1、深深深 水水水 防防防 波波波 堤堤堤 施施施 工工工 技技技 术术术专题一 施工测量方法的改进研研研 究究究 报报报 告告告暨暨暨 深水防波堤施工技深水防波堤施工技深水防波堤施工技 术术术 研究研究研究 报报报 告告告施工测量方法的改进摘 要：主要介绍深水防波堤施工相应测量方法的改进。关键词：施工测量；GPS；差分信号、RTK；无 验潮；定点定位；常规；改进。引 言西防波堤工程全长 2750m，其中南段长 2115m，原泥面最大水深27.9m，平均水深 24.2m；基槽挖泥后最大水深 32.5m。西防波堤南段以斜坡堤为主，其中南段堤头直立结构为 53.4m，由 4 个沉箱组成。本地区施工条件
2、恶劣，涌浪大，季候风、台 风对本地区影响显著。本工程施工量大、工期紧、施工现场涌浪大、地形条件差，若采用常规的测量方法进行施工， 则难以按要求完成预期的任务。通过在施工生产中改进测量设备、 测量方法和引进 HD8900 双频 RTK 设备、双频测深仪，使施工测量效率、精度和施工效益都取得了良好的效果。一、施工测量工艺1基本情况西防波堤工程第 1 标段的施工测量主要运用在挖泥、抛砂、抛石【开体驳，专 用抛石船配反铲、装载机， 专用抛石船配导管等工艺】、安装【陆上吊机，水上起重船（组）等安装工艺】、基床爆夯、基床整平等施工中。2测量工艺a传统测量工艺平面测量控制：传统的平面定位是采用六分仪后交法、
3、经纬仪前交法、红外线测 距仪三边交会等方法来进行，在施工中通常采用的双经纬仪前方交会法是在两个控制点上安置经纬仪，同时观测作业船舶的旗杆，其交会位置线的交点即为施工定点的平面位置。施工测量控制：施工（水深）测量的方法主要有无线电定位系统、微波测距定位系统、断面索定位法、导标、水 铊 、测深杆及现在普遍使用单频回声测深仪等方法。bGPS 系统测 量工艺测量设备介绍（1）双频 RTK 设备使用HD8900 双频 RTK 设备 ：RTK 是以载波相位观测量为根据的实时动态定位技术,测量精度可达到厘米级， 实时动态 精度可达 2cm+2ppm,其基本工作原理（如右图）是：基准站和流动站同时接收 4 颗
4、以上的相同卫星,由基准站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传递给用户接收机，用户接收 GPS 卫星的 载波相位与来自基准站的载波相位组成相位差分观测值，并进行实时处理，在1s2s 内即可给出厘米 级的点位坐标，移 动站可在固定点或移动中进行初始化，进行整周模糊度的搜索求解，在整周模糊度固定下来以后（一般在短距离内为整数解），即可进行以后每一历元的实时处理，只要基准站、移动站同时保持四颗以上的相同 GPS 卫星的锁定及必要的卫星形成的几何图形强度，也可在运动中进行初始化（即 OTF 技术），成功解算载波相位的整周模糊度，从而可快速获得厘米级的定位精度，GPS【差分】测量施工原理详见下图
5、示意。（2）双频的测深仪的使用双频测深仪【加拿大，320M】：该测深仪实现了完全由软件进行控制，软件对 接收到的声波讯号的振幅时间记录进行过滤后的一个记录段进行检查，找到海底回波所在的位置并进而确定其水深，该水深经过声速及探头吃水改正而显示出来。该测深仪有两个频率通道：高频通道和低频通道，通过两个不同频率的接收不但可以准确测得水深，还可以相互校核剔除假水深点，对于泥面可准确测量泥层深度、厚度等，从而准确指导挖泥。通过测深仪和检查板的比较（如下表）可知，最大偏差为 5cm，平均偏差不超过 2cm，测深仪自身精度满足工程要求。测深仪和检查板的对比表检查板深度(m)测深仪测深值(m)平均差值（cm）
6、最大差值（cm）5 5.02 5.03 5.02 5.01 5.03 2 37 6.95 6.98 7.02 7.00 6.97 2 510 10.04 10.00 9.96 10.05 10.02 1 515 15.01 15.04 15.02 14.99 15.03 2 420 19.97 20.03 19.98 19.96 19.95 2 525 25.04 25.01 25.05 25.03 24.97 2 5平面测量控制：采用双 GPS 定位控制作业船舶的平面位置， 进行抛石或抛沙作业。由两台 RTK 接收机提供高精度的平面位置信息，在测量定位软件中，输入船形、建立船形坐标系、输入接
