摘 要：結合疏浚工程施工，論述利用GPS先進技術對疏浚工程船舶進行施工定位效果良好。
關鍵詞：工程；疏浚船舶；GPS原理；
Abstract ：This paper expounds that construction positioning for dredging vessels by GPS advanced technique can achieve good effect in combination with dredging engineering construction.
Key words ：engineering ； dredging vessel ； GPS principle ； positioning
隨著科學技術的發展，GPS衛星定位系統現已成為全球廣泛應用的定位手段，它以全球性，全天侯，準確，可靠和高效率等優點被測量與施工所採用。結合1999～2002年橫門出海航道整治工程H2標施工定位實踐，探討如何利用GPS衛星定位進行施工。
1、工程概況
橫門出海航道整治工程H2標段位於珠江口自廣東省中山市的中山港起至伶仃洋國際航道#3，#4燈標止，全長48km ，中山港至橫門口l0km ，口門內有1過渡性淺灘，口門外有爛山，二茅和淇澳3處淺灘。H2標的主要施工任務是二茅淺灘的航道疏浚，該地段的灘頂水深在4. 0m左右。
根據招標文件要求，需投入4m3抓斗船，絞吸挖泥船，必要時可投入耙吸式挖泥船等設備，完成整個施工生產任務。
竣工後的工程標準：全潮通航3 000t海輪；航道建設標準尺度為：水深6. 0m ，航道底寬120m ，彎曲半徑580m ，總工程量187萬m3.二茅淺灘疏浚段水域開闊，航道軸線離岸太遠，採用以往的施工方法很難完成此任務，根據這特殊的施工環境，選擇採用數臺GPS200實時差分GPS對疏浚施工船舶進行定位。
2、GPS的工作原理
差分GPS之所以能獲得高精度的定位數據，是因為在已知位置設一基準（固定）站，通過GPS接收衛星信號監測GPS的系統誤差，並按規定的時間間隔把誤差校正量等數據通過無線數據鏈播發出去，移動站利用收到的信息，對GPS觀測值進行校正，以消除星曆誤差，星鍾誤差，大氣層延遲差等公共誤差。
基準站對每顆在視場的GPS衛星進行連續跟蹤測量，在ti時刻測得的偽距為di（i為衛星編號），而基準站ti時刻至衛星的距離可算出為pi ，則偽距改正數為：△di = pi - di.由於△di是隨時間不規則變化的，因此還要將偽距的變化率傳給移動站。基準站將時標，偽距改正數，偽距變率和衛星數據齡期AODE組成l串電文，通過無線數據鏈向移動站廣播。發AODE的目的是為了保持基準站和移動站使用同一齡期的星曆，以消除衛星星曆誤差和星鍾誤差。
Port & Waterway Engineering Total 355 No18 Aug. 2003移動站接收到差分電文後，對GPS測得的偽距進行改正，獲得高精度的位置。移動臺的計算機用於採集GPS的位置數據，並通過後處理，繪成坐標圖，顯示定位實時動態位置，起到導航作用。
3、用於施工定位的主要設備及GPS的主要技術指標
3.1 疏浚船舶用於定位的主要設備疏浚船舶用於定位的主要設備有：GPS，電子羅經，電腦和導航軟體。
3.2 GPS的主要技術指標
（1）8通道並行GPS接收機，重捕獲時間只要幾秒鐘；
（2）實行導航定位平面位置精度：<±1m ；
靜態相對定位精度：≤±（5mm + lppm）；
（3）作用距離：< 40km（與通訊條件有關）；
（4）差分發射間隔：2s ；
（5）位置水深採集速率：1次/ s ；
（6）電源：11∽14V直流電；
（7）功耗：基準站靜態功耗為5W ，電臺發射功耗為25W ，移動站靜態功耗為5W ；
（8）主機體積及質量：體積：210mm×90mm×150mm ；質量：3kg.
