高濟輝

[摘 要]星站差分定位系統(tǒng)通過海事衛(wèi)星發(fā)布差分信息進行位置修正，在近幾年海洋工程建設上得到廣泛的應用。本文主要從星站差分定位系統(tǒng)的組成，性能，工程應用三個方面進行了論述，結(jié)合海洋工程導管架安裝項目、海管鋪設項目的導航定位工作，對其實際應用進行了介紹。

[關(guān)鍵詞]星站差分定位系統(tǒng)；導航定位；導管架安裝

中圖分類號：P631.8；P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）17-0394-01

1.引言

隨著海洋工程的大力開發(fā)，海洋工程建設對導航定位工作的要求也更高，從最初的米級精度到現(xiàn)在的分米級、厘米級精度。因為海洋工程施工區(qū)域距離岸邊很遠，所以為海洋工程提供導航定位工作無法像陸地測量一樣自己建立RTK基準站或者使用CORS網(wǎng)絡。普通岸基差分定位只能提供米級以上的定位精度，隨著與差分臺距離的增加精度逐漸降低，在遠海作業(yè)時經(jīng)常無法收到差分信號。星站差分定位系統(tǒng)可以提供精度高、信號穩(wěn)定、全球范圍接收的差分信號，在近幾年海洋工程導航定位應用中發(fā)揮了重要作用。

2.系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)主要組成部分包括：參考站；控制中心；基準站；海事衛(wèi)星；用戶接收機；質(zhì)量控制軟件。

星站差分定位系統(tǒng)在全球建立了超過80個參考站，并在英國和新加坡?lián)碛袃蓚€控制中心?？刂浦行谋O(jiān)控通訊系統(tǒng)的整體性能，也能為用戶提供有關(guān)系統(tǒng)性能的實時信息，同時，具有開啟和關(guān)閉系統(tǒng)的權(quán)限。

星站差分定位系統(tǒng)在上海、深圳、首爾等地建有基準站。能提供分米級位置精度，滿足高精度海洋工程施工中的導航定位工作。

星站差分定位系統(tǒng)通過6顆高功率海事衛(wèi)星和1顆低功率衛(wèi)星發(fā)布信息。采用七顆海事衛(wèi)星進行信號廣播，其中四顆高頻的，三顆低頻的，為用戶提供高精度的數(shù)據(jù)備份。如圖1：

用戶接收機通過內(nèi)置的雙頻天線可以同時接收GPS和GLONASS衛(wèi)星信號，使用星站差分定位系統(tǒng)的差分信號時，其定位精度可以高達分米級，同時連接兩個天線頭時可以提供船舶艏向（表1）。

質(zhì)量控制軟件（VerifyQC）是一組為專業(yè)用戶開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件。它被設計用來提供實時的可靈活設置的位置信息以及性能監(jiān)控信息。該軟件具有模塊化和可擴展特性，同時用戶操作靈活簡便。Verify有很強的通信協(xié)議的兼容性，可以通過串口，TCP/IP和數(shù)據(jù)文件進行通信，不僅可以實時操作處理，而且也保留后處理模式的完備功能。

3.工程應用

3.1 設備安裝與校正

用戶接收機被安裝在從事工程作業(yè)的工程船上，根據(jù)現(xiàn)場情況將天線頭架設在遠離高大結(jié)構(gòu)物、雷達、高頻等區(qū)域，保證接收衛(wèi)星信號穩(wěn)定，兩個天線頭間距大于10米。在工作中需要知道兩個天線頭連線與船舶軸線的夾角，采用天文觀測方法使用全站儀測定夾角。

3.2 船型測量

作業(yè)船舶的位置確定，是以船艉中心位置為基點。在導航定位軟件當中輸入作業(yè)船舶的長度、寬度、即可以建立起以船艉中心為坐標原點，以船艏向為X軸正向，以平行于右舷方向為Y軸正向的自定義坐標系統(tǒng)，然后測量GPS天線位置及船舶所有錨纜孔、吊機中心、設站點及其他需要使用的關(guān)鍵點在該坐標系統(tǒng)的坐標值，并輸入在導航定位軟件中。

