邵彩霞
(尉氏縣規(guī)劃建設(shè)局,河南 開封 475500)
淺談GPS測量技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用
邵彩霞
(尉氏縣規(guī)劃建設(shè)局,河南 開封 475500)
本文主要闡述了傳統(tǒng)的測量方法與GPS測量技術(shù)進(jìn)行了各自優(yōu)勢的對比,闡明了GPS測量技術(shù)的特點(diǎn)、使用原則及在高層建筑測量中的應(yīng)用。
GPS測量技術(shù);建筑工程;高層建筑
GPS全球定位系統(tǒng)是美國為其陸軍、海軍和空軍提供全天候、全球性的、實時的導(dǎo)航定位服務(wù)而研制的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。GPS定位控制系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站,主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對GPS的觀測數(shù)據(jù)計算衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入衛(wèi)星中去,同時還對衛(wèi)星進(jìn)行控制,向衛(wèi)星發(fā)布指令,調(diào)度備用衛(wèi)星等[1],GPS定位系統(tǒng)作為新型技術(shù),它具有定位準(zhǔn)確、測量速度快、對基本控制網(wǎng)點(diǎn)密度沒有要求等特點(diǎn),近年來在各種工程測量中,都得到了廣泛應(yīng)用。
第一種是吊線墜法。這是一種傳統(tǒng)的測量方法,它常常受到空氣能見度的影響比較大(比如:雨、雪、大霧、揚(yáng)沙、浮塵、沙塵暴、風(fēng)速等惡劣氣象要素),再加上測量精度比較低,一般情況下都不再采用這種方法測量了。第二種是經(jīng)緯儀斜投測法。這種方法測量精度比較高,但是,由于經(jīng)緯儀屬于光學(xué)儀器類別,它對空氣能見度有一定的要求,在操作中有一定局限性。這種測量方法對控制點(diǎn)有一定的要求,控制點(diǎn)與離建筑物必須有一定距離,從目前的建筑規(guī)劃情況看,各個建筑物都比較密集,施工場的面積很難滿足經(jīng)緯儀斜投測法要求。這種測量方法受到天氣條件的影響也比較大。第三種是激光經(jīng)緯儀法和垂準(zhǔn)儀法。這兩種設(shè)備都屬于光學(xué)儀器,都具有測量精度高,實施及操作方便等特點(diǎn),也是近年來高層建筑施工當(dāng)中最為常用的測量方法;光學(xué)儀器最大的缺點(diǎn)是要求先決條件,不論在任何情況下,就必須保持通視孔的通透性能,隨著建筑技術(shù)和建筑材料性能不斷提高,建筑物的高度也會不斷增加;從而會出現(xiàn)因日照、溫度、風(fēng)荷載等作用,也會帶來施測困難。第四種就是GPS測量技術(shù)。由于GPS定位精度高、速度快,還能夠?qū)崟r提供任一點(diǎn)的坐標(biāo),是現(xiàn)在和今后建筑施工的最理想的測量方法。
2.1 定位精度高
首先是GPS測量基線的精度:近年來已經(jīng)由原來10-7,逐步提高到了10-6。
其次是靜態(tài)相對定位精度:也達(dá)到了毫米級別,若是針對有特殊要求的測量項目,可以采取特殊措施處理,能夠達(dá)到亞毫米的級別。
第三是GPS實時動態(tài)定位精度:對于一般的工程測量,能達(dá)到cm級,對于大型建筑物、高層建筑物、構(gòu)筑物變形監(jiān)測等測量項目中,若采用特殊措施,并安裝精密星歷和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件以后,其精度(平面)能夠達(dá)到亞毫米級,而且,高程的精度能夠穩(wěn)定在1mm級,都能購滿足各種工程測量要求。
2.2 測量時間大大縮短
近年以來,隨著GPS全球定位系統(tǒng)的附屬設(shè)備進(jìn)一步完善,GPS測量軟件的功能和水平不斷的加強(qiáng)和提高,測量的時間已經(jīng)比原來的幾小時,已經(jīng)縮短到了現(xiàn)在的幾十分鐘,作業(yè)效率已經(jīng)明顯提高。
2.3 GPS測量站間不需要通視
