GPS精确定位源代码 [GPS精确定位一次安装多块扭王字块体的应用研究]
【摘 要】采用GPS精确定位，制作专用吊具一次吊装多块扭王字块，吊钩自动脱钩，实现了扭王字块安装的精确定位、高效施工，保证了施工质量，取得了良好的经济效益。 【关键词】GPS精确定位；扭王字块安装；一次多块
1、工程概况
青岛市董家口港区位于青岛市南翼的胶南市辖区琅琊台湾，靠近青岛市与日照市分界线，行政区划于泊里镇。董家口港区近海自然水深平均-15米，距岸1000米水深可达-20米，是不可多得的天然优良深水港，港区规划面积70平方公里、临港产业区规划面积65平方公里，码头岸线长约35.7公里，泊位数112个，建成后总吞吐能力将达到3.7亿吨。中建筑港集团有限公司承建的董家口港区东防波堤项目堤身远离岸线三千多米，外侧海域水流较急，堤心在出水前堤身外侧就需要安装扭王子块体护面，由于远离岸线在一望无际的大海上传统定位方式定向、定位困难、水下安装还需要配备潜水员辅助安装，费用高、效率低，如采用传统方式安装，完全不能满足本项目的施工进度要求。
2、扭王字块安装定位方案的分析
2.1GPS精确定位和一次安装多块扭王字块体技术
GPS精确定位技术具体为：在安装船上一端安装GPS定向天线，起到定向左右；吊臂顶端安装定位天线起到定位作用，定向定位天线连接至安装船操作室计算机上，利用导航软件将安装船的位置显示在电脑上，事先根据设计图纸将导航数据设置在导航软件内，安装船根据自身的实时位置调节船位至安装点实施定位安装。每安装完毕一组块体，在工作软件上定标记录（事先在需要安装的区域根据每组块体的尺寸画好安装方格，安装后即可标注安装位置，做好施工记录），防止漏按，使施工进度一目了然，保证安装成型质量。
一次多块扭王字安装系统具体为：制作一套吊具，能够一次起吊3块扭王字块体，在定位安装后，能够实现在水下自动脱钩。然后再起吊安装。相比传统的单块吊装，潜水员水下安装就位摘钩工艺，安装效率能提高3倍。大幅度的提高效率、降低成本。
2.2卫星导航定位方法
目前RTK-GPS技术作为新一代的卫星导航定位方法，因其具备全天候、精度高、作用距离远、效率高的特点，与传统的测量方式相比有着巨大的优势，已被广泛的应用于各种工程测量之中。特别是水上施工定位（抛石，防波堤，沉箱安放，打桩等）、水下地形测量的广泛应用，使得GPS成为海上船舶定位必不可少的选择，极大的提高了工作效率，解决了常规仪器不能解决的问题。
2.2.1RTK-GPS技术原理
RTK-GPS实时动态定位技术是一项以载波相位观测为基础的实时差分GPS测量技术。其系统组成主要有GPS接收设备、无线电数据传输系统及支持实时动态差分的软件系统三个部分组成。具体做法是：在基准点上设置基准站，连续接收可见GPS卫星信号，并通过数据链电台实时地将测站坐标及观测数据传送到流动站。流动站在接收GPS卫星信号的同时，根据参考站传输来的数据，由软件系统根据相对定位的原理进行差分解算，实时的得出流动站的三维坐标。
2.2.2双GPS定位原理
在施工过程中对施工船采用双GPS定位的方式，是指在每艘施工船上安装两台双频GPS，其中一台作为主工作点定出船的相对位置，另一台结合主工作点定出船的方向。这样根据相对定位的原理，结合水上导航软件即可实时定出船身每一点在整个坐标系统的相对位置，并根据施工定位要求进行高精度作业。
鉴于当前RTK-GPS技术具有定位精度高、作用距离远、定位速度快、使用方便等优点，在起重船上安装定位导航设备协助人工块体安装船进行定位安装将大大提高安装定位效率。
