GPS-RTK技術(shù)在港口碼頭測量中的應(yīng)用

沈相儒

（中交一航局第一工程有限公司，天津300456）

1 工程概況

天津港北港池海嘉汽車滾裝碼頭工程建設(shè)于天津港北疆港區(qū)，該項目東側(cè)為已投入運營的環(huán)球滾裝碼頭。根據(jù)需求，碼頭岸線長565m，擬建2 個汽車裝滾泊位，以停靠70 000t 滾裝船為建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。從具體分布情況來看，本工程位于岸線轉(zhuǎn)角區(qū)域，于西側(cè)增設(shè)了長度75m 的平臺段。碼頭采取連片滿堂式的設(shè)計形式，水工建筑物是重要部分，含前、后樁臺以及接岸處。

2 RTK技術(shù)的特點

沉樁作業(yè)采取GPS-RTK 技術(shù)，現(xiàn)場設(shè)置了基準(zhǔn)接收機(jī)，將其有效連接至2 臺流動接收機(jī)。根據(jù)施工要求，在打樁船上布置流動站，形成“海上打樁定位系統(tǒng)”，具體布置方案如圖1所示。

圖1 流動站布置方案

為滿足測量要求，共設(shè)置2 座流動站，當(dāng)生成基準(zhǔn)站信號后，經(jīng)計算即可求得具體坐標(biāo)關(guān)系，連接A、B兩點并分別將其與樁心C相連，通過此方式即可產(chǎn)生△ABC，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步求得樁心C的坐標(biāo)。

相比于傳統(tǒng)方法，GPS-RTK 技術(shù)的應(yīng)用效果更佳，具備如下5 點優(yōu)勢：

1）精簡測量流程，實行一體化作業(yè)的方式，工程人員的室外工作強度得到大幅度緩解，在短時間內(nèi)即可完成放樣。

2）突破了傳統(tǒng)方式下分級布網(wǎng)、逐級控制的局限性，單個測區(qū)可達(dá)到一次性布設(shè)的效果，提升了控制網(wǎng)的靈活性，設(shè)置的控制點數(shù)明顯減少，在展開圖根加密控制的同時可兼并做好碎部的測量作業(yè)。

3）提升了數(shù)據(jù)采集效率，省去了畫草圖環(huán)節(jié)，針對各個碎部點賦予特定的格式，具備被數(shù)字測圖軟件識別的特點，提升了圖形編輯效率。

4）碎部量測的靈活性得以提升，不再受到圖幅便捷的限制性影響，內(nèi)業(yè)成圖后即可采取分幅與接邊處理措施，便捷性良好。

5）測量所得結(jié)果的可靠性好，在GPS 技術(shù)的支持下，可滿足1∶500 圖根控制所提出的精度要求，避免了誤差過度集中的現(xiàn)象，在大比例尺測圖中具有適用性。

3 施工測量

3.1 施工控制網(wǎng)的建立

以業(yè)主需求為準(zhǔn)，明確測量控制基準(zhǔn)點，創(chuàng)建GPS 臨時基準(zhǔn)站，為之引入了穩(wěn)定性更高的雙頻GPS 技術(shù)，并輔以全站儀設(shè)備，實現(xiàn)高精度的平面控制。當(dāng)形成基準(zhǔn)點后，選擇合適的區(qū)域測放控制點，后續(xù)正式施工作業(yè)時可靈活地展開平面控制作業(yè)，根據(jù)工程需求確定觀測周期，即每月執(zhí)行一次，分析所得數(shù)據(jù)并對不合理之處采取修正措施。

3.2 測量方法

本工程所處位置與岸線距離較遠(yuǎn)，除常規(guī)測量方式外，還為之引入了GPS-RTK 測量技術(shù)，由此創(chuàng)建平面控制網(wǎng)。根據(jù)測量需求，準(zhǔn)備了全站儀、經(jīng)緯儀以及水準(zhǔn)儀3 類設(shè)備，協(xié)同作業(yè)并展開細(xì)部放樣工作。

