高層建筑GPS—RTK高精度定位測(cè)量研究

金芳芳

(鹽城工學(xué)院 土木工程學(xué)院,江蘇 鹽城 224051)

高層建筑GPS—RTK高精度定位測(cè)量研究

金芳芳

(鹽城工學(xué)院 土木工程學(xué)院,江蘇 鹽城 224051)

采用高精度 GPS—RTK靜態(tài)測(cè)量模式，將2臺(tái)GPS基準(zhǔn)站置于地面上的基準(zhǔn)控制網(wǎng)點(diǎn)上，通過對(duì)GPS—RTK定位測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量，測(cè)算出樓面控制點(diǎn)在施工坐標(biāo)系中的具體坐標(biāo)。并通過全站儀來照準(zhǔn)待放樣點(diǎn)在樓層頂面上的具體位置，以達(dá)到精確測(cè)量和放樣的目的。優(yōu)點(diǎn)：可以消除傳統(tǒng)方法中的累積誤差，提高建筑結(jié)構(gòu)垂直度；不受觀測(cè)孔限制，測(cè)量和放樣的精度高，操作簡便，工作效率較高。此方法的擴(kuò)展使用性強(qiáng)，可用于其他不同的施工項(xiàng)目中。

高層建筑;GPS定位;測(cè)區(qū)控制點(diǎn);放樣點(diǎn)

在高層建筑施工過程中，由于主樓結(jié)構(gòu)高度的原因，為高層建筑主樓上部結(jié)構(gòu)提供精確的定位點(diǎn)成為一個(gè)測(cè)量難題。目前傳統(tǒng)的樓層測(cè)量方法是天頂法[1]，即使用天頂儀將下面樓層的定位點(diǎn)通過預(yù)留孔道穿過樓層傳遞到施工樓層上。由于天頂法觀測(cè)高度的局限性，測(cè)量時(shí)需要進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)轉(zhuǎn)換，從而不可避免地產(chǎn)生累積誤差[2-3]。在施工中，由于疊加結(jié)構(gòu)自身的豎向變形，該誤差還將被加劇放大；另外，觀測(cè)的需要在各層面預(yù)留觀測(cè)孔并保持暢通，當(dāng)視線受阻或自然條件不佳時(shí)，施測(cè)就無法進(jìn)行。

隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的快速發(fā)展，RTK測(cè)量技術(shù)日益成熟，以實(shí)時(shí)定位、施測(cè)靈活和高效率等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于地形測(cè)繪、地籍測(cè)量、工程測(cè)量和土地利用規(guī)劃等工程建設(shè)中[4]。RTK測(cè)量目前在工程中廣泛應(yīng)用的是相對(duì)定位模式，而其靜態(tài)定位則是精度最高的作業(yè)模式[5-6]。

1 用GPS-RTK提供精確的定位點(diǎn)

以建造高層建筑的某工程項(xiàng)目為例，其施工區(qū)域平面見圖1。

(1)項(xiàng)目開始實(shí)施前，城市規(guī)劃局勘測(cè)測(cè)繪院為該項(xiàng)目提供高等級(jí)測(cè)區(qū)控制點(diǎn)4個(gè)，分別為GPS1、GPS2、GPS3、GPS4，4個(gè)測(cè)區(qū)控制點(diǎn)覆蓋了整個(gè)施工區(qū)域 ，與高層建筑間的距離大于300 m。

圖1 某項(xiàng)目的施工區(qū)域平面圖 Fig.1 A project plan construction area

(2)取GPS1和GPS2兩點(diǎn)(4點(diǎn)中任選2點(diǎn))為高層建筑外圍的測(cè)區(qū)控制點(diǎn)，分別打入十字鋼釘進(jìn)行標(biāo)識(shí)。采用高精度GPS靜態(tài)測(cè)量模式，將2臺(tái)GPS接收機(jī)分別置于GPS1、GPS2兩點(diǎn)處的鋼釘上并設(shè)其對(duì)中。在高層建筑的樓層頂面上任意標(biāo)記2個(gè)樓層控制點(diǎn)A和B，并對(duì)其噴漆或埋設(shè)水泥十字鋼釘以作標(biāo)識(shí)之用，然后在A和B兩點(diǎn)分別架設(shè)GPS接收機(jī)并使其對(duì)中。上面4臺(tái)GPS接收機(jī)精度要求均為3 mm,4個(gè)控制點(diǎn)設(shè)置如圖2所示。

