Trimble RTX技術在遠海風電項目中的應用

田 欣

（天津港航工程有限公司，天津300457）

我國擁有長達1.8萬千米的海岸線及數(shù)百萬平方千米的可利用海域，豐富的海洋風能資源為我國大力開發(fā)海洋風能風電場奠定了良好基礎。灘涂、潮間帶以及深遠海海域也擁有豐富的可開發(fā)風能資源，2017年以來海上風電產業(yè)的迅速崛起。2020年，隨著海上風能的不斷開發(fā)，灘涂、潮間帶以及近海海域風電場逐漸飽和，風電場的建設正逐步向深海及離岸更遠的遠海發(fā)展[1]。

遠海風電建設帶來的嚴峻挑戰(zhàn)之一就是定位困難。目前較為成熟的定位技術有：RTK（Real-time kinematic實時相位差分技術）、VRS（Virtual reference station虛擬參考站技術）、DGNSS（差分全球導航定位系統(tǒng)）、SBAS（Satellite-Based Augmentation System星基增強系統(tǒng)）[2]。各定位技術精度與特性見表1。

表1 主流定位技術參數(shù)表

在以往近海風電建設中的定位技術主要為RTK，GPS的差分信號主要采用無線電發(fā)射和接收，具有低延遲、精度高的特點[3]。2018年以來，風電場的建設逐步向遠海發(fā)展，以我公司承攬的華能江蘇大豐海上風電項目風機基礎施工及風機安裝施工工程為例（下文簡稱華能大豐海上風電項目），項目位于大豐區(qū)海域的毛竹沙，離岸距離55km，周邊無島嶼和已成型的構筑物，無法架設基準站。項目沉樁施工部分定位精度限差為平面50cm、高程5cm，對照各定位技術指標，理論上RTX技術才能滿足要求。

由于RTX技術在遠海風電項目中應用的文獻資料較少，因此本文結合成功應用RTX技術的風電項目，對RTX技術的性能參數(shù)進行分析，并對其在遠海風電中的應用效果進行驗證。

1 RTX技術介紹

1.1 RTX技術系統(tǒng)組成

Trimble RTX（天寶Real-Time eXtended實時差分擴展）技術是美國Trimble公司研發(fā)的一種星站差分定位技術，2011年開始在美國與歐洲大規(guī)模商用，2014年進入國內市場。RTX服務提供范圍如圖1。

圖1 RTX服務覆蓋范圍

1.2 RTX技術原理

RTX系統(tǒng)主要由GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)、L波段通訊衛(wèi)星、Trimble RTX控制中心和遍布全球的GNSS跟蹤站網絡組成。其工作原理如圖2所示：首先分布于全球的約100個GNSS跟蹤站，連續(xù)獲得實時衛(wèi)星和大氣改正數(shù)據(jù)后匯總至Trimble RTX控制中心，控制中心通過準確的模型和算法生成RTX差分數(shù)據(jù)，然后將差分數(shù)據(jù)以CMRx格式打包注入L波段通信衛(wèi)星或蜂窩數(shù)據(jù)網絡后，通過無線廣播到RTX終端設備，從而大大提高RTX終端設備定位精度[4]。

圖2 RTX系統(tǒng)原理

2 項目實例

華能大豐海上風電項目位于江蘇省大豐區(qū)海域的毛竹沙，離岸距離55km，周邊無島嶼和已成型的構筑物。項目沉樁施工部分定位精度限差為平面50cm，基礎形式為7m直徑單鋼管樁，基礎數(shù)量23。下面內容將依托此項目簡要闡述RTX技術在遠海風電項目應用的過程與效果。

2.1 RTX設備介紹與施工定位準備

本項目所用RTX設備終端為：Trimble SPS986。

本項目施工控制點與坐標轉換參數(shù)為：建設單位提供6個控制點，與施工區(qū)域WGS-84至CGCS2000的坐標轉換7參數(shù)。

施工定位前的準備工作主要是利用RTX定位技術復測控制點：首先在Trimble SPS986控制器TSC3上新建項目，配置RTX功能參數(shù)（設置源橢球與目標橢球，輸入中央子午線，設置坐標系統(tǒng)，錄入7參數(shù)）[5]。之后在Y1控制點上架設接收機，對控制網進行點校正，再依次復測控制點Y2-Y6，每個點測量30個歷元，復測3次，取平均值作為復測成果。

