GNSS靜態(tài)測量在超高層建筑施工測量平面控制網(wǎng)中的應用

摘" 要：施工測量平面控制測量是超高層建筑施工測量的重點工作，是質(zhì)量控制的關鍵環(huán)節(jié)，通過探索超高層建筑復雜環(huán)境條件下基于GNSS靜態(tài)測量的施工平面控制網(wǎng)測量技術方案和工程實踐，詳細闡述GNSS靜態(tài)測量在超高層建筑施工測量平面控制網(wǎng)中的具體應用過程，獲得高精度的測量基準，在超高層建筑等復雜工程中具有一定的參考和推廣價值。

關鍵詞：GNSS定位；控制測量；超高層建筑；平面控制網(wǎng)；高精度

中圖分類號：TB22" " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）31-0005-05

Abstract： Construction survey plane control survey is the key work of super high-rise building construction survey and the key link of quality control. By exploring the technical scheme and engineering practice of construction plane control network survey based on GNSS static survey under the complex environment of super high-rise building， the specific application process of GNSS static survey in super high-rise building construction survey plane control network is described in detail， and a high precision survey datum is obtained. It has a certain reference and promotion value in complex projects such as super high-rise buildings.

Keywords： GNSS positioning; control survey; super high-rise building; plane control network; high precision

新時代，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，超高層建筑從無到有，高度不斷攀升。建筑控制測量是保證建筑質(zhì)量和安全的基礎，控制測量為建筑施工建立了統(tǒng)一的、高精度空間位置基準，是施工測量的關鍵性重點工作。隨著建筑越來越高，控制測量的精度要求也越高，超高層建筑對控制測量精度提出了更嚴的要求?？刂茰y量分為平面控制測量和高程控制測量，其平面控制測量一直是超高層建筑控制測量的難點，超高層建筑一般位于中心城市的繁華地段，用地緊張，施工場地狹小，周邊高大建筑多，環(huán)境復雜，對GNSS定位影響較大，通過調(diào)研和文獻查詢，目前全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS，Global Navigation Satellite System）在超高層控制測量中的應用較少，復雜環(huán)境下GNSS應用更少，通過探索GNSS定位技術在復雜環(huán)境條件下，超高層建筑一級、二級和三級平面控制網(wǎng)中的創(chuàng)新應用，高精度、高效和快速提供控制測量成果，為超高層控制測量提供案例參考。

1" GNSS控制測量技術簡介

2020年我國北斗全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)全面建成，北斗是中國自主研制、自主發(fā)展、獨立運行的GNSS系統(tǒng)，目前已建成的全球定位系統(tǒng)除了中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)COMPASS（或BDS），還有GPS（美國）、GLONASS（俄羅斯）、Galileo（歐洲）。GNSS控制測量一般采用相對定位技術，即差分GNSS定位技術，其基本原理是采用兩臺或兩臺以上GNSS接收機同步觀測天空中相同的GNSS衛(wèi)星，計算出兩臺接收機天線位置構成的基線向量（基線兩端的坐標差），若已知基線一端坐標，由基線向量，推算基線另一端坐標，如圖1所示。根據(jù)接收機所處狀態(tài)分為GNSS靜態(tài)控制測量和RTK控制測量，RTK控制測量根據(jù)基站類型又可分為單基站RTK控制測量和網(wǎng)絡RTK控制測量。就精度而言，GNSS靜態(tài)控制測量能達到毫米級，可以滿足高精度控制測量的要求，而RTK控制測量能達到厘米級滿足一般精度的控制測量要求。

2" GNSS在超高層建筑施工平面控制測量中的優(yōu)勢

目前建筑施工平面控制測量的技術主要有：建筑方格網(wǎng)控制測量、衛(wèi)星定位控制測量、全站儀導線控制測量和三角網(wǎng)控制測量。超高層建筑施工平面控制網(wǎng)一般分為三級，即一級平面控制網(wǎng)（也稱首級平面控制網(wǎng)）、二級平面控制網(wǎng)和三級平面控制網(wǎng)。一級平面控制網(wǎng)一般采用GNSS靜態(tài)測量；二級平面控制網(wǎng)通常沿施工現(xiàn)場周邊布設，通常以全站儀導線測量為主；三級平面控制網(wǎng)一般由建筑物外廓主要軸線點作為控制點組成，通常由全站儀從二級平面控制點直接放樣定位并檢核。

