□丁富軍（河南省水利第一工程局）

一、工程概況

南四湖湖內(nèi)治理工程位于山東省濟(jì)寧市境內(nèi)，工程包括南四湖湖內(nèi)淺槽工程和泗河治理工程兩大部分。南四湖湖內(nèi)淺槽工程的主要任務(wù)是在一期湖內(nèi)清障工程的基礎(chǔ)上，在阻水嚴(yán)重的湖內(nèi)卡口地段開(kāi)挖4條淺槽，清除卡口地段蘆葦和人為障礙，降低糙率，改善南四湖行洪條件，提高行洪能力，有效降低南四湖洪水位，使上級(jí)湖來(lái)水盡快南下，將南四湖防洪標(biāo)準(zhǔn)由目前的20年一遇提高到50年一遇。工程建成后與東調(diào)南下其他工程一道，發(fā)揮總體效益，以保證南四湖湖區(qū)和湖東、湖西濱湖地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生命財(cái)產(chǎn)的防洪安全，促進(jìn)流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。沂沭泗河洪水東調(diào)南下續(xù)建工程南四湖湖內(nèi)工程（淺槽一、淺槽二）工程3標(biāo)段為淺槽二0+000～2+300段疏浚工程，挖槽設(shè)計(jì)底寬500m，底高程30.79m，設(shè)計(jì)疏浚(挖泥船施工)開(kāi)挖總土方262.3萬(wàn)m3，河南省水利第一工程局共投入2艘350m3/h絞吸式挖泥船。

南四湖是我國(guó)第六大淡水湖，也是北方最大的淡水湖，形狀狹長(zhǎng)，西北—東南走向，南北長(zhǎng)約125km，東西寬約5～25km，最窄處僅5km；南四湖屬于淺水型湖泊，湖內(nèi)葦草、魚(yú)塘等眾多，開(kāi)挖區(qū)離岸太遠(yuǎn)，采用常規(guī)的測(cè)量方法難度比較大，根據(jù)這一特殊的施工環(huán)境，施工人員選擇采用GPS進(jìn)行測(cè)量放樣。

二、GPS測(cè)量簡(jiǎn)介

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) (G1oba1Positioning System簡(jiǎn)稱GPS)，是以人造地球衛(wèi)星為觀測(cè)對(duì)象的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)能為用戶提供精密的三維空間坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)物體的三維速度和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，具有全球性、連續(xù)性和全天候的功能。它由導(dǎo)航星座、地面臺(tái)站和用戶定位設(shè)備3部分組成。導(dǎo)航星座是由24顆位于地球上空約20000km軌道上衛(wèi)星網(wǎng)所組成，它們分布在6個(gè)不同的軌道面上，這6個(gè)軌道面與赤道面傾角為55°。軌道相互間隔120°，相鄰軌道面鄰星相位差為40°，運(yùn)行周期為11h58min，衛(wèi)星網(wǎng)的這種布置格局保證了在地球上任何地點(diǎn)任何時(shí)刻至少能同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，最多時(shí)可觀測(cè)到11顆衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航信號(hào)，實(shí)現(xiàn)三維精確定位。衛(wèi)星發(fā)射有3種信號(hào)，即精密的P碼(廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域)、非精密的捕獲碼C/A(用于民用方面)和導(dǎo)航電文。地面臺(tái)站由一個(gè)主控站、5個(gè)監(jiān)控站組成。主控站根據(jù)各監(jiān)控站觀測(cè)到的數(shù)據(jù)計(jì)算出每顆衛(wèi)星的軌道等數(shù)據(jù)，注入到各衛(wèi)星存儲(chǔ)器。用戶定位設(shè)備即GPS接收機(jī)，由天線、信號(hào)識(shí)別和處理裝置、微機(jī)操作板、指示器、數(shù)據(jù)存貯器、精密振蕩器、電源等六大部分組成，其主要功能是接收衛(wèi)星播發(fā)的信號(hào)并利用本身的偽隨機(jī)噪聲碼取得觀測(cè)量以及內(nèi)含衛(wèi)星位置和鐘差改正信息的導(dǎo)航電文，然后計(jì)算出接收機(jī)的三維坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)速度。我國(guó)測(cè)繪等部門(mén)10多年的使用表明，GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，成功地應(yīng)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、工程變形監(jiān)測(cè)、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測(cè)繪領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命。

