广西新港湾工程有限公司 广西防城港 538000
摘要：目前我国海洋开发水平逐渐提升，为了满足对沿海用地的需求，围海造陆工程等出现的越来越多，港口建设也得到了一定的发展，而港口施工规模较大，对施工区域规划利用精确度要求较高，GPS定位技术于其中发挥了重要作用。本文主要从主要从精度、效率方面分析GPS定位技术在港口工程测量中的应用及与其他测量手段互为补充。
关键词：GPS定位技术；港口工程测量；基槽开挖；堆载预压地基加固
港口工程施工区域较大、所涉专业较多，因为地形及施工需要，必须在海上与陆地布设或测量好控制点，为疏浚、水工结构、陆域形成地基处理、道路堆场以及给排水、电气、通讯、土建、导助航等专业工种提供精准的平面和高程控制，但因实际测量中控制点之间的区域较远，水陆各种环境地貌复杂，特别是水上难有就近的控制点，为了有效的解决测量难题，GPS定位技术应用在港口工程测量中，并结合全站仪水准仪等工具作校正，能较好保证测量数据的准确性，为工程质量控制提供重要的数据基础。
一、GPS定位技术简介
GPS定位技术的系统构成设备为：空间部分、用户设备部分、地面控制部分。
GPS的空间部分是包含24颗分布在平均高度20200km的6个55°倾角轨道上、11h58min运行周期的卫星星座，卫星相当于距离后方交会的已知坐标点，向用户发送L1（1575.42MHZ）、L2(1227MHZ)两种载波频率的无线电定位信号。
GPS用户设备的构件为：GPS接收机（移动站、基准站等）、数据处理软件及相应用户设备（如计算机等仪器）所组成。GPS接收机能够跟踪卫星并捕获其信号并处理，由此求出GPS接收机的三维坐标、速度与时间。
GPS地面控制部分的构成为：主控站、注入站以及监测站。主要是观测GPS卫星数据信息、计算出相关参数，并编制为导航电文，再将导航电文出送到卫星储存器中。
二、GPS定位技术特点及应用场景
（一）GPS定位技术优势
GPS定位技术在港口工程测量中相较其他测量手段，具有较多优势：一是测量采点定位较为灵活，不受场地通视条件与否所限制，这在复杂的港口施工环境中尤为重要；二是在定位时精准度较高，如一般的GPS RTK实时动态测量三维坐标其误差在厘米级，在施测范围内能有效避免如水准仪经纬义等光学仪器造成的累积误差影响；三是操作相对简单、方便快捷，施测人员往往可以在几秒时间内掌握控制点信息；四是因其自动化程度提高，测量成果电子化处理，节省人力物力。五是时间及季节变化对GPS定位技术的测量不会产生限制，可以全天进行测量作业。
（二）GPS定位技术的局限
根据《水运工程测量规范》(JTS 131-2012)所规定“四等及其以下也可采用GPS高程测量”，其精度可满足四等及以下水准测量、以及平面位置厘米级精度的需要，虽然说其可用于水运工程水工建筑物的施工定位，但是GPS定位技术在港口工程测量中实际应用的局限，如下几点必须要注意的：一是GPS RTK使用拟合高程时，超出其拟合高程模型范围往外推比如向海域方向推进时往往精度会下降；二是其纯几何的高程异常拟合方法在大地水准面起伏较大的山区精度会不足[1]；三是GPS测量在天线所在天空被遮挡严重或高压线附近则信号受极大影响，我们实践发现：若GPS移动站接收机处于高压电线底下或附近则所测三维坐标偏差至不可用。
（三）GPS定位技术在港口工程中应用场景
就用户设备部分于港口工程测量具体应用而言，毫米级平面精度的GPS静态测量一般应用于导线控制网点布设，厘米级三维精度的GPS RTK实时动态测量可较多地应用于疏浚、水工结构、陆域形成地基处理等方面的如基床抛石整平、沉箱安装等，至于亚米级精度的GPS信标定位，较常用于定位精度要求不高的项目比如疏浚时对一些表面覆盖泥层的绞吸、开挖等。
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三、港口工程测量中GPS定位技术的一些具体应用
（一）利用GPS定位技术布设控制网
