朱煜峰， 张 明， 臧德彦， 王靖超

(1.核资源与环境省部共建国家重点实验室培育基地(东华理工大学)，江西南昌 330013;2.中南大学，湖南长沙 410083;3.山东正元地理信息工程有限责任公司，山东临沂 276000)

GPS定位技术在钢板桩施打作业中的应用研究

朱煜峰1，2， 张 明1， 臧德彦1， 王靖超3

(1.核资源与环境省部共建国家重点实验室培育基地(东华理工大学)，江西南昌 330013;2.中南大学，湖南长沙 410083;3.山东正元地理信息工程有限责任公司，山东临沂 276000)

阐述了GPS测量技术在海洋航务工程中钢板桩施打定位的应用。结合南通洋口人工岛工程实例，分析研究钢板桩施打定位过程中GPS测量的内容，详细介绍了GPS在钢板桩施打定位的主要工作任务、具体流程以及在施工过程中应注意的问题和解决问题的方法，在GPS技术应用于钢板桩施打定位中总结了一些经验。

GPS;钢板桩;独立坐标系

朱煜峰，张明，臧德彦，等.2012.GPS定位技术在钢板桩施打作业中的应用研究［J］.东华理工大学学报:自然科学版，35(2):178-181.

Zhu Yu-feng，Zhang Ming，Zang De-yan，et al.2012.Using GPS localization in the steel sheet pile implementing［J］.Journal of East China Institute of Technology(Natural Science)，35(2):178-181.

随着现代科技的发展，海洋测绘在测量手段的现代化、立体化和学科交叉增强、学科界限模糊方面发生了深刻变革(瞿国君等，2009)。传统海洋测量仅局限于船载设备的点测量，如单波束测深系统，难以实现“面”扫测。新兴的海洋扫测系统如多波束和测深测扫声纳的出现，使水深测量工作实现了对海底的全覆盖扫测和呈现(赵建虎，2009)。同时，LIDAR系统、航空重磁力测量以及水深遥感的发展和应用，使海洋测量呈现现代化、立体化的态势(张继帅，2008)。

海上定位是海洋测绘中最基本的工作(徐绍铨，2004)。由于海域辽阔，海上定位可根据离岸距离的远近而采用不同的定位方法，如光学交会定位，无线电测距定位、GPS卫星定位、水声定位以及组合定位(张正禄，2005)。一般对于近海海域，可以在岸上或岛屿上设立基准站，采用差分技术活动态相对定位技术进行高精度海上定位(梁怀标，2007)。自GPS-RTK技术的出现，测量方式实现了由点线测量到面测量的飞跃(Zhu et al，2011)。随着国内外海上远离岸壁的大型工程的建设发展，GPS定位技术在远洋施工测量中的精密定位技术的应用也会越来越多(詹新武等，2007)，本文探讨的内容属海洋测量航务工程施工的应用范畴。

1 工程概况

由于本工程地处外海，无法用传统的方法进行测量定位，根据工程的特点，可使用GPS定位技术，本文就GPS定位技术在海洋人工岛前期工程中的钢板桩施打作业应用作介绍。

南通港洋口港区人工岛工程位于江苏省南通市如东县的西太阳沙上，西距小洋口港约32 km、东南距吕四港约50 km，距离最近的陆域海岸线约13 km。设计水位+6.89 m，低水位 +0.81 m，极端高水位+9.00 m，极端低水位－0.25 m。人工岛坐落在标高－2.5～+4.0 m的西太阳沙洲沙滩面上，施工区域为滨海沉积环境，受潮汐影响较大，砂性土和粘性土相间成韵律沉积，以东北风对工程影响最大。为了防止海床冲刷，在人工岛东北侧的岛壁轴线外侧50～65 m处打设防冲钢板桩，防冲钢板桩为YASP-IV型桩2 177根，OZ-20型桩1 885根，AU-20型桩200根，AU-16型桩599根，共计4 860根，84 366 m。

