浅谈GPS技术在疏浚工程中的应用

周世永 宁新龙

摘  要：随着时代的进步，科技的发展，测量技术逐渐进入高科技时代。本文通过工程实例来论述GPS技术在疏浚工程中的应用，通过对GPS定位原理、特点以及其在挖泥船的安装使用情况等的介绍，使大家对GPS技术在疏浚工程中的应用有了更进一步的了解，同时为相关工作者提供一定的参考。

关键词：GPS;绞吸式挖泥船;测量技术;疏浚工程

中图分类号：U616     文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）05-0000-00

1 GPS技术简述

1.1 GPS定位原理

GPS技术是利用交互定位原理，通过卫星测量出已知点位置到未知点的距离，然后综合多颗卫星数据参与解算，求出未知点的具体位置。卫星到未知点的距离通过信号传播的时间来测定，再乘以传播速度便可得出距离。

简单来说，小于高度截止角的低角度卫星会干扰测量位置的精度，接收机无法取得固定解，常遇到的问题就是接收机一直处于浮点解状态。我们适当调整高度截止角，屏蔽一些干扰的低角度卫星，可以适当提高取得固定解的概率，当然影响固定解的因素很多，并不能保证提高高度截止角就一定可以取得固定解，只是提高概率而已[1]。

1.2 GPS技术特点

（1）全球范围内连续覆盖，不管是美国的GPS卫星系统、俄罗斯的格洛纳斯卫星系统、欧洲的伽利略卫星系统还是我国的北斗卫星系统，它们的空间分布和运行时间都是通过精心设计的，在世界上任何地点任何时间都可以观测到至少四颗卫星，从而确保全球、全天候、连续不间断的三维定位。

（2）实现实时定位。GPS定位技术可以实时确定用户目标的三维坐标位置，实现实时定位。因此可以保证用户实现预设线路导航、实时监控、避开不利环境修正导航路线以及选择最佳的航行线路。

（3）功能多且精度高。GPS定位技术可以为用户连续提供动态目标的三维坐标位置、速度和时间信息;为静态目标提供较高的定位精度。随着科学技术的发展与提高，GPS定位技术也将会进一步得到提高和深化。

2 疏浚工程相关介绍

2.1 疏浚工程简介

疏浚工程就是利用挖泥船或其他机械设备以及人工配合完成的一种水下挖掘，为扩宽和挖深水域进行的土石方工程。

疏浚工程主要应用于：①新航道港口和运河的开挖;②码头、船坞等建设;③河道疏通水库清淤等;④挖深、扩宽和清理现有航道和港口;⑤清除水下障碍物⑥吹填造陆地、填海等工程。

2.2 关于绞吸式挖泥船

绞吸式挖泥船，是进行水下开挖的一种施工机械。其工作原理是用船首的各型绞刀将水下泥土绞切成泥水混合物，经离心式泥浆泵从水下吸入由排泥管系排送至弃土场地。

绞吸式挖泥船，以水力输泥，成本最低，疏浚后的槽底比较平整，生产过程中停工时间少，生产率大，辅助机具少，缺点是可吸挖的土壤受到限制，不采取一定措施，難以开挖石块或石质性土壤。

3 GPS技术在疏浚工程中的应用分析

利用GPS技术来测量定位，从应用情况来看，均取得良好应用价值，总结有以下优点：

（1）GPS定位技术可以准确、可靠、高效获得平面坐标位置。

（2）GPS技术实时的三维坐标数据比常规测量技术更具有优越性。水面高程减去测深仪的水深数据就可以得到水下高程。与设计高程进行比对，实时做到不欠挖，不漏挖，不超宽，不超深。

（3）操作简便，自动化作业程度高。三维数据可实时输出水下地形。

（4）对水下地形实时监控，动态可见。可随时掌握已疏浚的平面范围和挖泥厚度。

（5）全天候作业，不受天气影响，夜间仍可疏浚，施工作业不中断。

4 工程实例

我公司承接孟加拉国境内河道治理工程，该工程开挖区域狭小，呈不规则形状，部分水底设计高程呈坡面走向且设计要求精度高，为满足施工要求，高质量完成疏浚任务。项目部采用GPS定位技术和“德盛号”海狸3800挖泥船相互配合完成疏浚作业。