全站儀導線測量和全站儀放樣定位，需要控制點相互通視，作業(yè)勞動強度高。采用GNSS靜態(tài)測量同步觀測一級、二級和三級控制網(wǎng)，可快速實現(xiàn)控制網(wǎng)高精度測量和檢核，有效提高作業(yè)效率。但超高層建筑施工場地狹小，周圍建筑多、環(huán)境復雜，對GNSS接收衛(wèi)星信號遮擋嚴重、多路徑效應明顯，也給GNSS靜態(tài)觀測帶來了一定的挑戰(zhàn)。

3" 超高層建筑GNSS靜態(tài)測量施工平面控制網(wǎng)的技術方案

3.1" GNSS控制網(wǎng)的布設

GNSS控制網(wǎng)的布設是GNSS靜態(tài)測量成果質(zhì)量的關鍵性工作，應考慮的因素較多，如點位的用途、密度、位置、通視條件和分布等，點位選擇宜遠離高壓線、鋼筋堆放區(qū)、施工圍擋、大功率無線電發(fā)射源及大面積水域。

3.2" 觀測方案

綜合考慮GNSS控制網(wǎng)中控制點的數(shù)量、投入GNSS接收機的數(shù)量、技術人員數(shù)量及觀測精度要求，確定觀測方案，考慮到超高層建筑控制網(wǎng)點位密度大、觀測條件復雜，為提高觀測精度，盡可能選用同步觀測，異步網(wǎng)觀測時選擇邊連式異步網(wǎng)。

3.3" 觀測時段選擇

超高層建筑周邊環(huán)境復雜，對GNSS接收機遮擋嚴重，為確?？梢娦l(wèi)星達到4顆以上，衛(wèi)星的幾何圖形響度PDOP值不超過6，宜根據(jù)衛(wèi)星星歷預報選擇最佳觀測時段。同時考慮到超高層建筑受日照影響結構變形較大，避免在11：00—15：00直接觀測。

3.4" GNSS接收機的選擇

目前在全球四大GNSS中，我國上空通常北斗衛(wèi)星的數(shù)量最多，明顯提高了復雜觀測條件下接收機可見衛(wèi)星的數(shù)量，故宜選擇支持全星座多頻段技術，支持北斗B1、B2、B3頻段，靜態(tài)GNSS測量精度不超過±（2.5 mm+1.0 PPM）的接收機，目前大多國產(chǎn)GNSS接收機均能滿足技術要求，且性價比高。

3.5" 觀測作業(yè)

GNSS作業(yè)觀測較為簡單、勞動強度小，GNSS觀測作業(yè)過程主要有安置儀器、設置工作模式（靜態(tài)）和設置采集參數(shù)（采用間隔和衛(wèi)星截止角）。

作業(yè)觀測時有以下幾點注意事項：①在預定觀測開始時間之前一般需要經(jīng)過10 min左右的預熱和靜置，使儀器與工作環(huán)境溫度一致，完成搜星和捕獲GNSS衛(wèi)星信號；②GNSS天線高量取至少測前和側(cè)后兩次，兩次互差不超過3 mm，取平均值作為儀器高；③觀測作業(yè)需嚴格遵守觀測計劃，按計劃時間同步觀測，當其中一個測站有問題時，應及時通知作業(yè)負責人，調(diào)整觀測計劃；④觀測期間測量人員應注意避免施工現(xiàn)場各類施工車輛、機械的震動引起GNSS接收機的震動和移動，防止人員、車輛和機械遮擋信號；⑤在作業(yè)過程中，防止高空墜物，臨邊作業(yè)安全風險。

3.6" GNSS靜態(tài)數(shù)據(jù)處理方案

GNSS靜態(tài)數(shù)據(jù)處理的一般步驟為數(shù)據(jù)導入、基線處理、閉合環(huán)檢核和網(wǎng)平差，如圖2所示?？紤]超高層建筑周圍環(huán)境復雜，基線解算時采用間隔適當加大、衛(wèi)星高度角根據(jù)觀測環(huán)境適當增大和剔除不合格觀測數(shù)據(jù)等方式，提高解算精度和質(zhì)量。

4" 應用實例

4.1" 項目概況

蘭州某新建超高層建筑（圖3），建筑高度249.45 m，49層，施工現(xiàn)場如圖3（b）所示，施工場地小、周邊高層建筑多，場地環(huán)境復雜。

4.2" GNSS控制網(wǎng)的布設

選擇場地為2個廠區(qū)控制點A1和A2作為該超高層的一級控制點；在施工場地內(nèi)適當位置布置相互通視的控制點B1和B2作為二級控制點；建筑輪廓軸線的內(nèi)控點C1、C2、C3和C4作為三級控制點，如圖4所示。

