淺談高層及超高層建筑施工GPS定位控制測(cè)量

劉貴波

（陸川縣工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，廣西 陸川 537700）

淺談高層及超高層建筑施工GPS定位控制測(cè)量

劉貴波

（陸川縣工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，廣西 陸川 537700）

文章首先闡述了 GPS衛(wèi)星定位測(cè)量的基本原理、GPS測(cè)量特點(diǎn)，進(jìn)而論述了GPS定位測(cè)量在高層及超高層建筑施工中的設(shè)計(jì)與實(shí)施，以供參考。

GPS定位測(cè)量；高層及超高層建筑；設(shè)計(jì)

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，簡(jiǎn)稱GPS）是一種可以授時(shí)和測(cè)距的空間交會(huì)定點(diǎn)的導(dǎo)航系統(tǒng)，可向全球用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的三維位置、三維速度和時(shí)間信息，其由空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控站及用戶接收機(jī)三部分構(gòu)成。目前，在高層及超高層建筑工程中，測(cè)量基準(zhǔn)傳遞、軸線、垂直度和高程控制是建筑物施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)內(nèi)容之一。如何提高高層及超高層建筑測(cè)量定位工效和觀測(cè)精度，確保工程質(zhì)量和施工工期要求，是施工需解決的問題之一。而GPS因其具有方便、快速的定位測(cè)量和放樣的測(cè)量功能，可快速、準(zhǔn)確地測(cè)定放樣點(diǎn)的平面位置，可很好地應(yīng)用于高層及超高層建筑施工測(cè)量中。為此，本文將主要談?wù)凣PS在高層及超高層建筑施工測(cè)量中的應(yīng)用。

1 GPS衛(wèi)星定位測(cè)量的基本理論

1.1 GPS衛(wèi)星定位測(cè)量基本原理

用戶用 GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻同時(shí)接收三顆以上的 GPS衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)量出測(cè)站點(diǎn)P至三顆以上GPS衛(wèi)星的距離，并實(shí)時(shí)的由GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文解算出衛(wèi)星的坐標(biāo)值，據(jù)此采用空間距離后方交會(huì)法解算出測(cè)站P的位置。

1.2 GPS定位測(cè)量的方法

GPS定位方法，若按用戶接收機(jī)天線在測(cè)量中所處的狀態(tài)來(lái)分，可分為靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位；若按定位的結(jié)果來(lái)分，可分為絕對(duì)定位和相對(duì)定位。

1.2.1 靜態(tài)定位

即接收機(jī)天線的位置相對(duì)于周圍地面點(diǎn)而言，處于靜止?fàn)顟B(tài)的情況下，用以確定觀測(cè)站絕對(duì)坐標(biāo)的方法稱為靜態(tài)定位。

1.2.2 絕對(duì)定位

以GPS衛(wèi)星與用戶接收機(jī)天線之間的幾何距離觀測(cè)量ρ為基礎(chǔ)，并根據(jù)衛(wèi)星的瞬時(shí)坐標(biāo)（Xs，Ys，Zs），以確定用戶接收機(jī)天線所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位，即觀測(cè)站的位置。

1.2.3 相對(duì)定位

亦稱差分GPS定位，是目前GPS定位中精度最高的一種定位方法。其用兩臺(tái)GPS用戶接收機(jī)分別安置在基線的兩端，并同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，以確定基線端點(diǎn)（測(cè)站點(diǎn)）在WGS－84坐標(biāo)系中的相對(duì)位置或基線向量。靜態(tài)相對(duì)定位即是設(shè)置在基線端點(diǎn)的接收機(jī)固定不動(dòng)，通過重復(fù)觀測(cè)取得充分的多余觀測(cè)數(shù)據(jù)，以改善定位精度。靜態(tài)相對(duì)定位一般均采用載波相位觀測(cè)值為基本觀測(cè)量。

2 GPS測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)

（1）施工測(cè)量控制網(wǎng)一次測(cè)定到位，無(wú)誤差的傳遞和積累，定位精度高。

（2）GPS測(cè)量不需要測(cè)站間相互通視，根據(jù)需要確定點(diǎn)位；點(diǎn)數(shù)和點(diǎn)位也可以根據(jù)實(shí)際需求變化，均不影響定位精度。

（3）觀測(cè)時(shí)間短，進(jìn)行 GPS測(cè)量時(shí)，靜態(tài)相對(duì)定位每站僅需20 min左右，動(dòng)態(tài)相對(duì)定位僅需幾秒鐘。

（4）儀器操作簡(jiǎn)便，觀測(cè)人員只需對(duì)中、整平、量取天線高及開機(jī)后設(shè)定參數(shù)，接收機(jī)即可進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)和記錄；數(shù)據(jù)測(cè)定和分析均使用計(jì)算機(jī)處理，避免了人為誤差產(chǎn)生。

