本文介绍了高层建筑施工GPS测量的外业实施内容，阐述了高层建筑施工GPS测量测点的选择原则，标志的设定方法及现场观测要点、测量数据的评价标准。
4006-054-001 立即咨询发布时间：2022-10-05 10:06 热度：
摘要：本文介绍了高层建筑施工GPS测量的外业实施内容，阐述了高层建筑施工GPS测量测点的选择原则，标志的设定方法及现场观测要点、测量数据的评价标准。
关键词：GPS;高层建筑;工程测量;数据评价
Abstract: this paper introduces the high building construction of the implementation of the content of GPS field, this paper expounds the high building construction GPS measuring point selection principle, the sign of the field observation points and set method, the measurement data of the evaluation standard.
Keywords: GPS; High-rise buildings; Engineering measurement; Data evaluation
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
对于高层建筑，传统的测量方法已经显示出了很多弊端，因此，在采取监测的时候，我们习惯的运用GPS进行测量成为了当前施工中测量的主要手段，在GPS的特点来说，其自身的特点就是以其连续性、实时、高度的精度性、全天候测量和自动化程度高等见长，相对于传统的测量工具来说，GPS特点明显，在变形监测的应用中，越来越发挥着传统测量无法比拟的作用。我们可以对于GPS技术在高层建筑变形监测应用中的监测模式、测量方法、数据处理里面作出深入的分析，可以得出一个结论，GPS在当前的高层建筑测量中有着十分广阔的发展前景。
2.GPS 及其原理
GPS(Global Position System)是美国军方于九十年代初建成的全球定位导航系统,该系统由卫星星座、接收机和地面控制站三大部份组成。卫星星座由24 颗卫星组成。由于各卫星的轨道参数已知,只要在地面接收到四颗以上卫星发出的信号,就可确定地面点的位置,采用大地测量型GPS 接收机,应用载波相位相对定位其定位精度可高达1mm。由于GPS 定位精度高、速度快,现已广泛应用于航空、航海、车辆导航、车辆防盗、石油勘探、银行运钞、海洋捕捞、交通管理、天气预报、地震监测等各行各业。我国近几年来也致力于全球定位系统的研究和应用工作,并且在1998年抗洪救灾中运用于大堤的实时监测,因精度高,实时性好,为防汛作出了巨大贡献。由于GPS 可以实时提供任一点的坐标,所以从理论上讲,GPS 也可用于超高层建筑的施工测量和施工管理。
2.1 基本原理
以GPS 测定钢柱垂直度及钢柱摆动周期为例。
(1)GPS 测定钢柱倾斜量及指导纠偏原理，如图1所示,在施工坐标系中,钢柱底部几何中心O1点就位坐标可事先通过GPS精确测定,设为(x, y)。钢柱就位后,在钢柱顶部几何中心O2 点设置GPS 接收机,精确测定O2 的坐标,设为(x′,y′),由计算机实时计算倾斜量、倾斜方向,若钢柱的垂直度不满足施工设计精度要求,则按所测的倾斜量及倾斜方向指导纠偏。
(2)钢柱摆动周期测定
当钢柱建筑到一定高度时,由于日照以及风等外界条件的影响,钢柱顶端相对于钢柱底部有较大的摆动。为了区分正常摆动与实际倾斜,需测定钢柱顶端摆动中心。摆动中心可按下述方法测定。如图2所示，由于钢柱底部中心O1 点的坐标已知,故可在钢柱顶部中心O点设置GPS 接收机,连续接收卫星信号,测定O点的坐标,经一段时间的连续测定后,通过研制开发的相关计算机软件确定O点的平衡位置,若O 点的平衡位置与O1点位于同一垂直线上,则表明钢柱没有倾斜,下一节钢柱可以直接吊装。否则应考虑纠偏措施。同样道理,GPS 也可以应用于超高层建筑混凝土施工垂直度控制、爬模体系的纠偏等施工监测工作。