硬件及软件配置如下：

GPS接收机三台。一台用作岸上基准站，另外两台作为移动站安装在挖泥船上。

笔记本或台式电脑一台，需带COM串口。

铰刀头测深指示器一套。

HydroPRO水上导航施工测量专业软件一套。

选择双GPS进行测量定位，为了更好的掌控挖泥船在施工作业中的实时动态。这样既有定位又有定向，其测量精度远远高于单台GPS定位方法。

GPS设备架设步骤：首先在岸上已知点架设基准站。应选周围空旷，无干扰，无影响GPS信号的地方架设。然后在挖泥船上设立移动站。一台固定在驾驶室前段，一台固定在近主钢桩的地方。两台移动站尽量安装在船体中轴线上，否则需要角度改正。也可根据船体结构特征来确定安装位置，力求平稳牢固，上方无遮挡物。

绞吸式挖泥船是以钢桩为圆心，船体为半径的弧线形挖泥作业的。在挖泥作业时，我们既要知道铰刀的位置，也要知道定位钢桩的位置。若只知道铰刀的位置，那么钢桩的偏差会造成超挖或者漏挖;若只知道钢桩的位置，则我们无法确定铰刀是否挖到边线。

通过软件定义船形，在“船的方向”必须勾选“双GPS定位”，“船形定义”对话框中的“船宽”和“船长”是根据两GPS接收机天线来定义的，连线方向为“船长”，反之则为“船宽”。

确定好船形之后，建立船舶坐标系。平行于定位GPS指向的船的中轴线为X轴正方向，X轴顺时针90°为Y轴正方向，X轴与软件定义的船长方向的尾部交点为坐标原点0，根据船舶坐标系中象限位置来确定主工作点位置、辅工作点位置、定位GPS位置值。此外主工作点、辅工作点的位置可根据实际需要任意设置。

挖泥船在作业前打开电脑上的测量软件HydroPRO，使软件进入测量状态。驾驶员可以看到挖泥船的动态位置、当前坐标数据和偏离计划性的距离;移锚人员根据图形显示和驾驶员反馈进行移锚修正船位。

这样GPS定位系统就实现了对挖泥船的实时导航和测量放样定位功能，利用GPS和铰刀头测深器的配合，进行水深测量。通过测量成图软件绘制水深图，并对水深图进行检查分析，将欠挖数据导入导航软件中，挖泥船根据欠挖点位置进行补挖。

通过以上操作步骤，挖泥船操作人员就可以通过电脑屏幕视图显示进行开挖过程中平面范围和设计挖深的控制，实现挖泥船水下疏浚施工的可视化操作。

5 结语

由于GPS定位系统具有全天候作业优点，其一般不受天气影响，挖泥船在仪器设备安装和软件设置调试完成后，可持续作业分班疏浚，为项目如期完工创造了有利条件，避免以往频繁的测量放样工作，减少了技术人员的投入，节约了施工成本，提高了工程经济效益。

在工程竣工验收时，水下地形图成果完全符合规范要求，水下地形没有一处出现超欠挖现象。由此可见，GPS技术在疏浚工程中发挥着重要作用，在未来应用将更加深远，将会产生更大的技术效益和经济效益。

参考文献

[1]余锐.GPSRTK与数字测深集成技术在航道疏浚中的应用[J].测绘地理信息，2014，39（5）：47-49.

收稿日期：2020-04-02

作者简介：周世永（1963—），男，山西應县人，本科，工程师，主要从事测量管理工作。

Abstract：With the progress of the times and the development of science and technology， measurement technology has also entered the high-tech era. This article discusses the application method of GPS technology in dredging engineering through engineering examples. Through the introduction of GPS positioning principles， characteristics， and its installation and use in dredgers， let everyone know more about the application of GPS technology in dredging engineering. Further understanding， has a certain reference role.

Keywords：GPS;cutter suction dredger;survey technology;dredging engineering