（5）全天候作業(yè)，GPS衛(wèi)星數(shù)目多，且分布均勻，可保證連續(xù)進(jìn)行觀測(cè)，適合在地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)候進(jìn)行觀測(cè)工作，一般不受天氣狀況的影響。

（6）功能多、用途廣。GPS系統(tǒng)能準(zhǔn)確測(cè)定建筑物的日照變形、振動(dòng)變形，為高層建筑的施工測(cè)量與控制提供了一種全新的技術(shù)手段。

3 GPS定位測(cè)量在高層及超高層建筑施工中的設(shè)計(jì)與實(shí)施

3.1 GPS定位測(cè)量前的準(zhǔn)備工作

3.1.1 熟悉和校核圖紙

在掌握總圖后要進(jìn)一步熟悉建筑施工圖，即了解熟悉軸線尺寸及各層標(biāo)高與總圖中有關(guān)部分的對(duì)應(yīng)關(guān)系；掌握軸線尺寸、層高、結(jié)構(gòu)尺寸；了解軸線圖的對(duì)比基礎(chǔ)、非標(biāo)準(zhǔn)層及標(biāo)準(zhǔn)層之間的軸線關(guān)系等，這樣才能全面了解建筑物的平、立、剖面的形狀、尺寸、構(gòu)造等，這也是整個(gè)工程施工放線的依據(jù)。

3.1.2 了解設(shè)計(jì)對(duì)定位放線精度的要求

通過熟悉和校核圖紙，在了解建筑物的總體和各部分情況的基礎(chǔ)上，要進(jìn)一步明確設(shè)計(jì)對(duì)施工定位精度的一般要求及特殊要求，如電梯安裝對(duì)結(jié)構(gòu)豎向精度的要求，鋁合金門窗對(duì)柱間距的要求等，以使定位放線工作更好地符合設(shè)計(jì)要求。

3.2 GPS定位測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)

3.2.1 高層建筑施工GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)

GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是GPS測(cè)量規(guī)范規(guī)程和測(cè)量任務(wù)書。在GPS方案設(shè)計(jì)時(shí)，一般首先依據(jù)測(cè)量任務(wù)書提出GPS網(wǎng)的精度、密度和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，再結(jié)合規(guī)范（規(guī)程）規(guī)定現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)具體確定各點(diǎn)間的連接方法，各點(diǎn)設(shè)站觀測(cè)的次數(shù)、時(shí)間長(zhǎng)短等布網(wǎng)觀測(cè)方案。

3.2.2 測(cè)量的精度設(shè)計(jì)

各類GPS網(wǎng)的精度設(shè)計(jì)主要取決于網(wǎng)的用途。城市或工程GPS網(wǎng)按相鄰兩點(diǎn)的平均距離和精度劃分為二、三、四等和一、二級(jí)，見表1。

表1 GPS網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)

在具體布設(shè)時(shí)，可以分級(jí)布設(shè)，也可以越級(jí)布設(shè)，或布設(shè)同級(jí)全面網(wǎng)。各等級(jí)GPS相鄰點(diǎn)間弦長(zhǎng)精度用下式表示：

式中：σ：GPS基線向量的弦長(zhǎng)誤差（mm），即等效距離誤差；

a：GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度中的固定誤差（mm）；

b：GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度中的比例誤差系數(shù)（ppm·D）；

d：GPS網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的距離（km）。

精度標(biāo)準(zhǔn)是GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要量，其大小將直接影響到GPS網(wǎng)的布設(shè)方案、觀測(cè)計(jì)劃以及觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理方法。在實(shí)際工作中，精度標(biāo)準(zhǔn)的確定要根據(jù)用戶的實(shí)際需要及人力、物力、財(cái)力情況合理設(shè)計(jì)，也可參照本部門已有的生產(chǎn)規(guī)程和作業(yè)經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)掌握。

3.3 GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)

3.3.1 GPS網(wǎng)圖形設(shè)計(jì)的原則

GPS網(wǎng)圖形設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：①應(yīng)通過非同步獨(dú)立觀測(cè)邊構(gòu)成若干閉合環(huán)（三角形、多邊形）或符合線路；②應(yīng)盡量與原有地面控制網(wǎng)點(diǎn)重合，重合點(diǎn)不應(yīng)少于3個(gè)并在網(wǎng)上分布均勻；③GPS網(wǎng)應(yīng)與水準(zhǔn)點(diǎn)相重合，而非重合點(diǎn)應(yīng)根據(jù)要求以水準(zhǔn)測(cè)量方法進(jìn)行聯(lián)測(cè)；④GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在視野開闊和容易達(dá)到的地方；⑤在網(wǎng)點(diǎn)附近布設(shè)一通視良好的方位點(diǎn)，且方位點(diǎn)與觀測(cè)站的距離應(yīng)大于300 m；⑥應(yīng)采用原有城市坐標(biāo)系統(tǒng)，對(duì)凡符合GPS網(wǎng)點(diǎn)要求的舊點(diǎn)，應(yīng)充分利用其標(biāo)石。

