GPS 定位抛石在长江防洪抢险中的应用

2010-06-12李益进王冬梅

中国水利 2010年18期

李益进，吴杰，陈辉，王冬梅，胡宁

（1.南京市长江河道管理处，210011，南京；2.江苏省水利科学研究院，210037，南京）

经过几十年的努力，我国对洪水、河道演变以及工程施工、抢险技术等方面的研究和实践已达到了较高的水平。随着国民经济的发展和科学技术的进步，国家对防洪抢险的反应速度和施工效率提出了更高要求。平顺抛石护岸是汛期崩岸、塌江等紧急险情的常用治理方法之一，采用GPS定位抛石使得抛石护岸抢险工作效率得到了较大提高，为抢险赢得了宝贵时间。

一、传统抛石定位工艺流程及存在的问题

平顺抛石护岸是在沉排护岸基础上发展起来的，在实践中形成了以定位船垂直水流测量定位、装石船按船图排挡抛石的施工方法。为确保抛石护岸施工的定位准确、抛投均匀、快速高效，经过不断的实践与摸索，制定了施工工艺流程：抛前水下地形测量→施工单元格划分→测量、放样→定位船定位→装石船定位→抛投块石→定位船移位→装石船定位→抛投块石(循环至抛石工程结束)→竣工→水下地形测量。

在传统的抛石护岸工程施工中，首先在岸上放样出断面花杆和交汇花杆的位置，再采用六分仪后方交汇定位方法对抛石定位船进行定位，为确保抛石的均匀性，定位船要不断地进行移位。传统的抛石护岸工程存在以下问题：前期准备工作量较大，要花费大量时间和人力进行控制测量和断面放样等工作；施工受地形和天气等外界因素约束较大；为确保抛石的均匀性，施工过程中要不断进行移位，依靠传统定位手段效率较低；六分仪的定位精度相对GPS定位精度很低。

二、定位船GPS定位工作原理

随着DGPS定位技术运用越来越广泛，运用全球卫星定位系统（GPS）进行高精度实时定位成为可能。南京市长江河道管理处为提高抛石护岸的施工精度和效率，寻求新的定位方法，开发了“抛石船GPS导航定位系统”，并成功运用在护岸工程中。

定位工作原理是在定位船船顶固定两台GPS天线，并测量出天线和定位船的相对位置。GPS接收机与计算机连接，定位软件读取GPS天线坐标数据，并根据天线与定位船的相对关系将定位船显示出来，软件调取抢险施工区域的施工设计图和水下地形图，并将施工图划分成单元格。施工过程中根据定位船与施工单元格的偏差数据和直观位置关系来指挥定位船移位，当偏差小于阈值时便可进行抛石施工。抛石过程中实时对定位船位置进行监控，并实时记录偏移数据，当偏差较大时发出警告进行移位。定位工作原理见图1。

三、系统硬件及软件开发

1.系统硬件配置

本系统GPS采用高精度MX 421信标机两台套，DGPS定位精度优于1 m（RMS），IMO 授权，具备 NMEA 0183 （Ver.3.0）接口，RAIM、DGPS 灵巧天线接收机。在DGPS模式下使用RTCM改正数据时，发布优于亚米级的定位精度，具有2个独立的NMEA串口并具备一台2个串口486以上计算机。

2.软件系统开发

系统采用VB编写主程序，软件具有友好的交互界面和便捷的操作性，运用VC++编制动态连接库来读取GPS传输的信息并完成不同坐标系之间的数据转换，调用地理信息软件MapInfo控件MapX作图形接口，充分发挥其地图显示、编辑、查询、存取等操作功能。程序实现的主要流程及运行步骤见图2。

图2 程序实现的主要流程及运行步骤

四、利用GPS进行抢险抛石定位施工的优点

1.提高抛石抢险施工定位精度

本系统采用MX 421高精度DGPS灵巧天线，DGPS定位精度优于1 m（RMS），远远大于六分仪定位精度，而且不需要进行测量控制、外业放样，减少了施工环节，从一定程度上降低了测量初差产生的概率。在施工过程中软件将施工设计图、水下地形图和定位船实时直观地显示出来，实现了“所见即所抛”。

2.受自然条件的影响小

GPS依靠卫星信号来定位，GPS测量不要求通视，因此在抛石抢险施工过程中不受风、雾及昼夜的影响，只要能够正常接受GPS卫星信号且气候符合施工条件即可进行施工。这对汛期崩岸、塌江抢险意义重大。

3.提高了施工效率和社会效益

GPS的应用使艰苦复杂的测量外业放样工作变为室内操作，大大降低了劳动强度。抛石抢险施工中仅需打开计算机，调入设计图和水下地形图，根据定位软件计算的偏差指挥定位船移位、定位，便可进行抛石，定位船每艘班可减少测工2人，为重大抢险施工中作业船舶的全天候施工提供了技术支持，大大提高了船舶利用率和工作效率。本系统成功应用于2008年汛期长江南京天河口段度汛应急工程，抛石施工效率由原来3 000 m3/d提高到 5 000 m3/d，大大缩短了应急工程的施工工期。