2 施测作业准备

2.1 测量设备的配置

中海达HD-5 GPS双频接收机两台，UHF电缆二根，各长20 m，GPS电缆二根，各长30 m。另外必备的设备配置有:① 台式电脑一台;②500 W UPS(不间断电源)一台;③直流稳压电源(12～13 V)一台;④中海达施工定位软件一套;⑤中海达测深仪一台;⑥水平尺一把。

2.2 船型参数的测定

首先建立一个船体独立坐标系，船体独立坐标系的平面基准的X轴指向船头，原点设在船体后部，Y轴指向船右舷。用全站仪测出主、辅工作点及GPS1，GPS2天线位置在船体坐标系下的坐标(主、辅工作点是用来控制施工的特征点)，其坐标如下(单位m):

主工作点:X=66.370，Y=0.840;辅工作点:X=1.500，Y=0.840

GPS1:X=15.981，Y= － 7.320;GPS2:X=32.660，Y= －7.100

具体的船体独立坐标系示意图如图1:

图1 船体独立坐标系示意图Fig.1 The schematic drawing of the hull independent coordinate system

2.3 测量定位软件参数设定

中海达的施工定位软件需要用二台GPS进行定位测量。其工作原理如下:

利用二台安装在打桩船上的GPS接收机，实时测出GPS点的三维坐标。“Haida海洋测量5.0”根据采集的GPS坐标与桩船上主、辅工作点的相对位置关系，实时计算出主、辅工作点的坐标。

打桩时，根据实测主、辅工作点的坐标与理论坐标的差值，在电脑上实时显示桩位的偏差值，根据显示的偏差值指挥桩船绞缆就位。

使用时，在工作前必须正确设置各项参数，以便软件正确运行。其具体编辑方法为:①坐标系统的设定:中央子午线经度，121°22'00″，平面坐标系统选择西安80。②转换参数的设定:将计算的七参数输入。③工程文件的设置:将需要施工的钢板桩轴线在电脑上画出，有二种方法，一种是用特征点坐标输入，一种是用CAD画出，然后，调入软件内。施工时一般用后一种方法。④船形参数的设置:将测量出的船型参数输入软件。⑤钢板桩参数的设置:在施工前，需要设置待打钢板桩的里程、距离轴线的位置等参数。⑥GPS接收机设置:需要设置GPS接收机的串口号及波特率。

3 定位主要施测步骤

3.1 GPS天线的布置及连接

GPS天线与UHF天线的布置是一项重要的工作，它布置的位置直接影响到GPS的工作状态与工作质量。天线的布置原则是:GPS天线应尽量避开障碍物的影响，在15°高度角的范围内，没有物体的影响。天线位置要有一定的高度，以减少多路径效应及施工的影响。待安装好GPS天线后，就直接用数据线将其与电脑连接，检查与软件连接后通信是否正常。

3.2 施测方法和步骤

在本工程中，钢板桩主要是起防冲刷作用，其桩顶标高在原泥面下0.2 m，长度有12 m，14 m两种，宽度有 0.4，0.5，0.6 m 三种，钢板桩打设完成后，在钢板桩顶部安设钢导梁，将网板桩连成整体(图2)。

图2 钢板桩结构图Fig.2 The structure drawing of the steel sheet pile

钢板桩施打船由2 000 t方驳配以65 t与120 t履带吊组成，钢桩由振动锤施打。

(1)平面位置的定位。运行软件，待GPS固定窄带解后，软件界面上会自动显示主、辅工作点的里程、偏位值。根据设计的桩位通过绞缆调整船体位置。将主、辅工作点正确地定在设计钢板桩轴线处。桩船根据主、辅工作点的位置进行施打。其中软件界面如图3所示。

图3 钢板桩定位软件界面图Fig.3 The Software interface drawing of the steel sheet pile localization