1為樓面;GPS1、GPS2為地面兩控制點(diǎn);A和B為樓層兩控制點(diǎn)圖2 高層GPS控制點(diǎn)位設(shè)置Fig.2 High-level GPS control point set

(3)開啟4臺(tái)GPS接收機(jī)，并進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)，同步觀測(cè)時(shí)間為45 min～1 h，將4臺(tái)GPS接收機(jī)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，使用測(cè)繪軟件進(jìn)行基線處理和平差計(jì)算，并根據(jù)控制點(diǎn)GPS1和GPS2的坐標(biāo)計(jì)算出控制點(diǎn)A和B的坐標(biāo)，將其轉(zhuǎn)換至施工坐標(biāo)并傳輸至全站儀。

2 引測(cè)樓層頂面高程值

采用全站儀引測(cè)樓層頂面的高程值。一般是在核心筒處安置全站儀，通過對(duì)天頂方向測(cè)距的方法來引測(cè)高程。

2.1 放樣點(diǎn)的確定

采用已知點(diǎn)設(shè)站法在樓層頂面上架設(shè)全站儀：將全站儀架設(shè)在樓層頂面上的樓層控制點(diǎn)A，將棱鏡架設(shè)在樓層頂面上的樓層控制點(diǎn)B，完成設(shè)站定向，配合上一步中引測(cè)的樓層頂面的高程值，使全站儀的坐標(biāo)系統(tǒng)和施工坐標(biāo)系統(tǒng)保持一致。

樓層頂面上的待放樣點(diǎn)具體為每個(gè)柱中心點(diǎn)。根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙，通過COGO程序計(jì)算出樓層頂面上每個(gè)柱的中心點(diǎn)坐標(biāo)(即放樣點(diǎn)的坐標(biāo))，使用CF卡或者數(shù)據(jù)線等途徑將放樣點(diǎn)在施工坐標(biāo)系中的坐標(biāo)上傳至全站儀。如果樓層沒有特殊變化，第一層放樣點(diǎn)的坐標(biāo)(即柱中心點(diǎn)坐標(biāo))可沿用至該樓的各個(gè)層面。

2.2 放樣步驟

(1)采用極坐標(biāo)法。樓層控制點(diǎn)A、樓層控制點(diǎn)B以及放樣點(diǎn)P在施工坐標(biāo)系中的坐標(biāo)已知，因此可測(cè)算出坐標(biāo)方位角度αAB(見式1)，再由樓層控制點(diǎn)A測(cè)設(shè)距離DAP(見式2)到放樣點(diǎn)(P)，該計(jì)算在全站儀中自動(dòng)完成 ；

(1)

(2)

施工時(shí)全站儀實(shí)時(shí)顯示角度差和△Hz距離差△d，全站儀自動(dòng)轉(zhuǎn)至AP連線方向，移動(dòng)放樣棱鏡，當(dāng)距離差△d為0時(shí)即是放樣點(diǎn)P設(shè)計(jì)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的實(shí)地位置，此時(shí)在放樣點(diǎn)P處有紅色激光指示，定位出放樣點(diǎn)P。如圖3所示。

圖3 全站儀極坐標(biāo)法放樣法Fig.3 Total station polar coordinate method setting out method

(2)采用自由設(shè)站法。樓層頂面上的樓層控制點(diǎn)A和B的平面坐標(biāo)和吊鋼尺引測(cè)的樓層頂面的高程值已測(cè)量得知，使用全站儀中的后方交會(huì)程序測(cè)得全站儀在施工坐標(biāo)系中的平面坐標(biāo)，并且同步完成全站儀的定向；考慮到直接量取全站儀的儀器高度不夠準(zhǔn)確，故使用全站儀的高程傳遞程序，將樓層頂面的高程傳遞到全站儀的中心。至此全站儀處于施工坐標(biāo)系中，其后便可進(jìn)行放樣施工。

(3)用上述方法對(duì)樓層模板線進(jìn)行調(diào)整放樣，首先使用GPS接收機(jī)將測(cè)區(qū)控制點(diǎn)引測(cè)至樓層頂面上的樓層控制點(diǎn)A和B，然后架設(shè)全站儀，使用全站儀中的參考線程序?qū)⒛０寰€的實(shí)際位置刻畫出來，最后工人根據(jù)刻畫線調(diào)整模版至正確位置即完成。