做好施工前的準(zhǔn)備工作，對于測量技術(shù)人員而言應(yīng)掌握圖紙?zhí)峒暗母黜椧c，提升施工技術(shù)規(guī)范性，從實際情況出發(fā)生成施測方案，經(jīng)技術(shù)人員審核并無誤后，即可施測放樣。工程中，應(yīng)注重對樁位的保護(hù)，以便給施工作業(yè)提供可靠的指導(dǎo)。測量放線是重要的前期準(zhǔn)備工作，要求測量技術(shù)人員具備較高的專業(yè)水平，能夠全方位掌握施工圖紙，評定復(fù)擬圖表中各數(shù)據(jù)的合理程度，并以技術(shù)規(guī)范為準(zhǔn)做好測量工作【1】。在此之前，要面向整個施工單位技術(shù)交底，施工人員要全面掌握沿線的各個導(dǎo)線點、控制樁等工程參數(shù)，經(jīng)復(fù)核后再正式施工作業(yè)。

1）測量方法。引入GPS-RTK 技術(shù)，在此基礎(chǔ)上輔以常規(guī)的測量方法，創(chuàng)建完整的平面控制網(wǎng)，以便展開測量工作。

2）控制網(wǎng)的建立。以控制基準(zhǔn)點為參考，于岸側(cè)設(shè)置GPS基準(zhǔn)站，基于雙頻GPS 技術(shù)做好平面控制?？紤]業(yè)主給定的基準(zhǔn)點，選取合適的區(qū)域設(shè)置控制點，為施工環(huán)節(jié)的平面控制提供支持，觀測周期為一月一次，針對所得數(shù)據(jù)加以分析，對不足之處采取修正措施。

3）打樁定位。（1）設(shè)置GPS 定位系統(tǒng)。從工作機(jī)制上看，基于RTK 方式可實現(xiàn)對船體的實時控制，諸如位置、方向等，將所得結(jié)果呈現(xiàn)于計算機(jī)屏幕上。將該值與設(shè)計坐標(biāo)展開對比分析，調(diào)整船體位置，無誤后方可下樁開打。（2）樁位校核。此環(huán)節(jié)主要目的在于提升樁位的精確性，設(shè)備為全站儀。

4）沉降及位移觀測。以設(shè)計圖紙為準(zhǔn)，做好沉降與位移觀測工作。為滿足此要求，在地基上設(shè)置高程控制點，遵循的是每間隔50～60m 設(shè)置1 個的原則，總數(shù)量為11 個。關(guān)于沉降和位移觀測點的設(shè)置，較為合適的位置是碼頭后方的地面上，并采取定期觀測的方法。挖泥作業(yè)時的監(jiān)測工作尤為關(guān)鍵，初期每3d 觀測1 次，后續(xù)階段以沉降情況為準(zhǔn)做靈活調(diào)整，完成挖泥作業(yè)后評定現(xiàn)場穩(wěn)定程度，可采取每10d 觀測1 次。沉降觀測的可行設(shè)備為自動安平水準(zhǔn)儀，將控制點作為起算點，形成一條閉合性質(zhì)的線路，求得沿線各點的高程值。關(guān)于水平位移的觀測，此環(huán)節(jié)所需設(shè)備為全站儀，以控制點為基準(zhǔn)，評定各點與之產(chǎn)生的位置關(guān)系，并對比分析。

5）岸坡觀測。（1）關(guān)于沉降位移觀測點的設(shè)置，具體方式為沿碼頭縱向設(shè)置，彼此間距控制為100m。（2）提出如下幾點觀測要求：初期加大觀測頻率，采取1d 觀測1 次的方式，結(jié)束所有樁基施工并且達(dá)到相對穩(wěn)定的狀態(tài)后（通常需經(jīng)過5d），即可終止觀測。在此過程中，若變形曲線表現(xiàn)出變陡的趨勢，需暫停施工作業(yè)，并加大單日觀測次數(shù)，針對特殊區(qū)域采取針對性觀測措施。確定控制標(biāo)準(zhǔn)，即沉降≤10mm/d，位移≤4mm/d，整個階段產(chǎn)生的總位移≤30mm。

6）測量資料管理。經(jīng)測量后匯總資料，涉及的方面較多，如控制點驗收資料、放樣信息、施工以及竣工階段各自對應(yīng)的測量資料、儀器檢驗情況等。生成的資料應(yīng)具備可保存的能力，以免出現(xiàn)資料遺失現(xiàn)象。部分資料需進(jìn)行備案或交由專業(yè)人員審批，此類工作均要落實到位，且要嚴(yán)格遵循特定程序來展開。

