(fā)射天線、雷達(dá)以及15°角以上的遮擋物，保證衛(wèi)星信號接收質(zhì)量。在吊臂頂端安裝的GPS天線要考慮吊臂的俯仰角對天線水平角的影響，需設(shè)置懸掛裝置，將GPS天線懸掛起來，使天線利用自身重力在工作時(shí)始終保持水平，以達(dá)到良好的接收效果。

全部硬件連接完成后，輸入GPS參數(shù)和船型等參數(shù)，利用導(dǎo)航軟件將安裝船的位置顯示在電腦上，事先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙將導(dǎo)航數(shù)據(jù)（確定安裝范圍以及位置）設(shè)置在導(dǎo)航軟件內(nèi)。

3.4扭王字塊體安裝

本工程安裝船采用兩艘1700噸方駁，一次能裝載100塊左右扭王字塊體，吊機(jī)采用100噸履帶吊，制作專用吊具2套，一次可吊3塊扭王字塊體。

安裝船操作人員根據(jù)安裝船自身的實(shí)時(shí)位置調(diào)節(jié)船位至安裝點(diǎn)實(shí)施定位、安裝。每安裝完畢一組塊體，在工作軟件上定標(biāo)記錄。事先在需要安裝的區(qū)域根據(jù)每組塊體的尺寸畫好安裝網(wǎng)格，安裝后即可標(biāo)注安裝位置，做好施工記錄，防止漏按，使施工進(jìn)度一目了然，保證安裝成型質(zhì)量。

安裝船定位時(shí)保持船身與防波堤垂直，扭王字塊體在裝船時(shí)要擺放整齊，便于吊具下方3塊扭王字掛鉤方便，起吊時(shí)不至于相互碰撞搖擺嚴(yán)重影響定位質(zhì)量。起吊后通過吊具兩端兩根定位纜繩調(diào)整一排3塊塊體的方向使之平行與防波堤軸線方向。定位準(zhǔn)確后吊機(jī)下放吊具沉入水中，扭王字塊體觸底后自動脫鉤。

4、檢查驗(yàn)收

在安裝完畢一段落后，采用水下攝像頭連續(xù)拍攝，全面檢查一遍，對于漏按部位進(jìn)行處理，保證最終成型質(zhì)量。

5、結(jié)語

通過在東防波堤工程扭王字塊安裝施工過程中的應(yīng)用，取得很好的效果，2011年10月開工到目前3萬多塊扭王字全部安裝結(jié)束，驗(yàn)收合格，不僅滿足安裝質(zhì)量要求，而且施工效率大大提高，對于整個(gè)項(xiàng)目的按期完工起到了至關(guān)重要的作用，并且取得了良好的的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

兩套安裝系統(tǒng)總投資為80萬元。安裝完成后，兩套GPS以及配套計(jì)算機(jī)、軟件可以通用。如果采用傳統(tǒng)的單塊吊裝，潛水員水下安裝就位摘鉤工藝，需6條安裝船同時(shí)作業(yè)才能滿足工期要求，同時(shí)增加配備潛水組6組。多增加的4條安裝船組和潛水組，半年費(fèi)用約為600萬，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)顯著，而且減少了潛水員水下作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

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