高層建筑施工GPS測量技術(shù)探討

劉大林

摘 要：主要研究了高層建筑施工GPS測量技術(shù)，介紹了GPS高層建筑施工測量技術(shù)的基本原理和特點，以及它與其他測量技術(shù)對比的優(yōu)勢，并研究了測點選擇，標(biāo)志設(shè)定，測量精度設(shè)計，測點天線的安裝、測量等對高層建筑GPS測量工作的影響。

關(guān)鍵詞：高層建筑；GPS測量技術(shù)；定位；測量精度

中圖分類號：P228.4；TU198+.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.02.137

GPS測量技術(shù)是一種新興的測量技術(shù)，定位速度快，使用比較低的工程控制網(wǎng)點密度布置就能夠獲得理想的測量精度，所以，它被廣泛應(yīng)用于高層建筑施工、竣工驗收工作中。GPS定位系統(tǒng)主要包括空間衛(wèi)星和地面控制系統(tǒng)兩部分，其基本原理是利用高速運動的微型瞬間位置作為初始數(shù)據(jù)，通過空間距離后方交會確定待測點的位置。

1 基本原理和特點

1.1 GPS

全球定位系統(tǒng)（GPS）是20世紀(jì)70年代美國用于軍事方面的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)。它由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控站和用戶設(shè)備構(gòu)成。

1.2 GPS測量

GPS測量的精度非常理想，小于50 km基線，其相對定位精度達(dá)到了1×10-6，大于1 000 km基線，能夠達(dá)到測站間的相互通視。同時，GPS測量需要的觀測時間比較短，靜態(tài)相對定位需要20 min，動態(tài)相對定位幾秒鐘內(nèi)就能夠完成，而且GPS測量的儀器比較簡單，觀測人員通過對中、增平和測量天線的高度、設(shè)定測量參數(shù)后，接收機(jī)就能夠自動記錄測量數(shù)據(jù)。另外，GPS衛(wèi)星數(shù)目較多，分布比較均勻，它能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)觀測，對天氣狀況的抵抗力較強(qiáng)。

GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)使用距離交會法定位。將GPS系統(tǒng)接收機(jī)設(shè)置在需要定位的位置點，接收機(jī)在某一時段同時接收3顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，經(jīng)過一系列數(shù)學(xué)計算就能夠得到GPS衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離，通過距離交會法最終獲得待測點的三維坐標(biāo)。

1.3 高層建筑常見的測量方法

當(dāng)前，高層建筑施工測量方法主要有線錘鉛直投測、經(jīng)緯儀斜投測和激光測距等方法。線錘鉛直投測法是一種比較古老的測量方法，測量精度難以滿足高層建筑越來越嚴(yán)格的技術(shù)要求，并且測量施工容易受到氣候、風(fēng)等天氣因素的影響，所以，它在高層建筑中的應(yīng)用并不廣泛；而經(jīng)緯儀斜投測方法的測量精度能夠滿足高層建筑的測量要求，但是，其開展過程比較煩瑣，具有一定的局限性，適用性不強(qiáng)；激光測量方法則包括經(jīng)緯天頂儀、天底儀豎向投測等測量方案，施工精度很高，并且

施工測量的適應(yīng)性優(yōu)于經(jīng)緯儀測量方法，是目前高層建筑施工中常用的測量方法之一。

將這些測量技術(shù)與GPS測量技術(shù)比較發(fā)現(xiàn)，在施工過程中，使用這些方法都需要維持通視孔的暢通，而且建筑高度增加不能有效克服溫度、日照載荷對其的影響，增加了施測的難度。使用GPS測量技術(shù)則能夠在維持較高精度的同時快捷地完成測量工作，是一種比較理想的測量方法。

2 高層建筑施工GPS測量

2.1 測點選擇

與其他幾種高層建筑施工的測量技術(shù)相比，GPS最大的優(yōu)勢在于觀測點之間不要求互相通視，并且測量網(wǎng)圖形結(jié)構(gòu)比較靈活，測點選擇工作更加簡單，可以按照以下幾點選取原則選擇。

2.1.1 減少電磁場干擾

點位應(yīng)該選擇在遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源的位置，要遠(yuǎn)離電視臺、微波站等地，距離不小于200 m的測點定位不能靠近高壓線，距離不得小于50 m的測點要遠(yuǎn)離焊接場地和焊機(jī)。

2.1.2 遠(yuǎn)離電磁波大面積反射介質(zhì)

點位不能設(shè)置在大面積水域或?qū)﹄姶挪ǚ瓷?、吸收?qiáng)烈的物體附近，以削弱路徑效應(yīng)的影響。

2.1.3 易于設(shè)備安裝

點位需要設(shè)置在接收設(shè)備易于安裝、視野開闊并且目標(biāo)明顯的位置。將其布置在即成建筑物或者高層建筑操作層上是比較理想的。與此同時，要保障視場周圍15°以上無障礙物，防止信號被吸收或遮擋。

2.1.4 方便交通

測點要盡量設(shè)置在交通方便的位置，便于與其他測量設(shè)備聯(lián)合定位。選點技術(shù)人員在選擇點位時要踏勘，按照實地規(guī)程選點定位。如果需要進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測時，要實地踏勘水準(zhǔn)路線。