3、安装方案
3.1测量控制网
首先根据本工程的实际情况布设满足施工要求的测量控制网。为了实现GPS对船舶的定位，在施工前要对GPS坐标进行比对校正，求出定位参数用于导航定位，使其精度满足工程需要。
3.2定位设备准备
准备一套分体式RTK在岸上合适位置架设连续运行基准站，配备无线电台数据链，将观测数据提供给水上安装船的流动站。（一台基准站可服务于多个安装船定位）
准备两套分体式RTK用于安装船安装，实时接收基准站和GPS卫星的信号将安装船的姿态实时显示。
准备一台台式电脑安装于控制室，用于安装导航软件，连接两套分体式RTK主机，施工技术人员导入安装图、指挥安装等操作。
准备一台显示器安装在操作室，方便起重设备操作人员定位安装。
3.3定位设备安装
在安装船（起重船）驾驶舱顶端安装GPS定向天线，起到定向作用；吊臂顶端安装定位天线起到定位作用，定向、定位天线通过电缆线连接至安装船控制室计算机上。
在安装GPS接收天线时要注意避开驾驶舱顶部大功率发射天线、雷达以及15°角以上的遮挡物，保证卫星信号接收质量。在吊臂顶端安装的GPS天线要考虑吊臂的俯仰角对天线水平角的影响，需设置悬挂装置，将GPS天线悬挂起来，使天线利用自身重力在工作时始终保持水平，以达到良好的接收效果。
全部硬件连接完成后，输入GPS参数和船型等参数，利用导航软件将安装船的位置显示在电脑上，事先根据设计图纸将导航数据（确定安装范围以及位置）设置在导航软件内。
3.4扭王字块体安装
本工程安装船采用两艘1700吨方驳，一次能装载100块左右扭王字块体，吊机采用100吨履带吊，制作专用吊具2套，一次可吊3块扭王字块体。
安装船操作人员根据安装船自身的实时位置调节船位至安装点实施定位、安装。每安装完毕一组块体，在工作软件上定标记录。事先在需要安装的区域根据每组块体的尺寸画好安装网格，安装后即可标注安装位置，做好施工记录，防止漏按，使施工进度一目了然，保证安装成型质量。
安装船定位时保持船身与防波堤垂直，扭王字块体在装船时要摆放整齐，便于吊具下方3块扭王字挂钩方便，起吊时不至于相互碰撞摇摆严重影响定位质量。起吊后通过吊具两端两根定位缆绳调整一排3块块体的方向使之平行与防波堤轴线方向。定位准确后吊机下放吊具沉入水中，扭王字块体触底后自动脱钩。
4、检查验收
在安装完毕一段落后，采用水下摄像头连续拍摄，全面检查一遍，对于漏按部位进行处理，保证最终成型质量。
5、结语
通过在东防波堤工程扭王字块安装施工过程中的应用，取得很好的效果，2011年10月开工到目前3万多块扭王字全部安装结束，验收合格，不仅满足安装质量要求，而且施工效率大大提高，对于整个项目的按期完工起到了至关重要的作用，并且取得了良好的的经济与社会效益。
两套安装系统总投资为80万元。安装完成后，两套GPS以及配套计算机、软件可以通用。如果采用传统的单块吊装，潜水员水下安装就位摘钩工艺，需6条安装船同时作业才能满足工期要求，同时增加配备潜水组6组。多增加的4条安装船组和潜水组，半年费用约为600万，经济效益相当显著，而且减少了潜水员水下作业的安全风险。
参考文献
[1]交通部.水运工程测量手册.北京:人民交通出版社，2000
[2]张瑜.RTK测量技术及应用.江苏省测绘学会2003学术年会专辑,2003:47-49
[3]JTJ203—2001 水运工程测量规范
[4]GBT 18314-2009 全球定位系统(GPS)测量规范