4 GPS-RTK技術(shù)在港口碼頭測量中的應(yīng)用

4.1 創(chuàng)建基準(zhǔn)站

此項工作是實現(xiàn)RTK 測量的關(guān)鍵，確定參考點的合適位置，其應(yīng)當(dāng)在地勢較高處，并滿足交通便捷的要求，以便提升衛(wèi)星信號的收發(fā)效率。

4.2 設(shè)定轉(zhuǎn)換參數(shù)

此處采取相對坐標(biāo)與相對高程的方式。具體操作方法為：在基準(zhǔn)站設(shè)置儀器，根據(jù)實際情況輸入儀器斜高參數(shù)，使其存儲于接收機(jī)中，啟動藍(lán)牙通信，實現(xiàn)與電臺的穩(wěn)定連接，給予一個虛擬的坐標(biāo)后得到轉(zhuǎn)換參數(shù)，獲得該值后將其載入，后續(xù)即可生成相對坐標(biāo)。結(jié)束基準(zhǔn)站的設(shè)置工作后，基于相同的方式設(shè)置流動站，經(jīng)配置且無誤后，檢驗2 臺流動站的工作狀態(tài)，要求采集的數(shù)值應(yīng)足夠準(zhǔn)確。

從實時RTK 測量工作來看，所得結(jié)果與數(shù)據(jù)鏈性能存在密切的關(guān)聯(lián)，且均為獨立觀測的方式，考慮到數(shù)據(jù)的可靠性要求，必須在觀測前做好準(zhǔn)備工作，即對已知點比測，基于此途徑分析基準(zhǔn)站和移動站參數(shù)配置情況，并評定數(shù)據(jù)鏈通信的穩(wěn)定程度。要求檢測時間相對較長，以更為準(zhǔn)確地分析儀器工作狀態(tài)，提升檢測結(jié)果的可靠性。

4.3 內(nèi)業(yè)成圖

需明確的是，外業(yè)RTK 測量文件采取的是特定的數(shù)據(jù)庫文件格式，其特殊性在于無法被成圖軟件調(diào)用?；诖?，應(yīng)啟用“導(dǎo)出”功能，將項目文件載入計算機(jī)中，經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后使其成為通用格式，并在CASS 繪圖軟件中打開，綜合參考外業(yè)草圖，高效完成縱斷面成圖作業(yè)。

4.4 灌注樁RTK與常規(guī)測量的比較分析

在施工定位中，按照監(jiān)理和甲方的技術(shù)要求，采用全站儀進(jìn)行施工定位放樣，但受施工場地空間限制，加之運輸車輛比較多，鉆探機(jī)器分布比較密集，測量定向通視常常被遮擋，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。同時，由于施工現(xiàn)場地質(zhì)條件影響，現(xiàn)場基準(zhǔn)點可能分布在較遠(yuǎn)區(qū)域，在灌注樁施工區(qū)域受地質(zhì)因素影響常常發(fā)生位移和沉降，不適合加密控制點，進(jìn)而影響工程常規(guī)定位精度。為了按時保質(zhì)保量地完成工程施工的需要，采用新的方法和技術(shù)RTK 進(jìn)行施工。在使用RTK 測量時，應(yīng)采用帶簡易腳架的對中桿，以提高對中的精度。為了提高施測精度儀器采用雙星GPS，其可以有效地提高衛(wèi)星觀測數(shù)量，并且對2 套衛(wèi)星進(jìn)行互檢校正。在建設(shè)方提供的控制點的基礎(chǔ)上進(jìn)行RTK 測量，并且采用全站儀進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其平面位置可以滿足精度要求，但高程精度達(dá)不到技術(shù)要求。考慮到灌注樁后期破樁頭需要采用水準(zhǔn)儀精確標(biāo)定高程，所以，對高程的精度可以放寬到±30mm。

5 結(jié)語

RTK 技術(shù)的適用性較強，在科技水平逐步提升之下，其在測繪工作中取得了一系列成果，能夠為港口碼頭的測量提供技術(shù)支持，確保各環(huán)節(jié)施工作業(yè)的可靠性。對于技術(shù)人員，則要突破傳統(tǒng)技術(shù)的束縛，從行業(yè)內(nèi)積極學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)，將其靈活應(yīng)用于工程中，助力工程事業(yè)的發(fā)展。