2.1.5 基礎(chǔ)穩(wěn)定

測點要有穩(wěn)定的地面基礎(chǔ)，以保證其具有良好的穩(wěn)定性和接收設(shè)備的完好度。只有它符合要求后，才能投入測量工作中。

2.2 標(biāo)志設(shè)定

高層建筑施工測量需要設(shè)置明顯、精確的標(biāo)志，標(biāo)志要明顯可見，并且要有效利用它，尤其是在施工場地外的測點，要格外注意相關(guān)標(biāo)志不能在施工期間被破壞。測點名稱需要在與施工單位溝通之后確定，以便保護(hù)標(biāo)志，防止施工期間場內(nèi)外的施工人員對其造成破壞。標(biāo)志要設(shè)置在不受影響的位置，還要有專人保護(hù)，并要在工程結(jié)束之后填寫相關(guān)的技術(shù)資料。

2.3 測量精度設(shè)計

高層建筑施工GPS測量精度的設(shè)計，按照水平距離和精度可劃分為二、三、四核一，二級。因為高層建筑GPS網(wǎng)中，相鄰測點之間的距離通常都超過了1 km，所以，屬于二級測量。GPS測量精度是GPS網(wǎng)絡(luò)測量中非常關(guān)鍵的量，精度級別對GPS網(wǎng)點布置方案、觀測計劃和數(shù)據(jù)處理有非常大的影響。如果高層建筑的邊長在200 m以內(nèi)，那么，邊長誤差應(yīng)該在20 mm內(nèi)。在實際選用中，還要考慮工程人力、物力、財力等情況，但也不能忽略建筑施工企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模和作業(yè)經(jīng)驗。

2.4 測點天線安裝

正常的測點天線應(yīng)該設(shè)置在三角架上，并在安置標(biāo)志中心上方對中，同時，整平天線基座上的圓水準(zhǔn)氣泡。

一些特殊測點的天線可能需要設(shè)置在三角點基板或者回光臺上，這就需要將覘標(biāo)頂部拆除，減少信號的遮擋。如果覘標(biāo)頂部不能拆除而將接收天線設(shè)置在標(biāo)架內(nèi)，就會導(dǎo)致信號不連續(xù)。此時，可以進(jìn)行偏心觀測，在距三角點100 m以內(nèi)的位置，可以采用解析法測定歸心元素。

將天線定向標(biāo)志線指向整備，考慮到磁偏角，減弱相位中心偏差，天線定向誤差要按照定位精度確定，同時，底盤要接地，避免出現(xiàn)雷擊天線。

遇到惡劣天氣，比如風(fēng)天，在高度較高、風(fēng)力較強(qiáng)的測點，比如建筑物施工層，需要從3個方向固定天線，避免它倒地。圓盤天線120°間隔3個方向量取天線高度，控制誤差在3 mm內(nèi)，要取其3次結(jié)果的平均值記錄到測量手簿中。在高層建筑施工中，可以不觀測氣象要素，但是要做好相應(yīng)的記錄。

2.5 測量

GPS觀測作業(yè)的關(guān)鍵工作是接收GPS衛(wèi)星信號，并實現(xiàn)跟蹤、處理，從而獲得施工測量需要的定位信息和觀測數(shù)據(jù)。天線安置完畢后，在離開天線的適當(dāng)位置或者建筑物上，就可以安放GPS接收機(jī)，接通接收機(jī)、電源、天線、控制器電纜，預(yù)熱和靜置之后啟動接收機(jī)，就可以開始觀測。接收機(jī)鎖定衛(wèi)星記錄數(shù)據(jù)之后，觀測員就可以開始輸入和查詢相關(guān)數(shù)據(jù)。在掌握相關(guān)操作系統(tǒng)前不能進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，并且在測量過程中不能隨意設(shè)置參數(shù)。

只有保證外界電源電纜和天線等連接無誤之后才能夠接通電源，接收機(jī)開機(jī)。開機(jī)后，接收機(jī)的相關(guān)指示和儀表顯示正常后才可以設(shè)置參數(shù)和自檢。接收機(jī)開始正常工作、接收相關(guān)測量數(shù)據(jù)之后，要注意查看衛(wèi)星數(shù)量、信號、定時定位結(jié)果等。在一個觀測時段中，不能關(guān)閉又重新啟動接收機(jī)，也不能改變衛(wèi)星高度角和天線的位置，不能執(zhí)行數(shù)據(jù)采樣間隔和關(guān)閉文件、刪除等操作。

3 結(jié)束語

高層建筑GPS施工測量技術(shù)的測量精度更高，它能夠滿足高層建筑施工設(shè)計的要求，而且工作效率較高，對基準(zhǔn)點的依賴性不高。該技術(shù)在高層建筑施工中的應(yīng)用效果十分理想，能夠一次測定到位，誤差傳遞和積累定位的精度比較高，測量數(shù)據(jù)通過計算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理，有效地規(guī)避了人為誤差，是一種比較理想的高層建筑施工測量技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]于來法，楊志藻.工程測量學(xué)[M].北京：八一出版社，2012.

[2]侯國富.建筑工程測量[M].北京：測繪出版社，2011.

[3]徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng).GPS測量原理及應(yīng)用[M].武漢：武漢測繪科技大學(xué)出版社，2011.

[4]北京測繪設(shè)計研究院.CJJ 73—97 全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

〔編輯：白潔〕