GPS在疏浚工程中的应用

金彤

摘 要：通过实践论述GPS卫星定位系统在疏浚工程中的工作方法。通过对GPS的特点、绞吸式挖泥船的介绍，让大家更进一步的了解GPS这项技术在疏浚工程中的应用。

关键词：GPS；疏浚工程；绞吸式挖泥船

GPS：利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。定位原理：GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。

GPS 的特点：（1）全球地面连续覆盖由于GPS卫星数目较多，且分布合理，所以地球上任何地点，均可连续的同步接收到至少5颗卫星，从而确保了全球、全天候连续的三维定位。（2）功能多、精度高。GPS可为各类用户连续地提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息。（3）实时定位。利用全球定位系统导航，可以实时地确定运动目标的三维位置和速度，由此即可保障运动载体沿预定航线运行，也可实时地监视和修正航行路线，以及选择最佳的航线。

疏浚：为疏通、扩宽或挖深河湖等水域，用人力或机械进行水下土石方开挖工程疏浚工程广泛应用于：①开挖新航道、港口和运河。②浚深、加宽和清理现有航道和港口。③疏通河道、渠道，水库清淤。④开挖码头、船坞、船闸等水工建筑物基坑。⑤结合疏浚进行吹填造地、填海等工程。⑥清除水下障碍物。

绞吸式挖泥船：是利用转动的绞刀绞松河底土壤，与水泥混合成泥浆，经过吸泥管吸入泵体并经过排泥管送至排泥区的工程船舶。

GPS在疏浚工程中的应用

近些年来，在松花江内河水域进行的疏浚工程中，均采用GPS技术用于定位和测量，这主要是基于疏浚的特殊性。GPS应用于疏浚挖泥船，从工程施工角度而言，有如下优点：

（1）准确，可靠和高效率的平面定位。

（2）大范围水下施测优势更为明显。水下测量要求能够实时得到水面上的三维位置即X，Y，H，在进行水下地形测量时，水面上的高程值减去测深仪的水深数据值（h）就得到水下的高程，从而可做进一步的水下地形图，数学表达式为水下高程Hs=H-h。疏浚工程中河底泥层分布范围大且不均匀。要准确地实施水下测量，做到不欠挖，不漏挖，不超宽，不超深，采用GPS比采用常规仪器就更具优越性。

（3）及时动态可见。驾驶台可以放置一台电脑实时监控，并可随时电脑成图，绘制出已疏挖的平面范围和泥层厚度。

（4）操作简便。GPS测量的自动化程度高，对于静态只需单一按键即可，动态仅需流动站跑点，其三维坐标数据实时输出。

（5）全天候作业。GPS测量可以在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气的影响。这一点特别适合夜间挖泥船疏挖施工。

在这里以龙浚17绞吸式挖泥船为例，简单说一下GPS在疏浚施工定位方面的应用。首先在某一已知坐标点上设立基准站，然后在施工船舶上设立移动站。绞吸式挖泥船是沿着以钢桩为圆心，船体为半径的弧线挖泥的。绞吸式挖泥船施工时需要定位船头绞刀的位置，也要定位船尾主钢桩的位置。如果只定绞刀的位置，钢桩偏了会产生超挖和漏挖；如果只定钢桩的位置，无法辨别绞刀是否挖到边线。绞吸式挖泥船施工定位采用2条GPS天线，将1条GPS天线固定在驾驶室前A字架的顶端，1条GPS天线固定在近主钢桩的地方，将2条GPS天线的另一端接上信号转换器后，再接入GPS主机（GPS主机只能接收1条GPS天线的信号，不能同时接收2条GPS天线的信号，计算出2个点的坐标，通过信号转换器可选择接收其中任1条GPS天线的信号）。绞吸船施工时主要给绞刀定位。查看绞刀是否挖到边线，偶尔检查钢桩是否偏离中线。将各部件连接后，打开电脑中的导航软件，将开挖行的中线，边线计划线设置好。给钢桩定位时，接收船尾钢桩GPS天线的信号，电子图中小船的十字中心代表钢桩的位置，通过电脑屏幕可以知道钢桩移动的距离和坐标。施工时要求主钢桩位于开挖线的中线上。给绞刀定位时，接收A字架顶端上GPS天线的信号。由于位于水下面绞刀的平面位置与A字架顶端的平面位置不一样，施工前需要计算出开挖到边线时两者平面位置之差。通过修改电子图形中开挖行边线的计划线（即电子图形中的小船十字中心到达边线计划线时，船舶绞刀也同时挖到开挖行的边线）或者查看偏航窗口中的偏航距离来消除此误差。将电台差分天线固定在驾驶室顶，挖泥船施工作业前打开电脑的测量导航软件，使测量导航软件进入测量状态。驾驶员在电脑显示器中能清楚看到挖泥船实时动态位置及坐标、偏离计划线距离，负责移锚的船员根据电脑显示器的电子图形及时、准定进行移锚修正船位。利用GPS卫星定位配合回声测深仪进行水深测量，成图软件绘制水深图，并对水深图进行检查分析，将浅点的水深点数据导入测量导航软件中，在电脑直观显示浅点位、水深值，挖泥船根据浅点位置进行补挖达到设计要求。GPS测量可以在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气的影响，施工船舶可24小时分班进行施工作业，为工程项目按期完工创造有利条件，减少技术人员投入，节约施工成本，提高工程经济效益。

结束语

将GPS技术应用到航道疏浚工程中是工程技术进步的体现，由该技术在工程实际施工中发挥的作用可知，未来其更可以深入到航道开发与利用的更多领域中。■