(2)高程控制。按设计要求，钢板桩的桩顶控制标高低于钢板桩所在位置的泥面标高20 cm。施工简易示意图如4。

在施工前，用测深仪测量出施打位置的水深，然后，利用GPS提供的高程换算出钢板桩的桩顶控制标高。

施打时，先在桩架附近做好一个标记，利用GPS的高程计算出标记处的标高，根据标记处与桩位所在位置的泥面标高计算出送桩器的读数，然后根据送桩器的读数进行控制。

4 小结

随着GPS测量手段的不断完善，测量精度的不断提高，GPS技术在我国海洋测量中得到越来越广泛的应用。本文以南通洋口人工岛工程实例，分析研究了GPS技术在钢板桩施打定位的可行性，并总结了一些作业经验，具体如下:

图4 施工简易示意图Fig.4 The simple schematic drawing of the construction

(1)GPS的设置。完成所有设置后，在进行施工前，需要对GPS进行比对。这是对船型参数及七参数设置的一个综合测试，是相当重要的一个步骤。用背包GPS测量主、辅工作点的坐标，同时用软件测量出主、辅工作点的坐标，计算其差值，差值小于15 cm时可以进行施工定位，每次比对的记录要进行报验。为保证定位精度，两台GPS天线的间距越远越好，但由于受施工、天线高度、障碍物、电缆长度、差分信号接受等因素的影响，GPS天线的安装位置受到一定限制。经过精心选择，综合考虑，将GPS天线安装在船的一侧。

(2)第一根桩的施测。由于相邻钢板桩要锁口，第一根桩的正位很重要，它起到了定向桩的作用。所以，第一根桩要精心定位，精心施打。特别是在平面控制的时候，主要的是钢板桩的两耳连线的方向左右偏差，应尽量控制在最小的范围内。为了确保沉桩的质量，在允许识差范围内，桩顶标高应尽量向下控制，保证上部结构的承载力。

瞿国君，黄谟涛.2009.我国海洋测绘发展历程［J］.海洋测绘，29(4):74-81.

梁怀标.2007.浅谈RTK配合测深仪在水下地形测量中的应用［J］.地理空间信息，(5):374，376.

徐绍铨.2003.GPS测量原理及应用［M］.武汉:武汉大学出版社.

詹新武，周世健，易志华.2007.远海工程的施工测量放样［J］.东华理工学校学报:自然科学版，30(1):33-36.

张继帅.2008.GPS在海洋精密定位及水深测量中的应用［J］.科技实践，(24):311-312.

张正禄.2005.工程测量学［M］.武汉:武汉大学出版社.

赵建虎.2009.海洋测量的进展及发展趋势［J］.测绘信息与工程，(34):25-27.

Zhu Y F，Ding X L，Luo Y，et al.2011.Analysis on the Application of GPS-RTK Technology using in Yangkou man-made Island in Nantong City［J］.Journal of Networks，6(10):1444-1451.

Using GPS Localization in the Steel Sheet Pile Implementing

ZHU Yu-feng1，2， ZHANG Ming1， ZANG De-yan1， WANG Jing-chao3
(1.East China Institute of Technology，Fuzhou，JX 344000，China;2.Central South University，Changsha，HN 410083，China;3.Shandong Zhengyuan GIS Co.Ltd，Linyi，SD 276000，China)

This paper mainly using GPS technology to localization in the steel sheet pile implementing on the sea surveying.Combined with the Nantong ocean mouth artificial island project，analyzing the application of GPS using on the steel sheet pile implementing the localization during the navigational affairs project，and introducing the prime tasks of the steel sheet pile implementing the localization in detail，the specific procedures as well as the questions which should be paid attention in the work process and the methods of solving the questions，some useful experiences of GPS using in the localization of steel sheet pile implementing was provided.

GPS;steel sheet pile;independent coordinate system

P228.1

A

1674-3504(2012)02-0178-04

10.3969/j.issn.1674-3504.2012.02.013

2011-12-06 责任编辑:吴信民

国家自然科学基金资助项目(40874010);核资源与环境教育部重点实验室资助项目(101115);江西省数字国土重点实验室资助项目(DLLJ201214)

朱煜峰 (1981—)，男，博士生，副教授，主要从事测绘教学科研工作。E-mail:yfzhu@ecit.cn