GPS在疏浚工程中的應(yīng)用

金彤

摘 要：通過實(shí)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(duì)GPS的特點(diǎn)、絞吸式挖泥船的介紹，讓大家更進(jìn)一步的了解GPS這項(xiàng)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(shí)時(shí)進(jìn)行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱GPS。定位原理：GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)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(jī)的具體位置。

GPS 的特點(diǎn)：（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(diǎn)，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(dòng)態(tài)目標(biāo)的三維位置、三維速度和時(shí)間信息。（3）實(shí)時(shí)定位。利用全球定位系統(tǒng)導(dǎo)航，可以實(shí)時(shí)地確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維位置和速度，由此即可保障運(yùn)動(dòng)載體沿預(yù)定航線運(yùn)行，也可實(shí)時(shí)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(kuò)寬或挖深河湖等水域，用人力或機(jī)械進(jìn)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(yùn)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(kù)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(jìn)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(dòng)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(jìn)行的疏浚工程中，均采用GPS技術(shù)用于定位和測(cè)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(diǎn)：

（1）準(zhǔn)確，可靠和高效率的平面定位。

（2）大范圍水下施測(cè)優(yōu)勢(shì)更為明顯。水下測(cè)量要求能夠?qū)崟r(shí)得到水面上的三維位置即X，Y，H，在進(jìn)行水下地形測(cè)量時(shí)，水面上的高程值減去測(cè)深儀的水深數(shù)據(jù)值（h）就得到水下的高程，從而可做進(jìn)一步的水下地形圖，數(shù)學(xué)表達(dá)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(zhǔn)確地實(shí)施水下測(cè)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(shí)動(dòng)態(tài)可見。駕駛臺(tái)可以放置一臺(tái)電腦實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可隨時(shí)電腦成圖，繪制出已疏挖的平面范圍和泥層厚度。

（4）操作簡(jiǎn)便。GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度高，對(duì)于靜態(tài)只需單一按鍵即可，動(dòng)態(tài)僅需流動(dòng)站跑點(diǎn)，其三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出。

（5）全天候作業(yè)。GPS測(cè)量可以在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣的影響。這一點(diǎn)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(jiǎn)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(biāo)點(diǎn)上設(shè)立基準(zhǔn)站，然后在施工船舶上設(shè)立移動(dòng)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(shí)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(huì)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(hào)轉(zhuǎn)換器后，再接入GPS主機(jī)（GPS主機(jī)只能接收1條GPS天線的信號(hào)，不能同時(shí)接收2條GPS天線的信號(hào)，計(jì)算出2個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器可選擇接收其中任1條GPS天線的信號(hào)）。絞吸船施工時(shí)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(jì)劃線設(shè)置好。給鋼樁定位時(shí)，接收船尾鋼樁GPS天線的信號(hào)，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(dòng)的距離和坐標(biāo)。施工時(shí)要求主鋼樁位于開挖線的中線上。給絞刀定位時(shí)，接收A字架頂端上GPS天線的信號(hào)。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(jì)算出開挖到邊線時(shí)兩者平面位置之差。通過修改電子圖形中開挖行邊線的計(jì)劃線（即電子圖形中的小船十字中心到達(dá)邊線計(jì)劃線時(shí)，船舶絞刀也同時(shí)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(tái)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(cè)量導(dǎo)航軟件，使測(cè)量導(dǎo)航軟件進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)。駕駛員在電腦顯示器中能清楚看到挖泥船實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)位置及坐標(biāo)、偏離計(jì)劃線距離，負(fù)責(zé)移錨的船員根據(jù)電腦顯示器的電子圖形及時(shí)、準(zhǔn)定進(jìn)行移錨修正船位。利用GPS衛(wèi)星定位配合回聲測(cè)深儀進(jìn)行水深測(cè)量，成圖軟件繪制水深圖，并對(duì)水深圖進(jìn)行檢查分析，將淺點(diǎn)的水深點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入測(cè)量導(dǎo)航軟件中，在電腦直觀顯示淺點(diǎn)位、水深值，挖泥船根據(jù)淺點(diǎn)位置進(jìn)行補(bǔ)挖達(dá)到設(shè)計(jì)要求。GPS測(cè)量可以在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣的影響，施工船舶可24小時(shí)分班進(jìn)行施工作業(yè)，為工程項(xiàng)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(jì)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(jìn)步的體現(xiàn)，由該技術(shù)在工程實(shí)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?！?/p>