□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，使上級湖來水盡快南下，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)開挖總土方262.3萬m3，河南省水利第一工程局共投入2艘350m3/h絞吸式挖泥船。

南四湖是我國第六大淡水湖，也是北方最大的淡水湖，形狀狹長，西北—東南走向，南北長約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、魚塘等眾多，開挖區(qū)離岸太遠(yuǎn)，采用常規(guī)的測量方法難度比較大，根據(jù)這一特殊的施工環(huán)境，施工人員選擇采用GPS進(jìn)行測量放樣。

二、GPS測量簡介

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) (G1oba1Positioning System簡稱GPS)，是以人造地球衛(wèi)星為觀測對象的無線電導(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)動物體的三維速度和標(biāo)準(zhǔn)時間，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個不同的軌道面上，這6個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)任何時刻至少能同時觀測到4顆衛(wèi)星，最多時可觀測到11顆衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航信號，實(shí)現(xiàn)三維精確定位。衛(wèi)星發(fā)射有3種信號，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。地面臺站由一個主控站、5個監(jiān)控站組成。主控站根據(jù)各監(jiān)控站觀測到的數(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)星存儲器。用戶定位設(shè)備即GPS接收機(jī)，由天線、信號識別和處理裝置、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)的信號并利用本身的偽隨機(jī)噪聲碼取得觀測量以及內(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)動速度。我國測繪等部門10多年的使用表明，GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點(diǎn)，成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測繪領(lǐng)域帶來一場深刻的技術(shù)革命。

相對于經(jīng)典測量學(xué)來說，GPS測量主要有以下特點(diǎn)：

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

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，GPS測量優(yōu)越性愈加突出。

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

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

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

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

三、GPS在湖區(qū)疏浚測量中的應(yīng)用

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

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

動態(tài)定位在疏浚工程中的應(yīng)用可以覆蓋原始斷面測量、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)：整個測量過程在不需通視的條件下，測量1～3s，精度就可以達(dá)到10～30mm，實(shí)時動態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗(yàn)的厘米級精度的測量成果(包括高程)，有著常規(guī)測量儀器(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，每個放樣點(diǎn)只需要停留1～2s，流動站小組作業(yè)1～3人即可進(jìn)行測量作業(yè)，其精度和效率是常規(guī)測量所無法比擬的。

（一）控制測量

由于業(yè)主提供的測量控制點(diǎn)大都在開挖區(qū)內(nèi)，這些控制點(diǎn)在施工過程中將會被破壞，需要重新布設(shè)測量控制點(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GPS點(diǎn)以便進(jìn)行聯(lián)測。組織技術(shù)人員對施工現(xiàn)場進(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)時衛(wèi)星狀況、精度要求等因素，盡量選擇設(shè)在開闊、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。按勘測規(guī)范要求，埋選標(biāo)石，并現(xiàn)場做好點(diǎn)記。

3.架設(shè)GPS儀觀測。理論上GPS點(diǎn)觀測時只須在3個GPS點(diǎn)上架設(shè)GPS儀同時觀測即可確定這3個點(diǎn)的坐標(biāo)。考慮到湖區(qū)疏浚測量本身的特點(diǎn)采用4臺GPS儀同時觀測4個GPS點(diǎn)，這樣可大大加快全線的測量速度。4個GPS點(diǎn)觀測的共同時間、有效觀測衛(wèi)星總數(shù)等應(yīng)滿足規(guī)范要求。在外業(yè)的觀測中規(guī)定觀測時間不得少于0.5h，有效觀測衛(wèi)星數(shù)不少于4個。

4.GPS觀測數(shù)據(jù)的處理。外業(yè)觀測結(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)，及時進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量分析，最終確定引測控制點(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信號有效控制整個工程施工區(qū)域，同時，還需盡量減少誤差。在設(shè)立基準(zhǔn)站時，采用4臺GPS進(jìn)行靜態(tài)測量，測出所設(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)行精度測試，結(jié)果表明，施工區(qū)域均能可靠接受差分信號和衛(wèi)星信號，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GPS測量，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)就會定出放樣的點(diǎn)位。由于每個點(diǎn)的測量都是獨(dú)立完成的，不會產(chǎn)生累積誤差，各點(diǎn)放樣精度趨于一致。

（四）橫斷面測量

首先將每個橫斷面的2個控制點(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GPS天線的位置，消除測點(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)行測點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。測點(diǎn)數(shù)據(jù)采集完成后，通過繪圖軟件，可繪出各測點(diǎn)的橫斷面。整個作業(yè)過程全由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動記錄、自動數(shù)據(jù)預(yù)處理。

（五）施工放樣

挖泥船施工采用分條開挖的施工方法，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GPS系統(tǒng)進(jìn)行放樣，在河道挖槽中心線、開挖邊線處設(shè)立樣標(biāo)，便于挖泥船定位及施工。

四、結(jié)語

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測量技術(shù)進(jìn)行控制測量、斷面測量、施工放樣，操作簡單，測量精度高，極大地降低了勞動作業(yè)強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率，取得了良好的應(yīng)用效果。