GPS 在疏浚船舶施工定位中的应用

李 夏

（中港疏浚有限公司，上海 200136）

0 引言

对于疏浚船舶施工来说，测量工作是重中之重，无论是在水道疏浚工程的开展之前，还是在疏浚施工的完工以后，都需要进行准确严谨的水下地形测量。因为水下地形复杂且人们并不熟悉，所以船舶在疏浚的过程中需要准确导航，保证所疏浚的路程按照计划实行。而掌握每时每刻的水下地形情况，是使施工进度快速进行的关键所在。然而在传统的定位仪器测量当中，速度慢、效率低的情况层出不穷，无法展现疏浚工作的重要意义。但随着GPS 技术逐渐走进大众视野，已经让疏浚船舶施工定位更加精准、严格。

1 GPS 定位的概念及意义

1.1 GPS 的出现

GPS 被称为全球定位系统，因为美国国防部要达到军事的目标，所以建立了此种卫星定位系统，保证在海陆空三军当中都能够发挥出导航定位的重要作用。在不断的改进以及使用当中，GPS 技术已经得到各界认可，它不仅能够满足军事以及各个领域用户的使用要求，并且在极大程度上改变了传统导航不精准与定位困难的情况。GPS 已经成为第3 大空间计划，以GPS 卫星、地面监控以及GPS 接收机为主要核心，协调配合以构成GPS 技术。而目前GPS 卫星和地面监控这两部分，都是由美国军方进行控制，只有接收机在用户的手中得以使用。

1.2 GPS 定位的精准程度

测试码、导航电文和波长很短的载波这3 种信号都是由GPS 卫星所播发出来的。测距码和载波使用的范围很广泛，可以单独或者相互配合进行导航定位，并且能够使接收机将接收的信号分为测码定位接收机以及测相定位接收机2 种形式。测码定位接收机以及测相定位接收机的精准程度不太相同，测码定位接收机可以依据型号的不同，将精准程度分为十米极、米极、亚米级等形式，而侧相定位接收机则可以使精准程度达到毫米级，完全将GPS 定位的精度展现得淋漓尽致。不但GPS 接收机可以改变定位的精度，而且GPS 的观测方法也能从一定程度上使定位更加精准化[1]。改变观测方法来提高精准度，也可以进一步地改革与更新。单点定位、差分GPS 定位、相对定位等测量方法都需要仪器在静止状态下进行观测，精度也可以随着观测时间的变化而更加精准，完全能够满足于测量定位的标准。但这些测量方法，都是在测后数据处理的基础上，才能够准确地提供定位的结果，无法展现测量的实时性，因此RTK 测量逐渐得到重视。RTK 测量是一种实时动态的定位测量方法，能够实时监控测量区域的动态发展状况，还能够将测量的精准达到厘米级，目前它已经成为水下测量、疏浚定位检测必不可少的测量方式。

2 GPS 在疏浚船舶施工定位中的具体应用

2.1 全面控制测量严谨程度

GPS 系统正确的应用方式，需要各个步骤都严谨合理的配合，在水下实时测量之前，控制测量是十分重要的。控制测量的有效完成需要依附GPS 技术，从建立GPS 控制网开始，打造出最为完善的高精度控制点，使得测量是GPS 参考站设置能够达到标准并且符合需求。依据科学方法，GPS 参考站与移动站之间最为严谨的距离应该是在15～20 km，但理论上的研究并不适用于实际情况的需求，因为地形以及电磁环境质量等各个方面影像的出现，导致在现实生活中GPS 参考站与移动站之间的距离缩短为5～7 km 最为合适。控制测量需要依据实际的环境因素，进行实时的创新变革，根据不同的标准，可以将WGS84 坐标建立成为控制网，并且能够更为快捷的在坐标系的辅助中完成测量工作，在一些有国家坐标已知点的测区中，运用GPS 控制网有效的连接国家网已知点，真正实现控制网以及地方坐标系之间的合理转变，全面控制测量的严谨以及精确程度，实现GPS 技术的合理应用。