因为GPS定位技术的特点，就控制网布设而言其适应性更强，网形的构造相对简单，对待测点的疏密及边的长短选择自由度更高，所布设的网点精准度高，其网点不用担心累积误差，不受通视与否及距离限制，均可以实现连接，让原本不通视的点位之间实现灵活补点搭接实现通视，还能避免天气状况对外业施测造成的影响。但是GPS定位技术的特点及其使用条件等因素会对其造成一定限制，如前所述，一是虽然利用GPS定位技术测设平面控制网精度较高，而所得GPS拟合高程易受山区起伏地形高程异常影响、以及确定几何内插法拟合系数的GPS网范围之外外推测量时其高程精度损失过大[1]；二是港口工程测量中受工程成本及使用条件场所等限制（比如在高大建筑物或高压线底下附近）。所以在实际中应与传统的测量工具相结合，即利用全站仪、水准仪等常用的测量工具，特别是利用水准高程或三角高程测量成果对GPS拟合高程进行校核，对包括在起伏山地区及临水边控制点的水准高程测设，以有利于山地及水上作业高程控制的精准，而这些传统测量仪器需要实现点位之间的通视，尤其在对控制网进行布设过程中，点位之间若不能实现通视会严重影响测量工作的顺利开展。特别是控制网较为大型时，若点位之间不能通视，会对控制网的精度及强度造成严重影响，从而对一些建筑物的精度造成影响。所以在港口工程测量过程中，GPS控制网布设虽然不受通视条件限制时，也应尽可能保证较多的点位之间形成通视。
（二）利用GPS定位技术对基槽开挖允许偏差的控制与检验
就基槽开挖的允许偏差的两项控制中，一个是要对水下开挖岩面底标高的控制（如允许偏差±0.5m），另一个是要对每边开挖宽度的控制（如允许偏差±1.5m）。上两项允许偏差值控制中，前者采取措施主要是针对开挖时实时的海上潮位（或水位高程）信息的掌握以及由此计算开挖深度，来配合经验熟练的挖机操作手对抓斗钢丝缆下放深度的控制；后者采取主要措施是针对施工作业的挖泥船必须具有较高的定位定向精度，即涉及到了平面开挖位置即宽度控制。
比如我们在钦州港大榄坪泊位工程的基床水下岩面开挖和整平工程中，对挖泥船应用GPS定位技术，首先要求它的GPS定位、定向的精确性，具体措施是一用GPS流动站校核邻近码头控制点回到船上后校对，对定向的把控是采用双GPS进行定位定向，对于若只用一个GPS定位天线配合精度相对不足的水罗盘定向的挖泥船，则规定每次大幅移船作业后均需要将船上GPS定位天线顺船纵向前后移动，记录其前后移动两坐标，“两点定一线”量出其船体纵向角度，确保船工作斗位不因罗经误差或受干扰致使方向偏差超出允许值，保证了对开挖宽度的控制；对于实时水位的控制，则是通过附近岸上码头边水尺及GPS RTK实时动态的水位高程相对照实时潮位，计算确定开挖深度后于抓斗钢缆标刷好尺度，由有经验挖机手操作开挖，对这些初步开挖后的岩面高程用测深水砣每5米一个断面、每断面相隔2~3米打测一个点的水深，普遍偏差值都在±0.3m之内或左右。故准确的测量及控制施工平面位置和标高，配合适当的施工手段，能够将水流或波浪等水域施工所产生的影响降到最低，确保施工的精准性。
（三）GPS定位技术在堆载预压地基加固工程中的应用
堆载预压地基加固工程包括场地平整、铺设土工织物、填筑砂垫层、陆上打设塑料排水板、堆载预压、强（普）夯 6 项分项工程。主要施工顺序亦按以上排列顺序进行。就场地平整至设计标高来说，其工序在吹填区于凉晒之后、地基处理施工之前进行，根据《水运工程测量规范》(JTS 131-2012)对吹填施工测量的规定：“10.7.3.4 吹填区内测量的点位中误差不应大于图上 2mm; 高程测量误差不应大于50mm。”对场地平整至设计标高的测量，就GPS RTK实时动态厘米级精度的测量成果来说，完全可以满足上述规范要求，并且与传统经纬仪、全站仪、三角高程和水准高程测量相比，其测采点相较快捷迅速方便，不受通视条件及气候条件所限制[2]，比如在海口马村港二期扩建工程的堆载预压地基加固工程中，我们既用到GPS定位技术，也同时用了全站仪及水准仪进行校核观测来互补对比，证明其精度与可靠性能达到相关标准。
结束语：
综上所述，将GPS定位技术应用于港口工程测量中，还包括基床抛石、夯实、沉箱安装等工序都可灵活使用，能够有效的节省人力、物力，克服环境条件的限制，节约施工投入成本，提升测量效率。但港口工程具有一定的特殊性，在应用GPS定位技术过程中应根据实际的施工情况，如对GPS高程拟合必须注意GPS网形之外外推到无控制点海域时其高程精度的损失、以及在起伏地形高程异常的拟合方法，要与传统测量方法有机结合、相互校核对比，来保证测量数据的准确性。
参考文献：
[1]马迁，朱继文.GPS 水准高程拟合精度分析[J].煤炭技术，2001，2（01）.
[2]张林,倪志明.GPS RTK 技术在吹填工程沉降观测中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2011(22).
论文作者:陈猛棠
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/30
标签：测量论文; 高程论文; 工程论文; 精度论文; 技术论文; 港口论文; 偏差论文; 《防护工程》2019年第4期论文;