相對(duì)于經(jīng)典測(cè)量學(xué)來(lái)說(shuō)，GPS測(cè)量主要有以下特點(diǎn)：

一是測(cè)站之間無(wú)需通視。測(cè)站間相互通視一直是測(cè)量學(xué)的難題，GPS這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈活方便，但測(cè)站上空必須開(kāi)闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號(hào)不受干擾。

二是定位精度高。一般雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5mm+1ppm，隨著距離的增長(zhǎng)，GPS測(cè)量?jī)?yōu)越性愈加突出。

三是觀測(cè)時(shí)間短。采用GPS布設(shè)一般等級(jí)的控制網(wǎng)時(shí)，在每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在1～2h左右，采用快速靜態(tài)定位的方法，觀測(cè)時(shí)間更短。

四是提供三維坐標(biāo)。GPS測(cè)量在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。

五是操作簡(jiǎn)便。GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高，在觀測(cè)中測(cè)量員的主要任務(wù)是安裝并開(kāi)關(guān)儀器、量取儀器高和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其它觀測(cè)工作如衛(wèi)星的捕獲、跟蹤觀測(cè)等均由儀器自動(dòng)完成。

六是全天候作業(yè)。GPS觀測(cè)可在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣狀況的影響。

三、GPS在湖區(qū)疏浚測(cè)量中的應(yīng)用

主要采用GPS靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)技術(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行控制測(cè)量、斷面測(cè)量、施工放樣等。

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位技術(shù)是以載波相位觀測(cè)值為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS(RTDGPS)技術(shù)，它是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，在工程測(cè)量中有廣闊的應(yīng)用前景。GPS靜態(tài)定位、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位等定位模式，由于數(shù)據(jù)處理滯后，所以無(wú)法實(shí)時(shí)解算出定位結(jié)果，同時(shí)無(wú)法及時(shí)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，這就難以保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，在實(shí)際工作中經(jīng)常需要返工來(lái)重測(cè)由于粗差造成的不合格觀測(cè)成果。解決這一問(wèn)題可通過(guò)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間來(lái)保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性，但這樣一來(lái)就降低了GPS測(cè)量的工作效率。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(RTK)系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站組成，建立無(wú)線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的保證，其原理是取點(diǎn)位精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，安置1臺(tái)接收機(jī)作為參考站，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，流動(dòng)站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù)，隨機(jī)計(jì)算機(jī)根據(jù)相對(duì)定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測(cè)量精度。這樣就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)待測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況，根據(jù)待測(cè)點(diǎn)的精度指標(biāo)，確定觀測(cè)時(shí)間，從而減少冗余觀測(cè)，提高工作效率。

動(dòng)態(tài)定位在疏浚工程中的應(yīng)用可以覆蓋原始斷面測(cè)量、施工放樣、監(jiān)理和GIS前端數(shù)據(jù)采集。RTK技術(shù)具有很大的優(yōu)點(diǎn)：整個(gè)測(cè)量過(guò)程在不需通視的條件下，測(cè)量1～3s，精度就可以達(dá)到10～30mm，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗(yàn)的厘米級(jí)精度的測(cè)量成果(包括高程)，有著常規(guī)測(cè)量?jī)x器(如全站儀)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)；徹底擺脫了由于粗差造成的返工，從而提高了GPS作業(yè)效率；作業(yè)效率高，每個(gè)放樣點(diǎn)只需要停留1～2s，流動(dòng)站小組作業(yè)1～3人即可進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，其精度和效率是常規(guī)測(cè)量所無(wú)法比擬的。

（一）控制測(cè)量

由于業(yè)主提供的測(cè)量控制點(diǎn)大都在開(kāi)挖區(qū)內(nèi)，這些控制點(diǎn)在施工過(guò)程中將會(huì)被破壞，需要重新布設(shè)測(cè)量控制點(diǎn)。具體步驟如下：

1.GPS點(diǎn)選址。調(diào)察業(yè)主提供的高等級(jí)GPS點(diǎn)以便進(jìn)行聯(lián)測(cè)。組織技術(shù)人員對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行初步勘察，查看沿線可選作GPS點(diǎn)的位置情況。選點(diǎn)要綜合考慮沿線地形地物、作業(yè)時(shí)衛(wèi)星狀況、精度要求等因素，盡量選擇設(shè)在開(kāi)闊、不易被破壞、便于尋找、便于工作及以后應(yīng)用的點(diǎn)位。

