徠卡Viva GNSS在金塘大橋防撞試驗(yàn)中的應(yīng)用

李科偉，曹金寶，李曉舟，薛慧艷

(1.上海中振測(cè)量技術(shù)工程有限公司，上海 200235； 2.中交上海三航科學(xué)研究院有限公司，上海 200032； 3.青島市勘察測(cè)繪研究院，山東 青島 266000)

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徠卡測(cè)量新技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)欄

徠卡Viva GNSS在金塘大橋防撞試驗(yàn)中的應(yīng)用

李科偉1，曹金寶2，李曉舟2，薛慧艷3

(1.上海中振測(cè)量技術(shù)工程有限公司，上海 200235； 2.中交上海三航科學(xué)研究院有限公司，上海 200032； 3.青島市勘察測(cè)繪研究院，山東 青島 266000)

一、項(xiàng)目概況

浙江舟山大陸連島工程金塘大橋全長(zhǎng)26.54 km，其中跨海橋長(zhǎng)18.27 km。防撞設(shè)施擬采用高架走錨消能式攔阻船舶系統(tǒng)。重力錨走錨時(shí)的阻力與其重力成一定關(guān)系，走錨距離越遠(yuǎn)，其消耗的動(dòng)能越多，因此可根據(jù)設(shè)防船舶噸位、船速、流速、風(fēng)速等具體參數(shù)，合理確定防撞系統(tǒng)重力錨的大小和走錨距離。

為了驗(yàn)證和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，擬在西航道兩側(cè)非通航孔橋建設(shè)試驗(yàn)段并開(kāi)展走錨消能測(cè)試與實(shí)船攔阻試驗(yàn)。該試驗(yàn)采用徠卡Viva GNSS實(shí)時(shí)提供船舶的導(dǎo)航、坐標(biāo)軌跡、速度等信息；另外，配有拉力傳感器、加速度傳感器、傾角儀、流速儀、重力錨、拖船等設(shè)備。

二、測(cè)量設(shè)備

走錨消能測(cè)試與實(shí)船攔阻試驗(yàn)需要獲取牽引索和錨鏈張力、船舶運(yùn)動(dòng)軌跡、船舶運(yùn)動(dòng)速度、水流方向和流速、風(fēng)速、走錨距離等參數(shù)，從而得到船舶撞擊速度與所需攔阻距離等的近似關(guān)系，并獲得各種參數(shù)來(lái)校核數(shù)值計(jì)算方法，優(yōu)化攔阻設(shè)施設(shè)計(jì)。

本文主要介紹徠卡Viva GNSS的應(yīng)用，只列舉了RTK測(cè)量所需的主要設(shè)備，見(jiàn)表1。

表1 所需主要設(shè)備

三、測(cè)量過(guò)程和方法

1.系統(tǒng)組成

測(cè)試地點(diǎn)如圖1所示，在金塘大橋西南側(cè)、海天路東側(cè)1 km左右的岸邊，架設(shè)一臺(tái)徠卡Viva GS10 GNSS作為基準(zhǔn)站。使用徠卡SATELLINE 35W大電臺(tái)發(fā)射基準(zhǔn)站差分?jǐn)?shù)據(jù)，Viva GS14 GNSS和Viva GS15 GNSS兩臺(tái)流動(dòng)站分別安裝在拖船的船頭和船尾，同時(shí)接收基準(zhǔn)站差分?jǐn)?shù)據(jù)。然后將兩臺(tái)GNSS流動(dòng)站NMEA標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的時(shí)間、位置、速度、衛(wèi)星狀態(tài)等信息通過(guò)RS232串口協(xié)議傳送到電腦上，使用船舶撞擊試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)軟件進(jìn)行分析處理，并實(shí)時(shí)顯示船位的WGS-84經(jīng)緯度、地方工程施工坐標(biāo)、拖船航向、船速、航行距離等信息。測(cè)試區(qū)域分主航道和西航道兩個(gè)測(cè)試區(qū)域，前者距基準(zhǔn)站最遠(yuǎn)15.6 km，RTK依然持續(xù)保持固定解，后者距基準(zhǔn)站最近是5.6 km，如圖2所示。

圖1 測(cè)試區(qū)域

圖2 Viva遠(yuǎn)距離固定時(shí)基線狀態(tài)

2.拖錨消能測(cè)試

圖3 主航道兩側(cè)的阻力測(cè)試拖輪運(yùn)動(dòng)軌跡

3.實(shí)船撞擊測(cè)試

實(shí)船撞擊試驗(yàn)時(shí)各船位布置如圖4所示。試驗(yàn)撞擊船順?biāo)v向撞擊阻攔網(wǎng)后，試驗(yàn)船停車(chē)帶動(dòng)阻攔系統(tǒng)向前行進(jìn)。同時(shí)，測(cè)試工作船根據(jù)試驗(yàn)船行進(jìn)速度適當(dāng)跟進(jìn)，防止傳感器信號(hào)線拉斷。待試驗(yàn)船不再向橋位運(yùn)動(dòng)時(shí)，由保護(hù)拖輪逆流將試驗(yàn)船拖離。試驗(yàn)時(shí)，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的路線，分別采用低速空載、高速空載、高速滿(mǎn)載、低速滿(mǎn)載等工況進(jìn)行實(shí)船撞擊測(cè)試。

4.成果示例數(shù)據(jù)

在拖錨消能測(cè)試和實(shí)船撞擊測(cè)試過(guò)程中，測(cè)量小組在使用徠卡Viva GNSS導(dǎo)航時(shí)，由船舶撞擊試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)軟件全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示， 每秒鐘獲取一次拖船的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡和速度值， 待一個(gè)工況結(jié)束后，將采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)批量輸出，并自動(dòng)將軌跡、時(shí)間和速度繪制在CAD圖形中，圖5為其中5 s的數(shù)據(jù)成果。

圖4 實(shí)船撞擊試驗(yàn)船位布置示意圖

圖5 軌跡、時(shí)間和速度輸出至AtuoCAD中的示意圖

四、結(jié)束語(yǔ)

本次防撞試驗(yàn)過(guò)程中，徠卡Viva GNSS接收機(jī)和SATELLINE 35W表現(xiàn)十分出色，在15余千米的測(cè)試區(qū)域，依然能得到RTK固定解，三維CQ精度在2～3 cm。金塘大橋非通航孔柔性防撞設(shè)施設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集及防撞試驗(yàn)段實(shí)船撞擊試驗(yàn)的圓滿(mǎn)成功，為后續(xù)防撞設(shè)施的全面建設(shè)提供了數(shù)據(jù)資料。

(本專(zhuān)欄由徠卡測(cè)量系統(tǒng)和本刊編輯部共同主辦)