2.2 GPS测量特点
GPS测量具有如下特点：
(1)测量精度高，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1×10-6，在大于1000km的基线上可达1×10-8;
(2)测站间无需通视，GPS测最不需要测站间相互通视，根据需要确定点位;
(3)观测时间短，进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对定位仅需几秒钟;
(4)仪器操作简便，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录;
(5)全天候作业，GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证连续进行观测，一般不受天气状况的影响。
3.工程测量应用实例
3.1测区概况
某工业园是城市规划建设的新区之一，该测区地势相对平缓，高大建筑物较少，对视空影响不大。除个别地方外对GPS作业无大的影响。
测区位于佛山市顺德区东南方向，测区地势平坦，多路径效应小，大车路纵横交错，交通极为便利，适合RTK作业。根据工作应用来看，RTK作业既可以实时提供点位坐标和高程，又可实时知道测量点位精度，能够极大地提高工作效率。只要在作业过程中加强检核、采用对中误差较小的支架、远离无线电发射电台、避免多路经效应，RTK测量完全能够满足城市建设的需要。
3.2确定转换参数
为保证转换参数的精度，共加进5个高等级GPS控制点(A，B，C，D，E)，通过多种点的匹配方案，选择残差较少、精度较高的一组参数为最终启用参数。
3.3内业准备
在实施RTK外业测量前，应事先收集测区的小比例尺地形图，必要时进行野外踏勘，根
据工程测量的特点完成内业的准备工作，主要包括以下几方面的内容：
(1)根据工程项目，设定工程名称。
(2)若已知坐标转换参数，则输入手簿(一般此参数未知)。
(3)若无坐标转换参数，应整理测区的已知控制点资料，控制点应尽可能均匀分布在测区周围。使得所测点均在已知点的包围之内，尽可能避免从一端向另一端无限制的外推。控制点所处的位置和周围的条件应符合GPS作业的要求。
(4)实施工程放样时，内业输入每个放样点的设计坐标，以便野外实时、准确放样。
3.4 施测步骤
野外作业时，基准站安置在选定的控制点上，打开接收机输入点号，天线高、W：GS-84
的已知坐标t设置完;待检查接收的GPS卫星数≥5颗。检查电台发射指示灯是否正常，基准站设置完成。流动站选择与基准站电台相匹配的电台频率，检查电台接收指示灯是否正常，
检查接收卫星颗数≥4颗，流动站可开始测量任务。先联测l至2个已知控制点，评定测量精度，满足设计要求后开始测量任务。实时动态RTK数据处理相对简单，外业测量采集的实测坐标通过手簿的数据传输系统，直接下载到计算机内。经整理、分类，判断形成文件后直接打印出来。
4.GPS 测量技术的优越性
GPS 测量技术不受气候条件的限制，可在任何恶劣天气下进行定位，因此可以全天候的进行实时观测，解决了常规测量技术难题，在传统的测量方法中，测站间相互通视一直是测量学的难题，常因通视而影响施工布置和施工工期。GPS测量技术观测率高，采用GPS 布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30 分钟左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短GPS 定位精度高。除此之外，GPS技术在动态物体的定位方面比较擅长，建筑物摆动周期和摆动规律用传统方法是无法解决的，但采用GPS 技术却很容易实现。
5.GPS技术在高层建筑测量中的应用
5.1测量点的选择
在利用GPS进行高层建筑的测量时，由于各观测点之间不需要相互通视，因此测量点的选择和测量网图形结构的设置都比较灵活。除了要满足基本要求之外在选择观测点时还应注意以下几个方面内容：
