北斗卫星导航技术在公路工程建设中的应用解析

2018-12-11苏晋东

山西建筑 2018年32期

关键词：路段北斗压实

苏晋东

(山西路桥第一工程有限责任公司，山西太原 030006)

0 引言

作为地区区域综合建设的命脉，采用了北斗卫星导航技术的公路工程建设勘察工作压力及作业强度有所减缓，工程建设效率有所提高，且它打破了传统GPS的技术垄断地位，在定位精度上已经无限接近于GPS-Ⅱ指标，在我国高速公路工程应用上发挥了巨大作用。

1 北斗卫星导航技术

1.1 北斗卫星导航技术的系统组成

北斗卫星导航系统是我国独立研发的新型定位技术，在2000年逐步完成实验系统构建，并在2012年开始在亚太地区大部分地区正式提供大面积覆盖定位服务。目前我国的北斗系统按照“三步走”发展战略稳步推进展开，其中第一步为试验系统、第二步为区域导航系统、第三步为全球覆盖目标实现，第三步预计将在2020年实现。

从北斗卫星导航系统的组成来看，它就包括了空间段、地面段、用户段三大部分。其中空间段包含由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星所组成的卫星群，它们是系统定位的关键基础；地面段则包含了中控站、监测站以及注入站，专门负责进行数据处理，为用户生成并传递报文文件，是系统的核心中枢；用户段则兼容北斗终端系统，专门负责捕捉卫星信号，全面解算定位对象位置并获取动态信息。

1.2 北斗卫星导航系统相比GPS综合定位系统的技术优势

我国北斗卫星导航系统作为新研发的定位技术系统相比于传统GPS存在应用技术优势。首先它的定位精度优于10 m，测速精度可控制在0.2 m/s左右，还拥有较高的授时精度(50 ns)，这相比于GPS民用C/A码目的提高了12 ns左右。

在覆盖范围方面，北斗导航系统已经完全覆盖中国全境甚至是其他周边国家地区，基本做到了中国境内无缝覆盖以及与它国的无缝连接。在抗干扰能力方面，北斗在我国境内明显比GPS表现良好，信号强度更高。

在有源与无源结合体制方面，北斗拥有专门的导航定位系统、授时系统以及短报文通信系统，三大系统功能集于一体，在定位实现位置共享报告方面有利于监控指挥技术发挥，这也是GPS所不具备的技术功能。

总体来看，北斗系统作为我国自主研发的系统在中国境内的安全稳定性与抗干扰能力方面均表现出色，且性价比较高，在当前的高速公路工程建设领域中，北斗发挥了极大功能作用[1]。

2 实际工程建设的北斗技术实践应用

2.1 工程概况

本高速公路工程以太原东二环高速公路为背景，其施工路段为凌井店到龙白段，目前已经全线开工建设，预计在2020年完工并正式通车。整个工程项目路段整体为南北走向，路线全长为33.199 km，公路路段拥有双向六车道，设计时速为100 km/h，其中还存在多个高速公路十字交叉点。

2.2 工程建设问题与数字化施工设备系统选择

该路段工程建设存在诸多问题，例如它在软基处理方面就存在检测不全面、监测指标无法量化、计量方式精度偏低且施工数据报告滞后等等问题。

而在路基填筑方面则采用传统推土机粗平、平地机精平等等施工工艺完成整平作业，在整体控制方面难以做到均匀准确，特别是在路基施工中不能保证施工方向与设计方向一致，其中会设置一条中线，方便控制施工方向，在设置过程中未能严格控制中线偏位现象，导致偏位超过路基施工标准，造成返工。

在刷坡方面，该路段希望摒弃传统的挖机粗略刷坡技术，而是采用人工精准修整方式进行刷坡作业。考虑到刷坡过程环节较多且必须由测量员进行人工检测，人工检测不但容易造成较大误差、影响施工质量而且成本较高(特别是在精平阶段)，因此要对刷坡测量技术加以改善，以有效控制施工成本，同时把握施工质量精准控制。

