GPS 在疏浚船舶施工定位中的應用

李 夏

（中港疏浚有限公司，上海 200136）

0 引言

對于疏浚船舶施工來說，測量工作是重中之重，無論是在水道疏浚工程的開展之前，還是在疏浚施工的完工以后，都需要進行準確嚴謹的水下地形測量。因為水下地形復雜且人們并不熟悉，所以船舶在疏浚的過程中需要準確導航，保證所疏浚的路程按照計劃實行。而掌握每時每刻的水下地形情況，是使施工進度快速進行的關鍵所在。然而在傳統的定位儀器測量當中，速度慢、效率低的情況層出不窮，無法展現疏浚工作的重要意義。但隨著GPS 技術逐漸走進大眾視野，已經讓疏浚船舶施工定位更加精準、嚴格。

1 GPS 定位的概念及意義

1.1 GPS 的出現

GPS 被稱為全球定位系統，因為美國國防部要達到軍事的目標，所以建立了此種衛星定位系統，保證在海陸空三軍當中都能夠發揮出導航定位的重要作用。在不斷的改進以及使用當中，GPS 技術已經得到各界認可，它不僅能夠滿足軍事以及各個領域用戶的使用要求，并且在極大程度上改變了傳統導航不精準與定位困難的情況。GPS 已經成為第3 大空間計劃，以GPS 衛星、地面監控以及GPS 接收機為主要核心，協調配合以構成GPS 技術。而目前GPS 衛星和地面監控這兩部分，都是由美國軍方進行控制，只有接收機在用戶的手中得以使用。

1.2 GPS 定位的精準程度

測試碼、導航電文和波長很短的載波這3 種信號都是由GPS 衛星所播發出來的。測距碼和載波使用的范圍很廣泛，可以單獨或者相互配合進行導航定位，并且能夠使接收機將接收的信號分為測碼定位接收機以及測相定位接收機2 種形式。測碼定位接收機以及測相定位接收機的精準程度不太相同，測碼定位接收機可以依據型號的不同，將精準程度分為十米極、米極、亞米級等形式，而側相定位接收機則可以使精準程度達到毫米級，完全將GPS 定位的精度展現得淋漓盡致。不但GPS 接收機可以改變定位的精度，而且GPS 的觀測方法也能從一定程度上使定位更加精準化[1]。改變觀測方法來提高精準度，也可以進一步地改革與更新。單點定位、差分GPS 定位、相對定位等測量方法都需要儀器在靜止狀態下進行觀測，精度也可以隨著觀測時間的變化而更加精準，完全能夠滿足于測量定位的標準。但這些測量方法，都是在測后數據處理的基礎上，才能夠準確地提供定位的結果，無法展現測量的實時性，因此RTK 測量逐漸得到重視。RTK 測量是一種實時動態的定位測量方法，能夠實時監控測量區域的動態發展狀況，還能夠將測量的精準達到厘米級，目前它已經成為水下測量、疏浚定位檢測必不可少的測量方式。

2 GPS 在疏浚船舶施工定位中的具體應用

2.1 全面控制測量嚴謹程度

GPS 系統正確的應用方式，需要各個步驟都嚴謹合理的配合，在水下實時測量之前，控制測量是十分重要的。控制測量的有效完成需要依附GPS 技術，從建立GPS 控制網開始，打造出最為完善的高精度控制點，使得測量是GPS 參考站設置能夠達到標準并且符合需求。依據科學方法，GPS 參考站與移動站之間最為嚴謹的距離應該是在15～20 km，但理論上的研究并不適用于實際情況的需求，因為地形以及電磁環境質量等各個方面影像的出現，導致在現實生活中GPS 參考站與移動站之間的距離縮短為5～7 km 最為合適。控制測量需要依據實際的環境因素，進行實時的創新變革，根據不同的標準，可以將WGS84 坐標建立成為控制網，并且能夠更為快捷的在坐標系的輔助中完成測量工作，在一些有國家坐標已知點的測區中，運用GPS 控制網有效的連接國家網已知點，真正實現控制網以及地方坐標系之間的合理轉變，全面控制測量的嚴謹以及精確程度，實現GPS 技術的合理應用。