2.埋石。按勘測(cè)規(guī)范要求，埋選標(biāo)石，并現(xiàn)場(chǎng)做好點(diǎn)記。

3.架設(shè)GPS儀觀測(cè)。理論上GPS點(diǎn)觀測(cè)時(shí)只須在3個(gè)GPS點(diǎn)上架設(shè)GPS儀同時(shí)觀測(cè)即可確定這3個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)?？紤]到湖區(qū)疏浚測(cè)量本身的特點(diǎn)采用4臺(tái)GPS儀同時(shí)觀測(cè)4個(gè)GPS點(diǎn)，這樣可大大加快全線的測(cè)量速度。4個(gè)GPS點(diǎn)觀測(cè)的共同時(shí)間、有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)等應(yīng)滿足規(guī)范要求。在外業(yè)的觀測(cè)中規(guī)定觀測(cè)時(shí)間不得少于0.5h，有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)不少于4個(gè)。

4.GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理。外業(yè)觀測(cè)結(jié)束后將GPS中的數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)中，采用南方公司的軟件(包括采集器與計(jì)算機(jī)通訊軟件、基線向量處理軟件、網(wǎng)平差及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件)，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量分析，最終確定引測(cè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)。

（二）基準(zhǔn)站的設(shè)立

本工程基準(zhǔn)站選擇設(shè)在較開(kāi)闊且較高的項(xiàng)目部所在民用樓的三樓樓頂上，使基準(zhǔn)站發(fā)射的UHF信號(hào)有效控制整個(gè)工程施工區(qū)域，同時(shí)，還需盡量減少誤差。在設(shè)立基準(zhǔn)站時(shí)，采用4臺(tái)GPS進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量，測(cè)出所設(shè)基準(zhǔn)站的點(diǎn)位的坐標(biāo)。將基準(zhǔn)站設(shè)在該點(diǎn)上后，在移動(dòng)站到離施工區(qū)域最近和最遠(yuǎn)的已知點(diǎn)上進(jìn)行精度測(cè)試，結(jié)果表明，施工區(qū)域均能可靠接受差分信號(hào)和衛(wèi)星信號(hào)，精度符合有關(guān)規(guī)范要求。

（三）斷面控制樁放樣

根據(jù)施工圖紙挖槽中心線的坐標(biāo)，推算出各斷面控制樁點(diǎn)的坐標(biāo)。采用實(shí)時(shí)GPS測(cè)量，只需將斷面控制樁點(diǎn)的坐標(biāo)輸入GPS接收機(jī)中，系統(tǒng)就會(huì)定出放樣的點(diǎn)位。由于每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量都是獨(dú)立完成的，不會(huì)產(chǎn)生累積誤差，各點(diǎn)放樣精度趨于一致。

（四）橫斷面測(cè)量

首先將每個(gè)橫斷面的2個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)輸入GPS接收機(jī)中，設(shè)置GPS中的導(dǎo)航軟件，通過(guò)查看電子圖形中小船（小船的十字中心代表GPS天線的位置）與設(shè)計(jì)斷面線的位置或者查看偏航窗口中的偏航距離，移動(dòng)GPS天線的位置，消除測(cè)點(diǎn)與設(shè)計(jì)橫斷面的平面位置偏差，保證沿?cái)嗝娣较蜻M(jìn)行測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集完成后，通過(guò)繪圖軟件，可繪出各測(cè)點(diǎn)的橫斷面。整個(gè)作業(yè)過(guò)程全由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理。

（五）施工放樣

挖泥船施工采用分條開(kāi)挖的施工方法，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙推算出各分條中心線、邊線的坐標(biāo)，利用實(shí)時(shí)GPS系統(tǒng)進(jìn)行放樣，在河道挖槽中心線、開(kāi)挖邊線處設(shè)立樣標(biāo)，便于挖泥船定位及施工。

四、結(jié)語(yǔ)

沂沭泗河洪水東調(diào)南下續(xù)建工程南四湖湖內(nèi)工程（淺槽一、淺槽二）工程3標(biāo)段的施工中利用GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行控制測(cè)量、斷面測(cè)量、施工放樣，操作簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，極大地降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率，取得了良好的應(yīng)用效果。