導航定位軟件自動接收質(zhì)量控制軟件輸出的高精度位置數(shù)據(jù)，并經(jīng)過坐標投影計算出天線位置的實時平面坐標，結(jié)合實時船艏向，推算出船艉中心、錨纜孔、設站點或作業(yè)船舶上任意一點的平面坐標，從而滿足作業(yè)船舶在不同位置進行定位工作的需要。導航定位軟件進行轉(zhuǎn)換的公式如下：

XP=XGPS+（X1-X0）×Cos （H船）-（Y1-Y0）×Sin（H船）

YP=YGPS+（X1-X0）×Sin （H船）+（Y1-Y0）×Cos（H船）

式中：

XP，YP：船上任意一點P的實時坐標；

XGPS，YGPS：GPS天線的實時坐標；

X0，Y0：GPS天線的船型坐標；

X1，Y1：船上任意一點P的船型坐標；

H船：作業(yè)船的實時艏向。

3.3 導管架精確定位

當導管架就位時，在工程船左舷設站點上架設全站儀，使用全站儀觀測導管架與工程船之間的相對位置，并通過數(shù)據(jù)電纜把觀測數(shù)據(jù)實時傳送至導航定位軟件中，經(jīng)過計算后，在定位軟件上實時顯示導管架當前的實際位置與設計位置的偏差。指揮人員根據(jù)偏差值調(diào)整導管架的位置，當實際位置與方位符合設計要求后，導管架座底。待注水完成后，定位人員對導管架的位置再次測量，確定滿足設計要求后打點記錄導管架的位置。

3.4 導航插樁作業(yè)

導管架的裙樁套筒在水面以下，裙樁套筒與鋼樁之間的縫隙只有0.5米。使用星站差分定位系統(tǒng)的高精度位置數(shù)據(jù)可以引導鋼樁快速、準確的插入裙樁套筒中。

根據(jù)導航軟件的動態(tài)信息，確定吊機中心至裙樁套筒的距離和方向，并根據(jù)施工船舶吊機的跨距覆蓋能力調(diào)整船位。在船位穩(wěn)定之后，以吊機中心坐標為基點，定點導航至指定裙樁套筒，在導航軟件中實時顯示兩點間的坐標方位角和平面距離。項目指揮人員根據(jù)已知坐標方位角和平面距離指揮吊機攜鋼樁轉(zhuǎn)動，在吊機攜鋼樁轉(zhuǎn)動接近指定裙樁套筒之后，下放鋼樁。如圖2：

3.5 海管鋪設導航定位

動力定位海管鋪設船在海管鋪設時要根據(jù)GPS提供的位置信息設定移動路線，船上各種傳感器根據(jù)當時的海況、流速流向、船舶狀態(tài)等信息自動計算各個推進器運轉(zhuǎn)功率，將作業(yè)船移動到指定位置。星站差分定位系統(tǒng)可以提供準確、穩(wěn)定的GPS位置信息，為作業(yè)船正常工作提供保障。

管線鋪設過程中，定位人員在導航定位軟件中將作業(yè)船對中站的位置設置為主工作點，海管著泥點設置為輔工作點，兩個工作點作為偏航參考點。軟件實時顯示工作點的位置、工作點偏離設計管線路由的距離、船艏偏離設計管線路由方向的角度。操作人員根據(jù)軟件上所顯示的偏航數(shù)據(jù)進行移船以修正偏航值，保持工作點在管線設計路由允許偏差范圍內(nèi)。

4.結(jié)論

隨著海洋工程的發(fā)展，施工區(qū)域已經(jīng)由離岸幾十公里發(fā)展到幾百公里，作業(yè)水深也已到達幾百米，對導航定位的要求越來越高。星站差分定位系統(tǒng)經(jīng)過近幾年在海洋工程上的應用已經(jīng)得到了業(yè)主的廣泛認可，在海洋工程上的應用將會越來越普遍。

參考文獻

[1] 從軍.GPS導航定位技術(shù)在海洋工程中的應用[J].中國科技博覽，2015