2.2 疏浚船舶的導航

疏浚工程在水上正式施工的過程中，疏浚船舶起到非常重要的作用，其必須合理的按照設計好的疏浚路線航行，將所測量的誤差降低到最小，避免一些不標準、不嚴謹的情況發生[2]。而將GPS 技術運用其中，就可以從一定程度上規范疏浚船舶的導航路線，完善疏浚施工過程的嚴謹程度。定義航線以及航行中的實時導航功能，在一般的情況下都存在于實時動態的GPS 當中。在進行測量工作之前，需要將疏浚的范圍按照一定的模式進行規劃，明確各個航線的起始點，規定疏浚船舶的行駛路線。在正式施工作業的過程中，GPS 要準確把握疏浚船舶的實時位置，并且更為精準的用同行以及數據的方式，來展現船舶的位置以及坐標方向，準確地指正船舶與預定航線出現的位置偏差，讓疏浚船舶能夠以最短的時間、最高的效率，再次行走在正確的航線之中。利用計算機一級比較專業的導航軟件，也可以為疏浚船舶進行實時導航，讓船舶的駕駛員能夠更有針對性、更有方向性的形式在正確的航線上。不僅如此，疏浚船舶在挖掘階段，也應該準確的把握疏浚船舶的方向和需要挖掘的方位，這樣才能夠使挖掘更為精準，更有效率，因此使用GPS 技術，就可以讓疏浚船的挖掘工作更有方向性的進行。

2.3 GPS 與回聲測探系統配合檢測疏浚效果

GPS 與回聲測深系統合理的協調配合，能夠更有效的檢測疏浚過程的效果以及質量。自動化的測深系統由GPS、回聲測深儀、計算機以及導航軟件構成，利用此系統配合GPS定位實時監測，能夠準確的測量三維坐標和各個測量點的維持以及高程，但是GPS 所測量得到的高程屬于大地高，而正常高才是符合工程中最常用的高程系統，所以必須將大地高轉化為正常高，而水底高程的準確得出，是由高程減去測深儀測得的水深和測深儀深入的深度而得到的。而準確地使用軟件導航功能，就能夠輔助測深系統已預定的斷面為依據，完美測量出水下地形的動態變化趨勢，以最為精準的角度來了解疏浚工程實施的狀況[3]。計算機的控制工作在此系統中發揮著重要作用，無論是數據的儲存處理，還是GPS 和測深儀的測量，這些都需要運用計算機技術，才能夠精準的完成。最為震撼的一點是，外業測量數據能夠在測量完畢后，以圖的形式展現出來，并且全方位提供出各個點的水深以及斷面則發展狀態，以最為直觀的方式來監測到疏浚的施工效果。

2.4 GPS 與水下多波束測深系統配合檢測疏浚效果

水下多波束測深系統有一段歷史意義，它早在20 世紀90 年代就出現在水下地形測量技術的范疇之內。它與回聲測深儀有著很大的區別，水下多波束測深系統是利用聲學換能器技術以及回聲信號處理技術要合理配合，來展現技術的高度突破狀態。水下多波束的換能器具有十分重要的作用，它能夠在同一時間將100 數以上的聲波投入到水中，并且有效的控制聲波頻率在數百千赫茲左右，按照扇形模式發射到水下。換能器一般存在于船舶的底部，當疏浚船舶作業的過程中，很大范圍的水深數據都可以被有效的檢測下來，讓測量進度以及質量都有了大幅度的提升[4]。水下多波束也能夠合理監測船體因各種因素造成的測量誤差，保證定位施工的準確程度。多波束系統的功能遠遠不止如此，它的實時軟件能夠為疏浚工程帶來更為先進的測量方式。例如，它可以將測量區域繪制成三維立體圖等高線圖等形式，全方面為船舶提供準確的水下作業信息。而且計算體積的功能，更讓疏浚與挖掘工作變得異常簡便，在最大的程度上提高了疏浚測量的效率以及質量。

3 結語

疏浚工程在施工的過程中，由于受到水下地形的環境限制，使得測量的結果與正常標準有所偏差，讓定位工作的實行難上加難，直接影響到工程開展的效果。而GPS技術的應用，可以從根本上解決這類問題，GPS 在疏浚船舶施工定位中的合理應用，能夠全面地提供疏浚船舶在水下作業的信息，因此，國家以及社會都在高度關注GPS 在數據傳輸定位中的應用模式。