4、利用GPS進行施工定位
首先在某一已定坐標點上設立基準站，然後在各施工船舶上設立移動站。由於每個地方所採用的坐標系不一樣，導航軟體可直接對採集的經緯度數據進行一級或二級坐標系轉換成為當地坐標系。電子羅經以及因GPS天線的位置與實際要定位的點的平面位置之間的誤差都可以通過固定差校正或天線偏差校正，將各種誤差消除。
4.1 基準站的設立
4.1.1 基準站位置及接收機的選擇橫門出海航道整治工程的施工工況：海面寬闊，戰線較長。在選擇GPS接收機設備時，本著經濟，實用，可行的目的，選用符合工程技術要求的國產GJ200測量型GPS單頻接收機，該機的數據鏈用UHF頻段。而UHF是直達波，所以，基準站選擇設在較開闊且較高的項目部所在地民用樓的五樓天台上，使基準站發射的UHF信號有效控制整個工程施工區域，同時，還需儘量減少誤差。在設立基準站時，採用3臺GPS進行靜態測量，測出五樓天台計劃設立基準站的坐標點的坐標，將基準站設在該點上。基準站設立後，在移動站到離施工區最近和最遠的已知點上進行精度測試，結果表明，各施工區域均能可靠接收差分信號和衛星信號，精度在±1m內，符合施工定位的規範要求。
4.2 抓揚式挖泥船採用GPS進行施工定位將GPS天線固定在駕駛室前面的抓斗吊架頂端（抓斗中心對上去的位置），將電臺差分天線固定在駕駛臺頂上，將電子羅經置於駕駛室內，並使電子羅經方向與駕駛室平面中軸線方向一致（即電子羅經方向代表駕駛室左右移動的平面方向），將電腦和GPS主機設在駕駛室內駕駛員能清楚看到顯示器裡面的圖像的地方，從電腦主機上接l臺顯示器置於船體後方，以便負責移錨的船員能夠根據電腦顯示器裡面的電子圖形進行移錨校正船位，再將GPS和電子羅經接上電腦主機串口，打開電腦的導航軟體，並將開挖計劃線編好，使導航軟體進入測量狀態。移船定位時，將駕駛室前的抓斗吊架置於船體正前方，測電子圖形中的小船的中軸線代表抓斗船船體平面中軸線方向，十字中心代表吊架頂端GPS天線的平面位置即抓斗中心的平面位置。抓揚式挖泥船沿著已定開挖行挖泥前進，則電子圖形中的小船中軸線方向與開挖行的計劃線的中線方向一致，且十字中心在計劃線的中線如發生偏離，移錨人員應鬆緊錨纜將船位糾正。施工挖泥時，駕駛員可通過電子圖形觀察抓泥時抓斗移動的動態位置和排鬥的間距。駕駛員通過觀察電子圖形中小船移動的方向，距離以及十字中心的坐標來辨別挖泥船的施工和移位狀況。
4.3 絞吸式挖泥船利用GPS進行定位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需要定船頭絞刀的位置，也要定船尾主鋼樁的位置。如果只定絞刀的位置，鋼樁偏了會產生超挖和漏挖；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採用2條GPS天線，不用電子羅經。將l條GPS天線固定在駕駛室前A字架的頂端，l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轉換器後，再接入GPS主機（GPS主機只能接收l條GPS天線的信號，不能同時接收2條GPS天線的信號，計算出2個點的坐標，通過信號轉換器可選擇接收其中任l條GPS天線的信號）。將電臺差分天線固定在駕駛室頂，電腦置駕駛室內駕駛員可以清晰看到顯示器裡面圖像的地方。絞吸船施工時主要給絞刀定位。
（1）由於趕進度，原出運碼頭後方回填頂層部分（約4～5m厚）回填開山石含泥量較大，且未經過碾壓，造成1個地方的臺車梁在出運沉箱時產生沉降引起滑道板變形，從而引起臺車輕微受損，有幾個輪子由滾動變為滑動，使沉箱出運遇到一點麻煩，後來把1段（6m）滑道板拆卸下來，在下面鋪1層砂漿調整到設計高程後，才解決了這個問題。
（2）底胎模設計高程確定，臺車高度及千斤頂行程沒有綜合考慮。由於千斤頂的行程最大為20cm ，而臺車放在滑道上的高度比混凝土底胎模高16～17cm ，僅有3～4cm的富餘量。另外由於頂升沉箱時有些千斤頂混凝土基礎可能下沉1～2cm ，再加上軌道梁施工頂高程的偏差，造成有幾個沉箱在頂升時需分2次頂升才能使臺車進入沉箱底部，影響了出運的進度。
（3）在出運過程中，在頂升最後1個沉箱時其中1個千斤頂坑基礎產生沉降，一受力就往下沉降，經多次不斷加碎石墊平處理，仍無法解決問題。後經研究，把這個千斤頂放在軌道上進行頂升，雖然臺車未能完全進入沉箱底，存在臺車受力不均而變形的風險，但最後還是成功了，後分析千斤頂基礎下沉的原因，主要是因為基礎下面原是1條舊水溝，施工時基礎處理不深入造成的。
5、結 語
（1）臺車出運沉箱施工操作比較簡單，技術比較成熟。
（2）利用臺車出運沉箱，關鍵是解決軌道梁設計及基礎的施工，防止出運時軌道梁產生沉降變形，另外千斤頂基礎亦應處理好，避免下沉。
（3）沉箱預製底胎模高程設計應綜合考慮臺車的高度及千斤頂的行程，預留一定的富餘量，避免2次頂升。
查看絞刀是否挖到邊線，偶爾檢查鋼樁是否偏離中線。將各部件連接後，打開電腦中的導航軟體，將開挖行的中線，邊線計劃線設置好。給鋼樁定位時，接收船尾鋼樁GPS天線的信號，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的距離和坐標。施工時要求主鋼樁位於開挖線的中線上給絞刀定位時，接收A字架頂端上GPS天線的信號。由於位於水下面絞刀的平面位置與A字架頂端的平面位置不一樣，施工前需要計算出開挖到邊線時兩者平面位置之差。通過修改電子圖形中開挖行邊線的計劃線（即電子圖形中的小船十字中心到達邊線計劃線時，船舶絞刀也同時挖到開挖行的邊線）或者查看偏航窗口中的偏航距離來消除此誤差。駕駛員通過觀看電子圖形中小船與計劃線的位置來控制船舶施工。