论信标机检测仪在挖泥船上的应用

　　摘要：从近几年挖泥船在内河的疏浚施工过程中发现，传统的水上测量放样方法有着许多弊端，耗时较长、放样次数多、易丢失损坏并且精度低，严重影响了挖泥船的施工效率。为了解决这些问题，我们参照海上挖泥船的经验尝试在内河挖泥船安装使用了信标机检测仪，得到了非常好的效果。本文以信标机B20为例，介绍了内河疏浚施工中挖泥船信标机检测仪特点和应用。
　　
　　关键字：信标机检测仪，内河，挖泥船，应用
　　
　　信标机所使用的是GPS的一种技术，通过利用国家建立好的无线电信标台进行信号传输，通过在发射信号中添加一个副波，调制修正信号，从而提供以亚米为单位的精确导航定位。
　　海上挖泥船的重量通常很大，长度较长，同时在海上作业会受到许多干扰，如流速、流向、潮汐、风力和海水深度等，正确的使用信标机检测仪，尽可能的避开这些条件对于施工进度的干扰，加快效率的同时还可以大幅度提高精度。将海上挖泥船使用信标机检测仪的经验运用到内河的挖泥船施工中，同样可以取得显著的效果。
　　
　　一、信标机检测仪功能和特点
　　信标机检测仪通常包括了：GPS天线、接收机、电脑和电源。信标机检测仪是通过沿海航道的基准站发出的信号来进行差分计算，以此来确定接收机的位置坐标和离设定点的垂直距离。信标机检测仪除了接收机、电脑和天线除外，还有加装测深仪，和天线和探头一起固定于船头侧部。
　　信标机检测仪有着以下六个特点：
　　（1）24小时不间断作业：不会受到天气状况的影响，使数据采集可以不间断的进行。
　　（2）定位速度快：信标机检测仪以每秒一次的频率接受信号，实时稳定地处理数据，进行精确、快速的定位。
　　（3）精确度高：测量数据的精度在一米之内。
　　（4）直观、快捷方便：挖泥船的运行轨迹在显示器直接显示，并且仅需一台GPS就可以进行操作。
　　（5）兼容性强：方便与多种外接设备连接，如导航设备、雷达与测深仪等。
　　（6）处理方便：数据经过处理之后，可以得出曲率半径、航段里程、临跨河建筑物与起点的垂直距离、枢纽等数据。在平面图中可做坐标转换、面积等计算。
　　二、信标机B20的安装、使用方法
　　信标机B20采用L波段卫星差分改正接收机与双通道数字中频信标接收机，可接收WAAS(美国)和EGNOS(欧洲)信号。同时信标机精度使用了亚米级差分定位精度技术，并且组合了L1GPS、卫星差分与信标天线。具备2个可编程的RS-232串口，可进行NMEA-0183输出/RTCMSC-104输入，频率方面可进行1、2和5Hz的信息输出。信标机B20可广泛应用于水上测量、挖泥船施工等，同时不限地域，集成了卫星差分与信标差分的接收功能，可使用自建的差分源，不受地域的限制进行高精度实时差分数据的提供。其安装步骤及应用如下：
　　1.新建工程
　　运行信标机软件程序后，点击菜单中选项，或者单击工具栏中按钮，即可打开“新建工程”对话框。把施工区域图（autocad版）设为背景图。在新建工程对话框中分别进行工程概况、坐标系、投影参数、基准转换、地方变换等设置。
　　2.修改工程
　　新建工程之后，或者在使用过程中，可打开“修改工程”对话框。对原先所设的工程参数进行修改，如坐标系、投影参数、基准转换、地方变换等。更改后的参数立即生效。
　　3.详细设置
　　（1）测量仪器的选择和设置
　　（2）测深仪数据格式设置
　　（3）记录设置
　　（4）记录保存设置
　　（5）天线偏差改正
　　（6）固定偏差改正，初次安装时必须校准，施工过程中复核。
　　（7）船形设置：在测量过程中，根据自己需要选择适当的船形文件，使测量更加直观。