3.3.2 GPS網(wǎng)的圖形形式

施工測(cè)量的GPS網(wǎng)的圖形形式主要采用的是三角形網(wǎng)或環(huán)形網(wǎng)。三角形網(wǎng)是由三角形邊由非同步的獨(dú)立觀測(cè)邊組成，具有圖形的幾何結(jié)構(gòu)強(qiáng)、自檢能力及可靠性等優(yōu)點(diǎn)；環(huán)形網(wǎng)是由若干含有多條獨(dú)立觀測(cè)邊的閉合環(huán)所組成，具有觀測(cè)工作量小、自檢能力和可靠性等優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)然，在條件允許時(shí)，也可采用三角形網(wǎng)與環(huán)形網(wǎng)構(gòu)成的混合網(wǎng)，其既能保證網(wǎng)的幾何強(qiáng)度，提高網(wǎng)的可靠指標(biāo)，又能減少外作業(yè)工作量，降低工程成本，是GPS工程測(cè)量首先應(yīng)考慮的圖形形式。

3.4 GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，須明確GPS成果所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)，即明確GPS網(wǎng)所采用的基準(zhǔn)。一般GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)包括位置基準(zhǔn)（由給定的起算坐標(biāo)確定）、方位基準(zhǔn)（以給定的起算方位角值確定）和尺度基準(zhǔn)（由地面的電磁波測(cè)距邊確定）。因此，GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)上主要是指確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)問題。

在實(shí)際的工程應(yīng)用中，GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下問題：

（1）為求 GPS點(diǎn)在地面坐標(biāo)系的坐標(biāo)，應(yīng)在地面坐標(biāo)系中選定起算數(shù)據(jù)和聯(lián)測(cè)原有地方控制點(diǎn)若干個(gè)，用以坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。一般高層及超高層建筑施工測(cè)量控制可聯(lián)測(cè) 2～3個(gè)點(diǎn)，GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)測(cè)，可根據(jù)測(cè)區(qū)地形變化和地面控制點(diǎn)的分布而定，一般在GPS網(wǎng)至少要重合觀測(cè)3個(gè)以上的地面控制點(diǎn)作為約束點(diǎn)。

（2）對(duì) GPS網(wǎng)內(nèi)重合的高等級(jí)國(guó)家點(diǎn)或原城市等級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)，除未知點(diǎn)連接圖形觀測(cè)外，應(yīng)適當(dāng)構(gòu)成長(zhǎng)邊圖形。

（3）GPS網(wǎng)經(jīng)平差計(jì)算后，可得到GPS點(diǎn)在地面參照坐標(biāo)系中的大地高。為求得GPS點(diǎn)的正常高，可根據(jù)具體情況進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量的高程聯(lián)測(cè)。具體聯(lián)測(cè)宜采用不低于四等水準(zhǔn)或其精度相等的方法進(jìn)行。當(dāng)GPS點(diǎn)高程經(jīng)計(jì)算分析符合精度要求后，方可提供給高層及超高層建筑施工使用。

（4）新建 GPS網(wǎng)的坐標(biāo)系應(yīng)盡量與測(cè)區(qū)過去采用的坐標(biāo)系一致。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，GPS技術(shù)作為一種全新的定位手段，具有無(wú)需通視、定位精度高、可實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、可全天候工作、測(cè)量速度快等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了工作效率，保證了高層及超高層建筑定位控制測(cè)量的精度。目前，隨著衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（CORS）的建立和GPS軟硬件的不斷更新，GPS技術(shù)將成為在高層及超高層建筑施工的測(cè)量定位、垂直度和高度偏差控制等方面廣泛使用的方法。

1 蘇亞軍、駱 江.淺議GPS在高層建筑測(cè)量施工中的應(yīng)用［J］.中國(guó)西部科技，2008（7）

2 趙 斌.高層建筑施工GPS測(cè)量技術(shù)分析［J］.科技資訊，2010（19）

3 黃宗柱.淺論 GPS技術(shù)在房屋建筑施工測(cè)量中的應(yīng)用與監(jiān)理［J］.建材與裝飾（上旬·市場(chǎng)營(yíng)銷），2010（10）

Discussed the High－level and the Extra－h(huán)igh Building Constructs the GPS Positioning Control Survey

Liu Guibo

The article first elaborated the GPS satellite positioning survey’s basic principle, the GPS survey characteristic, then elaborated the GPS localization survey in high－level and in the extra－h(huán)igh building construction design and the implementation, supplies the reference.

GPS localization survey; high－level and extra－h(huán)igh building; design

P228.4

A

1000－8136（2011）06－0150－02