综上所述，为了满足上述公路路段工程建设施工技术要求，该工程全线划分为6个标段，围绕项目施工过程中所存在的工程难点率先提出了三大数字化施工设备，它们分别为：北斗TX63挖掘机无桩化施工引导系统、北斗TD63推土机无桩化施工引导系统以及北斗TC63路基连续压实管理系统。

2.3 数字化施工基本思路

东二环高速工程施工路段采用数字化施工，其施工技术不仅仅局限于对网络信息的有效交换，还在技术手段中合理运用自然资源和工地资源，实施全方位的信息有效收集，实现信息管理与共享，全面提高施工工地运作效率。在该路段施工中，就希望结合计算机、GNSS、传感器、全站仪等等技术实现工程机械可控化与数字化要求，达到机械指导人施工的科技标准效果，优化施工质量。

2.4 施工项目技术应用——对北斗TX63挖掘机无桩化施工引导系统的应用

在太原东二环项目施工过程中是存在大量的边坡工程的，其边坡施工精度要求在5 cm～10 cm左右，整体来讲对挖掘机操作技术人员的要求相对偏高，而且需要至少6人同时展开施工才能完成。在应用北斗TX63以后，只需要事先制作电子数据并导入系统，这一环节就能节省一名施工技术引导人员。而在施工中还配套使用到LS7道路放检系统，可再节省一名检核测量人员，且能够将道路放检精度控制在2 cm～3 cm以内，解决夜晚无法施工的问题，全面降低安全风险与劳动强度，提高整体工作效率。

2.5 对北斗TD63推土机无桩化施工引导系统的应用

如图1所示，该工程项目中还应用到了北斗TD-63推土机无桩化施工引导系统，它其中包括了挖斗传感器、小臂传感器、大臂传感器、车身传感器、显示屏、定位主机以及定位定向天线等分支结构，主要用以解决道路施工中所存在的路基整平难点问题。新的TD63系统同样需要在前期做好电子数据并导入系统，如此可保证工程测量精度被控制在2 cm～3 cm以内，且完全免除平地机技术操作，也不需要提前打桩放样。整个路基整平施工中只需要一名推土机驾驶员和一名测量检核人员，可大幅度减少人员及时间投入，提升施工效率与施工质量，且施工中不受夜晚光线影响，可做到24 h不间断施工。

2.6 对北斗TC63路基连续压实管理系统的应用

工程中还采用了北斗TC63路基连续压实管理系统，该系统主要针对施工中路基压实环节所存在的检测不全面、施工控制缺乏严谨性以及全天候监测不到位等等问题。在应用TC63系统过程中，可完全实现智能化自动化施工质量管控，将传统结果控制转化为实时过程控制，实现工程施工成果溯源。再一点，在施工中可结合系统平台与客户端实现对施工项目中压实轨迹、厚度、速度以及压实遍数的实时数据有效输出，全面引导压实作业顺利推进，确保压实质量均匀性，做到对施工检测合格率的有效提高，缩短检测周期。综合上述各个系统平台，该路段在施工中还运用到了信息化管理平台，平台中可实时动态显示施工设备的具体位置与工作速度，并能够进行历史录像回放，主要通过颜色差异直观了解压路机本身的工作状况，同时了解施工现场情况，有效降低返工风险出现可能性。在系统后台平台还能为施工流程生成施工报告，总结一段时间内的施工工作情况。例如在平台上就能集成并生成路面信息化平台，支持多台压路机在线联动，分析相关技术内容[2]。

3 实际工程建设的北斗技术实践应用效益分析

本工程以TX63挖掘机无桩化施工引导系统为例对本工程使用北斗后的整体效益进行简单分析。除上文所提到的在系统定位精度与使用便捷程度方面更胜一筹且大量节省人力物力与时间外，TX63系统对比传统挖掘机在同等工作量方面效率提升100%，可至少节省一名引导员的人工支出，一个月的施工量可在半月完成，相比传统施工在费用支出上节省35 000元左右。

另外，在采用TX63系统进行挖机刷坡后采用RTK检测，其测量数据精度也有所提高，RTK实测高程基本相比设计高程在测量精度差值方面可保证在0.01～0.03范围内[3]。