7、收机在船形坐标系中的坐标、主副工作点的坐标、以及任务参数。 这样通过一定的计算与处理，在计算机上实时地显示船的平面位置（如右图），从而进行指导抛石过程。根据抛石设计要求的示意图的要求，实时精确地控制船位及船的姿态，进而精确控制。施工测量控制：水深测量采用双频 RTK 和数字化测深仪以及其他终端设备相结合，构成了一套完整的水下地形测绘系统，利用 HD8900双频 RTK 实时动态地给出厘米级的三维坐标和数字化测深仪几乎同时给出该位置的水深，计算出该点的水下高程，无须验潮，只要测试出 GPS 的位置数据与测深之间的延时，输入 测量专用软件中，在数据处理后，即可达到同步。测量时，可在 水深测量软件中
8、编好测深断面线，在作业过程中，可在屏幕上实时动态地显示待测断面线及船位，并给出与实际船位的偏差值，测量员引导测量船到达测线，按设计线航行，如右图。计算机可同时自动采集平面位置坐标和水深数据，并自动保存，可利用快捷键进行开始采集、换线、中断、结束任务等， 还可以设置时间间隔、采集限制等，操作简便、快捷。根据测深系统实测的数据绘制测点绘制测点地形图（测点距离2.0m，测线 距离 510m）及相关断面、工程量资料和三维显示图表成果（施工前后成型效果），实时提供施工使用，如下图所示。二、施工测量方法的改进1水深测量方法的改进水深测量主要有无线电定位系统、微波测距定位系统、断面索定位法、导标 水铊、 测
9、深杆等方法， 这些方法对测 区条件要求高，操作复杂、自动化程度底，效率低、精度低，不能满足本工程深水（平均为-28.0m）、工程量大、劳动强 度大等施工要求。而现在普遍使用单频回声测深仪对于泥面的测量误差大、假水深多、精度低，人为因素影响过大，很难真实反映水下断面情况。采用双频 RTK 和数字化测深仪以及其他终端设备相结合，构成了一套完整的水下地形测绘系统，能适用于航道、港湾等领域内的各种测量作业。 该方法操作简便，快捷，精度高。为了检验其精度，我们在整平好的基床上进行对比（如下表），其中基床整平水深为-15.30m，经验收后复测该基床都在 5cm 内（该误差可以忽略），RTK+双频测深仪与基
10、床对比的结果可知，平均误差为 5cm，最大偏差为 12cm，水下测深系统稳定性好、精度高，对于水下测量来说是方便可行的。RTK+双频测深仪实测结 果表里程 高频（ m） 低频（ m）D2+2065 -15.31 -15.30D2+2070 -15.30 -15.33D2+2075 -15.27 -15.32D2+2080 -15.39 -15.35D2+2085 -15.35 -15.28D2+2095 -15.39 -15.29D2+2100 -15.32 -15.35D2+2105 -15.37 -15.38D2+2110 -15.42 -15.31平均值 （m） -15.35 -15.3
11、2最大差 值 （cm） 12 82平面定位的改进传统的平面定位是采用六分仪后交法、经纬仪前交法、红外线测距仪三边交会等方法来进行，以上各种这些的测量方法施工操作人员多、地形条件要求高、观测站布设要求严格、视距有限、劳动强度大、自动化程度低，很难满足这种远岸、施工环境恶劣、地形条件复杂、施工强度大的施工。采用双 GPS 法进行施工能够方便、快捷、直观、精确的进行定位控制。在实际 施工中，采用两台经纬仪前方交会法进行平面定位与双GPS 定位模式进行对比（如下表）可见：双 GPS 定位无论是工作效率、工作潜力、人员要求以及体力劳动强度都大大优于经纬仪前方交会法，随着 GPS 软件和硬件的不断发展，其
12、使用性更不可估量的。经纬仪前方交会法与 GPSRTK 模式比较表项目方法 经纬仪前方交会法 GPS 的 RTK 模式工作效率 效率低、 换站频繁，劳动强度大 效率高、全天候作业、操作方便人员配置 测 角员 2 人、记录员 1 人、测深员 1人、验潮员 1 人，因此至少 5 人 只需 1 人工作潜力 无法扩大 只要增加接收机的个数即可数据处理 烦琐、手工计算、绘制，出图慢 方便快捷，自动计算、成 图，出 图快使用限制 测区内有一定数量的控制点，通视 良好、交会角 30w150无 须 通 视，只要无大范围障碍物遮挡，与基准站的距离10km 即可水位观测 人工验潮 不需要验潮测量精度 在 测角精度