3 總結(jié)

高層建筑定位測(cè)量，首先在高層建筑外圍測(cè)區(qū)地面兩個(gè)已知坐標(biāo)的測(cè)區(qū)控制點(diǎn)上架設(shè)GPS接收機(jī)，在高層建筑頂層上任意標(biāo)記至少2個(gè)未知坐標(biāo)的樓層控制點(diǎn)A和B，并在A、B點(diǎn)上架設(shè)GPS接收機(jī) ；其后同步觀測(cè)45 min～1 h，通過觀測(cè)到的數(shù)據(jù)測(cè)算出樓層控制點(diǎn)A、B在施工坐標(biāo)系中的坐標(biāo)并將坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸至全站儀 ；隨后在樓層頂面上架設(shè)全站儀，在全站儀中輸入待放樣點(diǎn)在施工坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，最后通過全站儀的激光照準(zhǔn)待放樣點(diǎn)具體位置。

高層建筑定位測(cè)量中所需注意的事項(xiàng)：測(cè)區(qū)控制點(diǎn)周圍環(huán)境應(yīng)盡量開闊，保證高度角15°以上無遮擋 ；點(diǎn)位埋設(shè)質(zhì)地堅(jiān)硬 ，避免沉降以及重型車輛等通行擠壓變形 ；離開高壓線、通信無線發(fā)射源200 m。樓層控制點(diǎn)應(yīng)該盡量布設(shè)在互相通視的地方，架站點(diǎn)與放樣點(diǎn)也應(yīng)保持盡量多的通視。在進(jìn)行GPS靜態(tài)原始數(shù)據(jù)采集時(shí)，相應(yīng)樓層上空應(yīng)避免塔架行車，以防止GPS衛(wèi)星信號(hào)受到干擾。

應(yīng)用高精度GPS-RTK靜態(tài)測(cè)量模式并結(jié)合全站儀照準(zhǔn)待放樣點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)為：不受樓層觀測(cè)孔限制；控制點(diǎn)精度高；誤差不會(huì)累計(jì)傳遞 ；實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化智能測(cè)量、放樣，減少人為誤差 ；同時(shí)放樣目標(biāo)自動(dòng)照準(zhǔn)、并有激光指示 ；操作簡便，工作效率較高，本方法的擴(kuò)展使用性強(qiáng)，可用于其他不同的工程項(xiàng)目中。

[1] 胡伍生，潘慶林.土木工程測(cè)量[M].4版.南京：東南大學(xué)出版社,2012:183-188.

[2] 闞柯.建筑工程測(cè)量與施工放線一本通[M].北京：中國建材工業(yè)出版社,2009：249-252.

[3] 陳久強(qiáng)，劉文生.土木工程測(cè)量[M].2版.北京：北京大學(xué)出版社，2012：247-248.

[4] 黃羚，李琳.實(shí)用建筑測(cè)量技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2010：156-159.

[5] 李坤.GPS RTK技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用[N].南方測(cè)繪報(bào),2014-05-09(02).

[6] 中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì).工程測(cè)量規(guī)范(GB 50026-2007)[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2008.

(責(zé)任編輯:張英健)

Research on the Accurate Positioning Measurement of GPS-RTK in High-rise Building Construction

JIN Fangfang

(School of Civil Engineering， Yancheng Institute of Technology, Yancheng Jiangsu 224051, China)

With the use of the static measuring model of accurate GPS-RTK positioning, two fiducial stations are fixed on the ground controlling sites to measure the concrete coordinates of the floor controlling sites in the whole construction coordinating systems. The total station is applied to acquire the set points of the layout survey on the surface of the building. The merits of this method can be found in the elimination of the cumulative errors found in traditional methods and in the improvement of the vertical structures. With high precision and simple operation, this method will not be limited by the aperture and can achieve an accurate result of measuring & layout survey and can be applied for a variety of other construction projects.

high-rise building; GPS positioning; controlling site; set point of layout survey

2014-05-08

金芳芳(1969-)，女，江蘇鹽城人，副教授，主要研究方向?yàn)橥聊竟こ虦y(cè)量。

TU198.6

A

1671-5322(2014)04-0074-03