李益進，吳 杰，陳 輝，王冬梅，胡 寧

（1.南京市長江河道管理處，210011，南京；2.江蘇省水利科學(xué)研究院，210037，南京）

經(jīng)過幾十年的努力，我國對洪水、河道演變以及工程施工、搶險技術(shù)等方面的研究和實踐已達到了較高的水平。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，國家對防洪搶險的反應(yīng)速度和施工效率提出了更高要求。平順拋石護岸是汛期崩岸、塌江等緊急險情的常用治理方法之一，采用GPS定位拋石使得拋石護岸搶險工作效率得到了較大提高，為搶險贏得了寶貴時間。

一、傳統(tǒng)拋石定位工藝流程及存在的問題

平順拋石護岸是在沉排護岸基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在實踐中形成了以定位船垂直水流測量定位、裝石船按船圖排擋拋石的施工方法。為確保拋石護岸施工的定位準(zhǔn)確、拋投均勻、快速高效，經(jīng)過不斷的實踐與摸索，制定了施工工藝流程：拋前水下地形測量→施工單元格劃分→測量、放樣→定位船定位→裝石船定位→拋投塊石→定位船移位→裝石船定位→拋投塊石(循環(huán)至拋石工程結(jié)束)→竣工→水下地形測量。

在傳統(tǒng)的拋石護岸工程施工中，首先在岸上放樣出斷面花桿和交匯花桿的位置，再采用六分儀后方交匯定位方法對拋石定位船進行定位，為確保拋石的均勻性，定位船要不斷地進行移位。傳統(tǒng)的拋石護岸工程存在以下問題：前期準(zhǔn)備工作量較大，要花費大量時間和人力進行控制測量和斷面放樣等工作；施工受地形和天氣等外界因素約束較大；為確保拋石的均勻性，施工過程中要不斷進行移位，依靠傳統(tǒng)定位手段效率較低；六分儀的定位精度相對GPS定位精度很低。

二、定位船GPS定位工作原理

隨著DGPS定位技術(shù)運用越來越廣泛，運用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）進行高精度實時定位成為可能。南京市長江河道管理處為提高拋石護岸的施工精度和效率，尋求新的定位方法，開發(fā)了“拋石船GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)”，并成功運用在護岸工程中。

定位工作原理是在定位船船頂固定兩臺GPS天線，并測量出天線和定位船的相對位置。GPS接收機與計算機連接，定位軟件讀取GPS天線坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并根據(jù)天線與定位船的相對關(guān)系將定位船顯示出來，軟件調(diào)取搶險施工區(qū)域的施工設(shè)計圖和水下地形圖，并將施工圖劃分成單元格。施工過程中根據(jù)定位船與施工單元格的偏差數(shù)據(jù)和直觀位置關(guān)系來指揮定位船移位，當(dāng)偏差小于閾值時便可進行拋石施工。拋石過程中實時對定位船位置進行監(jiān)控，并實時記錄偏移數(shù)據(jù)，當(dāng)偏差較大時發(fā)出警告進行移位。定位工作原理見圖1。

三、系統(tǒng)硬件及軟件開發(fā)

1.系統(tǒng)硬件配置

本系統(tǒng)GPS采用高精度MX 421信標(biāo)機兩臺套，DGPS定位精度優(yōu)于1 m（RMS），IMO 授權(quán)，具備 NMEA 0183 （Ver.3.0）接口，RAIM、DGPS 靈巧天線接收機。在DGPS模式下使用RTCM改正數(shù)據(jù)時，發(fā)布優(yōu)于亞米級的定位精度，具有2個獨立的NMEA串口并具備一臺2個串口486以上計算機。

2.軟件系統(tǒng)開發(fā)

系統(tǒng)采用VB編寫主程序，軟件具有友好的交互界面和便捷的操作性，運用VC++編制動態(tài)連接庫來讀取GPS傳輸?shù)男畔⒉⑼瓿刹煌鴺?biāo)系之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，調(diào)用地理信息軟件MapInfo控件MapX作圖形接口，充分發(fā)揮其地圖顯示、編輯、查詢、存取等操作功能。程序?qū)崿F(xiàn)的主要流程及運行步驟見圖2。

圖2 程序?qū)崿F(xiàn)的主要流程及運行步驟

四、利用GPS進行搶險拋石定位施工的優(yōu)點

1.提高拋石搶險施工定位精度

本系統(tǒng)采用MX 421高精度DGPS靈巧天線，DGPS定位精度優(yōu)于1 m（RMS），遠遠大于六分儀定位精度，而且不需要進行測量控制、外業(yè)放樣，減少了施工環(huán)節(jié)，從一定程度上降低了測量初差產(chǎn)生的概率。在施工過程中軟件將施工設(shè)計圖、水下地形圖和定位船實時直觀地顯示出來，實現(xiàn)了“所見即所拋”。

2.受自然條件的影響小

GPS依靠衛(wèi)星信號來定位，GPS測量不要求通視，因此在拋石搶險施工過程中不受風(fēng)、霧及晝夜的影響，只要能夠正常接受GPS衛(wèi)星信號且氣候符合施工條件即可進行施工。這對汛期崩岸、塌江搶險意義重大。

3.提高了施工效率和社會效益

GPS的應(yīng)用使艱苦復(fù)雜的測量外業(yè)放樣工作變?yōu)槭覂?nèi)操作，大大降低了勞動強度。拋石搶險施工中僅需打開計算機，調(diào)入設(shè)計圖和水下地形圖，根據(jù)定位軟件計算的偏差指揮定位船移位、定位，便可進行拋石，定位船每艘班可減少測工2人，為重大搶險施工中作業(yè)船舶的全天候施工提供了技術(shù)支持，大大提高了船舶利用率和工作效率。本系統(tǒng)成功應(yīng)用于2008年汛期長江南京天河口段度汛應(yīng)急工程，拋石施工效率由原來3 000 m3/d提高到 5 000 m3/d，大大縮短了應(yīng)急工程的施工工期。

五、結(jié) 語

運用GPS定位拋石，防洪搶險施工工作效率得到了較大提高，但是拋石搶險效果究竟如何，還要通過水下地形測量分析比較才可得知。下一步計劃在定位船上設(shè)置滑道，架設(shè)多波束測深系統(tǒng)，一個斷面施工結(jié)束后隨拋隨測，通過分析軟件掌握拋石搶險效果，及時調(diào)整設(shè)計，進一步提高搶險施工效率，為沿江經(jīng)濟發(fā)展提供保障。

[1]陳俊勇，胡建國.建立中國差分GPS實時定位系統(tǒng)的思考[J].測繪工程，1998（1）.

[2]左偉.GPS技術(shù)及其在導(dǎo)航電子地圖中的應(yīng)用[J]. 地圖，2001（4）.