13、稳定情况下，在1km10km 范围内可达 0.4m6m与基准站的距离10km 范围内可达厘米3水位观测的改进传统的水位观测首先是建立水位站或立木桩水尺，然后观测员按规定时间进行观测,观测时视线与水面平行,每次读出相临波峰与波谷的水位各两次,其平均值作为该时间的水位.该方法的缺点是涌浪影响的误差没有考虑,只取平均值作为潮位的改正数，手工操作烦琐，测量数据要进行潮位改正以及编辑定位文件, 出图精度低和出图速度慢。利用 HD8900 双频 RTK 实时动态地给出厘米级的三维坐标和数字化测深仪同时给出该位置的水深（经过延时改正），并且不用验潮即可有 RTK 测得到任何时间的潮位及高程，不存在涌浪影响的
14、误差，平面定位数据与水深文件结合，可一起进行数据处理，大大降低内业处理工作量。通过验潮和无验潮的对比（如下表）可知：RTK 得到的水位平均值为 0.58m，如以验潮水位为准，差值为 7cm，最大差值为 13cm，满足施工水下测量要求，因此无验潮技术是可行的。验潮和无验潮的对比表观测时间 15:2315:28验潮水位（m） 0.65无验潮水位（m）0.70 0.67 0.67 0.62 0.60 0.650.69 0.61 0.60 0.70 0.65 0.550.67 0.63 0.73 0.60 0.58 0.780.64 0.64 0.65 0.60 0.64 0.670.58 0.65
15、0.54 0.67 0.69 0.540.67 0.67 0.67 0.66 0.57 0.600.68 0.59 0.59 0.72 0.69 0.650.72 0.69 0.66 0.64 0.66 0.650.64 0.71 0.73 0.64 0.63 0.740.59 0.62 0.63 0.57 0.60 0.580.65 0.67 0.67 0.60 0.68 0.610.69 0.62 0.52 0.68 0.55 0.604安装方法的改进传统的水上安装测量定位方法是采用经纬仪前交法来定出每个块体的安装位置进行施工或采用经纬仪前交法定出安装船位，再采用极坐标法进行施工；传统的陆
16、上安装测量定位方法是采用经纬仪或全站仪定出安装机位，再采用极坐标法进行施工，但该测量方法的施工操作人员多、地形条件要求高、观测站布设要求严格、视距有限、劳动强度大、自动化程度低、施工效率低，很 难满足这种远岸、施工环境恶劣、地形条件复杂、施工强度大的施工。块体安装运用 GPS 定位系统进行施工的一种方法是 “定点定位”的方法，即把 RTK 的接收天线安装在吊机（起重船）扒杆顶，通过定扒杆顶点来定安装点位进行施工。该方法在理论上具有相当大的可行性、准确性，但从实际操作情况来看其实不然。该方法主要存在以下几个主要问题：a采用 GPS 单点定位的方式确定扒杆顶点位置难度大（GPS 单点定位的所需时间
17、较长，在此过程中扒杆的震动或移动都将造成定位的不准确或延长定位时间）、准确性低、时间长，所以会造成施工质量差、工效低。b扒杆顶的位置与块体的安装位置因钢丝绳的摆动或偏移造成差异较大、施工 误差大。c钢丝绳的摆动不容易停下来，误差大、安装速度慢、效率低。d采用该种方法进行施工，经水下录像检查漏安、重叠现象严重，整齐性很差。本工程护面块体安放分别采用陆上安装工艺（履带吊机极坐标法安装工艺）和水上安装工艺（起重船组 GPS 定位法安装工艺）进行护面块体安放施工。水上安装采用由两台 RTK接收机提供高精度的平面位置信息，定出起重船位置，使得起重船标定好的位置与设计安装位置重合,由于安装块体间距相同且是直线，可在船上标定出多个位置，只要定一次位，就可安装多块，减少定位时间，加快安装速度，由于钢丝绳靠在船边标定位置进行安装，大大减小由于钢丝绳摆动产生误差，安装方便、准确、高效。陆上安装同样采用 GPS 手部单点定位确定安装机位，定位方便、准确。5基床施工测量的改进基床施工测量的改进在深水远岸独立基床测量控制研究报告中有详细的阐述，在此就不再作赘述。三、结论西防波堤的施工测量表明：RTK 技术和双频测深仪性能稳定、精度高，对于我 们水上测量来说，是优选的仪器，在以后的工作中，我们会持续改进施工方法和提高仪器的使用效率，使其在施工生产中发挥更大的作用。