2.2 疏浚船舶的导航

疏浚工程在水上正式施工的过程中，疏浚船舶起到非常重要的作用，其必须合理的按照设计好的疏浚路线航行，将所测量的误差降低到最小，避免一些不标准、不严谨的情况发生[2]。而将GPS 技术运用其中，就可以从一定程度上规范疏浚船舶的导航路线，完善疏浚施工过程的严谨程度。定义航线以及航行中的实时导航功能，在一般的情况下都存在于实时动态的GPS 当中。在进行测量工作之前，需要将疏浚的范围按照一定的模式进行规划，明确各个航线的起始点，规定疏浚船舶的行驶路线。在正式施工作业的过程中，GPS 要准确把握疏浚船舶的实时位置，并且更为精准的用同行以及数据的方式，来展现船舶的位置以及坐标方向，准确地指正船舶与预定航线出现的位置偏差，让疏浚船舶能够以最短的时间、最高的效率，再次行走在正确的航线之中。利用计算机一级比较专业的导航软件，也可以为疏浚船舶进行实时导航，让船舶的驾驶员能够更有针对性、更有方向性的形式在正确的航线上。不仅如此，疏浚船舶在挖掘阶段，也应该准确的把握疏浚船舶的方向和需要挖掘的方位，这样才能够使挖掘更为精准，更有效率，因此使用GPS 技术，就可以让疏浚船的挖掘工作更有方向性的进行。

2.3 GPS 与回声测探系统配合检测疏浚效果

GPS 与回声测深系统合理的协调配合，能够更有效的检测疏浚过程的效果以及质量。自动化的测深系统由GPS、回声测深仪、计算机以及导航软件构成，利用此系统配合GPS定位实时监测，能够准确的测量三维坐标和各个测量点的维持以及高程，但是GPS 所测量得到的高程属于大地高，而正常高才是符合工程中最常用的高程系统，所以必须将大地高转化为正常高，而水底高程的准确得出，是由高程减去测深仪测得的水深和测深仪深入的深度而得到的。而准确地使用软件导航功能，就能够辅助测深系统已预定的断面为依据，完美测量出水下地形的动态变化趋势，以最为精准的角度来了解疏浚工程实施的状况[3]。计算机的控制工作在此系统中发挥着重要作用，无论是数据的储存处理，还是GPS 和测深仪的测量，这些都需要运用计算机技术，才能够精准的完成。最为震撼的一点是，外业测量数据能够在测量完毕后，以图的形式展现出来，并且全方位提供出各个点的水深以及断面则发展状态，以最为直观的方式来监测到疏浚的施工效果。

2.4 GPS 与水下多波束测深系统配合检测疏浚效果

水下多波束测深系统有一段历史意义，它早在20 世纪90 年代就出现在水下地形测量技术的范畴之内。它与回声测深仪有着很大的区别，水下多波束测深系统是利用声学换能器技术以及回声信号处理技术要合理配合，来展现技术的高度突破状态。水下多波束的换能器具有十分重要的作用，它能够在同一时间将100 数以上的声波投入到水中，并且有效的控制声波频率在数百千赫兹左右，按照扇形模式发射到水下。换能器一般存在于船舶的底部，当疏浚船舶作业的过程中，很大范围的水深数据都可以被有效的检测下来，让测量进度以及质量都有了大幅度的提升[4]。水下多波束也能够合理监测船体因各种因素造成的测量误差，保证定位施工的准确程度。多波束系统的功能远远不止如此，它的实时软件能够为疏浚工程带来更为先进的测量方式。例如，它可以将测量区域绘制成三维立体图等高线图等形式，全方面为船舶提供准确的水下作业信息。而且计算体积的功能，更让疏浚与挖掘工作变得异常简便，在最大的程度上提高了疏浚测量的效率以及质量。

3 结语

疏浚工程在施工的过程中，由于受到水下地形的环境限制，使得测量的结果与正常标准有所偏差，让定位工作的实行难上加难，直接影响到工程开展的效果。而GPS技术的应用，可以从根本上解决这类问题，GPS 在疏浚船舶施工定位中的合理应用，能够全面地提供疏浚船舶在水下作业的信息，因此，国家以及社会都在高度关注GPS 在数据传输定位中的应用模式。