4.3" 觀測方案

選取了A1、A2、B1、B2、C1和C4共6個控制點，采用6套GNSS接收機同步觀測，考慮到觀測環(huán)境條件復雜，計劃觀測時間為120 min。

4.4" 觀測時段選擇

由于超高層施工面作業(yè)密集，觀測窗口期僅1～2 d，通過查詢GNSS星歷預報，選取觀測條件較好的觀測時段為15：30—17：30。觀測期間GNSS全星座GPS+BDS+GLONASS+Galileo可見衛(wèi)星數(shù)量達到32顆左右，PDOP值1.04；GPS可見衛(wèi)星數(shù)量達到7顆左右，PDOP值2.90；北斗衛(wèi)星數(shù)量達到13顆左右，PDOP值1.89，如圖5所示。

4.5" GNSS接收機選型

選用國產(chǎn)GNSS接收機科力達K6測量系統(tǒng)，直徑為175 mm，高為83 mm，重量1.06 kg，IP67級防水，抗2 m跌落，支持全星座GPS+BDS+GLONASS+Galileo+QZSS，支持全頻點16頻，靜態(tài)測量精度平面為±（2.5 mm+0.5×10-6D），高程為±（5 mm+0.5×10-6 D），其中D為所測量的基線長度。

4.6" 觀測作業(yè)

嚴格按照觀測計劃作業(yè)（圖6），GNSS接收機開始觀測前，預熱10 min，然后采用測高片量取儀器高，設置采集間隔5 s，衛(wèi)星截止角15°，6臺GNSS接收機同步觀測2 h。

4.7" GNSS靜態(tài)數(shù)據(jù)處理

采用南方SGO數(shù)據(jù)處理軟件，進行GNSS靜態(tài)數(shù)據(jù)處理。

數(shù)據(jù)導入。新建工程設置橢球為CGCS2000，中央子午線為105°，投影高為1 500 m。數(shù)據(jù)導入加載后，設置儀器高量取方式為測高片，并修改和核對儀器高。

基線處理。超高層周圍觀測環(huán)境復雜，嚴重影響接收機獲取衛(wèi)星信號。經(jīng)過對靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)分析，以B2測站數(shù)據(jù)為例（圖7），觀測北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量遠遠優(yōu)于其他衛(wèi)星系統(tǒng)（圖7中，G代表GPS，R代表GLONASS，C代表北斗），故數(shù)據(jù)處理時僅選擇北斗衛(wèi)星，基線解算時衛(wèi)星截止角選擇20～30°，采集間隔5～15 s。待基線處理完成后，需要對基線和閉合環(huán)進行檢核，對非固定解的基線或不合格閉合環(huán)，通過不斷調(diào)整基線解算參數(shù)、剔除不超過10%的基線或剔除觀測較差的部分數(shù)據(jù)等方式，使全部基線固定解，閉合環(huán)誤差符合要求后，基線處理工作完成。

網(wǎng)平差處理?；€和閉合環(huán)檢核合格后，需要對控制網(wǎng)進行平差處理，以一級控制網(wǎng)A1和A2作為已知控制點，首先進行無約束三維網(wǎng)平差，得到自由平差結果為先驗單位權中誤差為0.001 m、后驗單位權中誤差為0.002 m，中誤差為0.000 m，精度滿足要求；然后進行二維約束網(wǎng)平差，得到二維平差結果為先驗單位權中誤差為0.001 m、后驗單位權中誤差為0.002 m，中誤差為0.001 m，精度滿足要求。網(wǎng)平差完成后得到控制網(wǎng)坐標值（表1）。

5" 結束語

我國的經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，城市超高層建筑的高度不斷刷新，2020年我國大國工程北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)建成和正式開通，大大提高了GNSS接收機可見衛(wèi)星的數(shù)量，提升了GNSS測量定位的應用場景，通過探索在復雜環(huán)境條件下，超高層建筑施工測量平面控制網(wǎng)中GNSS靜態(tài)測量技術的應用方案和工程實踐，提供了一個超高測建筑施工平面控制網(wǎng)GNSS靜態(tài)測量技術方案，提高了測量精度，降低了勞動強度。

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