2.2 RTX控制測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計和精度分析

復測數(shù)據(jù)分析：通過與已知坐標對比，平面最大偏差為Y6（35mm），高程最大偏差為Y5（-37mm）。均小于50mm，精度達到《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術規(guī)范》一級控制網的要求見表2。

表2 實測控制點坐標及誤差表

2.3 RTX技術在遠海風電沉樁過程的應用

RTX定位在項目中應用的實際過程：樁平面位置定位主要通過穩(wěn)樁平臺精確定位實現(xiàn)。利用船舶GPS進行初步定位，船舶錨點收緊后利用RTX設備實時觀測穩(wěn)樁平臺位置，通過調整錨纜實現(xiàn)精確定位。

施工前，先復核穩(wěn)樁平臺的抱樁直徑、上下層液壓千斤頂位置和層高。理清樁設計中心與穩(wěn)樁平臺位置控制點關系，見圖3。通過RTX測量穩(wěn)樁平臺位置控制點的平面位置反算樁中心坐標，實現(xiàn)樁平面定位。因為實際樁中心位于兩個特征控制點連線的中點位置，假設特征控制點1的坐標為（x1，y1），特征控制點2的坐標為（x2，y2），則樁中心坐標為（（x1+x2）/2，（y1+y2）/2）。

圖3 穩(wěn)樁平臺平面位置控制點分布圖

施工過程中，先利用船舶GPS進行初步粗定位，并完成拋錨。之后測量技術人員利用RTX設備反復測量抱樁器兩個特征控制點坐標，通過差量指揮調節(jié)錨纜移動，實現(xiàn)穩(wěn)樁平臺精確定位。因樁位實際坐標向設計坐標接近的過程是通過調節(jié)船舶甲板上的六臺錨機伸縮完成的，錨機操作員通過測量員給出的實際誤差，不斷調節(jié)錨纜伸縮，使得實測坐標向設計坐標逐步靠近。雖然RTX的定位精度優(yōu)于35mm，考慮到定位效率與定位精度的平衡，當實際樁位誤差在200mm內（本項目樁位設計精度優(yōu)于500mm）時即鎖緊全部錨機停止調整。

精確定位后，另一名測量員進行復測，確保精度滿足設計要求，并測量特征點坐標，填寫放樣復測記錄表。

2.4 RTX技術定位數(shù)據(jù)統(tǒng)計與精度分析

經過該項目23根單樁定位的應用，最大北坐標誤差156mm，最大東坐標誤差194mm，最大坐標向量誤差223mm。北坐標中誤差優(yōu)于72mm，東坐標中誤差優(yōu)于79mm，坐標向量中誤差優(yōu)于140mm（見表3、表4）。以上指標均滿足遠海單樁基礎平面定位精度500mm的限差要求。

表3 樁位放樣坐標與誤差記錄表

表4 樁位放樣精度分析表

3 結束語

經過項目的實際應用，RTX技術定位精度高、定位速度快、部署維護簡易[6]，完全滿足遠海沉樁定位的要求。同時也證明了Trimble RTX技術在遠海風電項目中替代傳統(tǒng)定位技術的高度可行性。也為后續(xù)將RTX系統(tǒng)引入船載打樁定位系統(tǒng)，以適應更復雜的風電基礎（如高樁承臺基礎、導管架基礎等）提供了有效的理論支撐。

2020年10月，400多家企業(yè)聯(lián)合發(fā)布了《風能北京宣言》，提出踐行國家碳減排目標的風電發(fā)展路線圖：十四五期間風電必須每年新增裝機容量不低于5000萬千瓦。這一路線給予了海上風電市場廣闊的發(fā)展空間，也給予了RTX這種廣域差分技術在無基準站及CORS系統(tǒng)的區(qū)域，特別是遠海風電基礎定位領域大面積推廣應用的前景，并廣泛提高項目作業(yè)效率與降低時間成本。