　　4.绘图操作
　　包括计划线、测量点、标注字、布线操作、图形编辑等操作。
　　5.测量控制
　　测量时可点击“视图”－“偏航信息”，来打开偏航信息窗口。偏航信息窗口分图示区和文字。全局设置包括常规、显示、设置、保存等选项。常规主要设置绘图时默认的设置，如线色、线宽、线型等等。
　　6.实用工具
　　包括面积距离计算、坐标正反算、投影换算、坐标换算等。
　　三、信标机检测仪在挖泥船上的应用优势
　　信标机B20作为能自动选择信标台的一款双通道接收机，具有无线电信标接收、12通道GPSL1C/A码与载波相位接收技术三种相结合的技术，无需投资基准站设备即可进行定位，进而实现导航和测量，同时具备静态功能的特性。
　　在海上施工的挖泥船普遍已经使用了信标机检测仪，不仅可以减少海上作业中的风险，可以提高效率，增加收益。在内河的挖泥船中普及信标机检测仪的使用是必然的趋势。信标机B20的应用范畴与优势有以下几方面：
　　（1）标准的数据格式与平台：信标机B20具有标准的NMEA0183数据格式，同时可输出专业的数据格式。集成了卫星差分、信标差分接收功能，可使用自建差分源，不受地域限制提供高精度实时差分数据。并基于WINDOWS的设置软件。
　　（2）设置方便：可随时切换差分源，通过面板即可查看GPS及差分状态。
　　（3）精度：以信标机B20为例，接收机可通过任一端口，提供秒脉冲输出与优于0.16km/h精度的速度进行输出。使用信标机检测仪测量得出的结果误差通常在一米内，可以保证施工精度。
　　（4）频率高：信标机B20类型端口的输出频率最高可达5Hz，并可据需要进行更改。
　　四、内河中挖泥船施工使用信标机检测仪的优点
　　内河中挖泥船安装使用信标机后具有以下优点：
　　1、信标机有助于挖泥船在水面开阔、大风、雨雾天气等不易放样情况下定位，提高开挖精度；
　　2、夜间、雨雾天气可正常施工，避免漏挖、超挖，提高施工效率,加快施工进度；
　　3、利用信标机软件可记录开挖区域，进尺、挖宽，计算每日台班产量，并对班组对比分析原因找出差距，增强操作人员的责任心，有针对性的对个别操作人员加强培训提高操作技能。
　　4、有助于降低挖泥船施工油耗，节省成本，提高效益。
　　以沂沭泗河洪水东调南下续建工程南四湖湖内工程(浅槽三、浅槽四)3标段工程为例，1600型斗轮式挖泥船安装信标机B20前后的施工数据如下表:

　　通过以上数据对比分析不难发现，在工况相同的前提下，挖泥船施工月产量提高了9%，油耗降低了0.06kg/m3，仅油料一项每方土可节省成本在0.3-0.4元左右，收到了比较好的经济效益。
　　五、信标机检测仪应用中存在的问题及注意事项
　　1、信标机天线一般固定在挖泥船前部“A字架”上，与铰刀位置有2~5米的距离，因此信标机采集的坐标与挖泥船铰刀坐标存有差距，且施工中铰刀随挖深变化相对位置不断变化，故当开挖施工区边线时，需要校正边线。
　　2、为克服用信标机采集的点代表一条挖泥船的局限性，全面完整的显示挖泥船的方位、方向（方位角），可考虑安装电罗经或改装双信标机。
　　3、因挖泥船电流不稳，因此必须安装稳压电源，确保信标机设备安全且防止因突然断电造成的数据丢失。
　　六、结语
　　目前，在海上挖泥船使用信标机检测仪已经有比较久的时间，同时海岸信息台性能稳定、精度较高、操作简单且成本较低，这使得在海上施工的挖泥船使用信标机检测仪有了良好的基础。随着国内内河中信标机技术、软硬件设施的日趋完善，挖泥船等内河船舶使用信标机检测仪将会越来越广泛。