(1)注意避免干扰。GPS测量采用无线通讯的方式测量点应远离大功率无线发射源以避开电磁信号的干扰，也应注意远离高压输电线如无法避开距离也应大于50m。
(2)远离水域。由于水面容易引起路径效应，因此测量点要远离面积较大的河流湖泊水库等水域，以便确保测量精度。
(3)应尽量设置在地势较高的地方。出于获得更好的视野更强的信号的目的，测量点应尽量设置在地势较高的位置在选址时，还要注意所进地址周围15m以内不能有障碍物或者其他GPS系统的存在。
(4)保证稳定性。测量点所在地的地面基础要稳定，以便更好的对其进行保存。如果选用的是原有的测量点位则应对其稳定性进行复核。
5.2标志的设定要求
高层建筑施工GPS网点应埋设具有明显而精准的标志，点的标志应能够保持到高层建筑施工完成且能够被有效地利用，特别是设在施工场区外的点，应保证在施工期间不被破坏。因施工期间，施工场区内施工人员众多，且施工工序往往由不同的施工队伍进行，除了将标志设在不易受施工影响的地方外，还应委托专人保护，每个点位标志设定工作结束后，应按表填写点之记并提交相应资料。
5.3 GPS在变形监测中的应用
GPS测量能否用于变形监测，其测量精度是否能够达到对变形监测的要求，是成为GPS能否在变形监测中应用的关键。对于当前的高层及超高层建筑施工来说，GPS变形监测主要包括以下几个方面：数据收集、数据传输平差、坐标转换及精度确定等内容。对于GPS施工过程中的变形监测来说，数据处理主要是对数据进行平滑滤波检验，降低粗差，从而能够统一数据文件，并进行数据文件的标准化加工。对于施工过程中的变形检测来说，不同类型的工程建筑物，变形观测的精度要求差别也较大。典型的建筑物变形监测精度为1mm至10mm。对于高层建筑来说，变形监测显得十分重要而且必须满足工程建设的精度要求，而采用传统的测量方法进行变形监测时由于其自身的一些局限，难以在精度及效率上达到施工的要求，而GPS要精度及效率上都能够满足施工的需要。在利用GPS进行变形监测时，能够使数据精度达到更加合理要求，从而对于后期的变形监测起到事半功倍的效果。
5.4测量数据的等级划分
通过对各项指标和要求的分析高层建筑GPS测量数据一般会被分为四个等级：
(1)精确。如果各测量点和基准站的位置选择均非常合理，数据的发送和接受均比较流畅，在整个测量过程中设备没有出现故障或得到了及时修复，摊作和运算都符台有关标准的规定，那么所得到的有关数据就可以被认定为是精确的。
(2)合格。如果测量点和基准站位置的选择存在一定问题，数据的发送和接受出现障碍并导致10%以上的数据无效，但其余操作均符台有关要求的，则认定所得到的有关数据为合格。
(3)存在疑问。如果测量点和基准站所受到的干扰比较严重，设备故障频繁且导致20%以上的数据将无效，并且各顷操作都有违规现象，就可将所得到的数据判定为存在疑问。
(4)不合格。若整个过程所使用的卫星小于4颗，数据接受困难且有30%的数据因各种原因无效，就可以认定所得到的测量数据为不合格。
6.结论及尚待解决的难题
由于在超高层建筑施工中应用定位技术有着传统方法所以无法比拟的优越性，同时在理论上也具有可行性。从技术的角度来看，应用加计算机系统监控超高层建筑施工还存在有以下技术难题：
(1)尚需开发顾及建筑施工特点的专用软件和监控温度、风向、日照变化的仪器，加深对上述变化规律的认识，以期对施工生产起到有效的指导作用。
(2)如何在计算机分析软件处理过程中，过滤掉由于交叉施工而引起的偶然变位，比如混凝土倾倒荷载作用、混凝土的振捣力、钢结构构件吊装等。
(3)如何采取有效措施加快数据采集、处理工作，以保证施工工作快速顺利进行。
(4)如何采取措施防止由于城市密集建筑群以及电磁波等对接受信号的阻碍和影响。
参考文献：
【1】薛美琴，陈剑峰浅谈沉降观测在高层建筑中的应用【J】.科技信息学术研究：2007.3.6：196.
【2】苏亚军，骆江.浅议GPS在高层建筑测量拖工中的应用【J】.中国西部科技：2008.7：7.
【3】赵宜行.GPS在高层建筑变形监测中的应用【J】技术与创新管理：2009.2：30.