光學(xué)測量設(shè)備在實施測量時,都有嚴(yán)格的通視要求,還要設(shè)置大量的規(guī)標(biāo),要求測量場地大而寬闊,因此受到了一定的局限性,給測量工作帶來各種的困難。GPS全球定位系統(tǒng)測量只有一項要求,測站上空與衛(wèi)星的聯(lián)系通道開闊就可以了,測站之間不需要相互通視,也不需要設(shè)置規(guī)標(biāo)。這樣既節(jié)省時間又節(jié)省測量經(jīng)費(fèi)。
2.4 GPS接收設(shè)備操作簡便
目前GPS測量地面設(shè)備的自動化程度非常高。操作步驟非常簡單,觀測的時候測量員只要把地面接收設(shè)備安裝好,按順序鏈接信號電纜,將測量接收設(shè)備天線安裝到指定高度,記錄氣象地面觀測主要數(shù)據(jù),把監(jiān)視儀器的狀態(tài)調(diào)整好,具體的定為實時測量工作,GPS設(shè)備能夠自動完成捕獲、跟蹤、觀測和記錄等任務(wù)。測量完畢,只需要將設(shè)備關(guān)閉收好就行了。
2.5 不受任何條件的限制,實施全天候定位
GPS衛(wèi)星數(shù)目多達(dá)36顆,在太空分布比較均勻,能夠完全覆蓋整個地球各個區(qū)域,能夠保證用戶在地球任何一個地方、任何時間進(jìn)行觀測,都能保證4顆以上的GPS衛(wèi)星為你服務(wù)。
2.6 能夠為用戶提供全球統(tǒng)一的三維地心坐標(biāo)
在實際工程運(yùn)行中,“必須將三維GPS基線向量觀測值和其方差陣投影,統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成為工程坐標(biāo)系的二維平面上”[2]。也就是說“要將GPS基線網(wǎng)的投影,變換成為工程使用的測量控制網(wǎng)。轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵步驟是使GPS基線向量網(wǎng)要與常規(guī)地面網(wǎng)測量的控制點(diǎn)(原點(diǎn))重合,保證其始方向一定要保持一致”[3]。在實際的工作中,為了更好地使用測量結(jié)果,要求轉(zhuǎn)換的控制點(diǎn)坐標(biāo)直接反算的邊長,要與實地測量的邊長其長度應(yīng)該相等。
3.1 觀測點(diǎn)的選擇
光學(xué)測量儀器選擇觀測點(diǎn),對于點(diǎn)與點(diǎn)的通視程度有一定要求;而GPS測量選擇觀測點(diǎn)之間對于是否通視不作要求。在選擇的時候只要滿足常規(guī)要求并注意掌握下面幾條原則;原則一,防止電磁信號干擾原則。在選點(diǎn)時,首先注意盡量避開大功率無線發(fā)射源,有效距離應(yīng)保持在二百米以上;其次是注意避開20KV以上的高壓輸送電線,最好是保持五十米以上的距離。原則二,避免電磁波反射原則。在選擇測量點(diǎn)的時候,最好要避開大面積的水域,主要防止水面鱗波對電磁波的反折射的干擾,減小多路徑效應(yīng)的影響。原則三,保持測量點(diǎn)上方開闊原則。最好將觀測點(diǎn)設(shè)置在高層建筑的頂層,并且平視視覺范圍內(nèi)周邊一百五十米以內(nèi)不得有任何障礙物,避免衛(wèi)星信號對接收機(jī)的影響。
3.2 技術(shù)參數(shù)的設(shè)置
技術(shù)參數(shù)的設(shè)置,主要有設(shè)計精度設(shè)置、觀測計劃設(shè)置、設(shè)計基準(zhǔn)設(shè)置和網(wǎng)形設(shè)置等。在實際測量中確定設(shè)計精度的時候,要注意掌握測量區(qū)域的實際情況和測量工程的實際需求,來設(shè)置工程或者設(shè)置城市CPS網(wǎng)作為測量區(qū)域的首級控制網(wǎng)。在設(shè)置平均邊長的時候,注意掌握在1 km以內(nèi),弱邊相對誤差注意掌握在千分之一以下。“GPS接收機(jī)的標(biāo)稱精度誤差應(yīng)該掌握在a≤15mm。在觀測設(shè)計方面,GPS衛(wèi)星的可見預(yù)報圖和幾何圖形強(qiáng)度是最佳的依據(jù),注意選擇最有利于觀測的時段,注意進(jìn)行作業(yè)調(diào)度表的編排工作”[4]。
3.3 觀測點(diǎn)標(biāo)志的設(shè)定
在設(shè)置GPS測量點(diǎn)位標(biāo)志的時候,要本著便于測量、不宜改動的原則,設(shè)置點(diǎn)位標(biāo)志要明顯,一定要能夠保持到建筑工程施工完成以后,還能夠被有效利用的程度,對于施工場地外圍的測量點(diǎn)位,其標(biāo)志也要保證在整個施工期間不能被損壞。
隨著我國綜合國力的進(jìn)一步增強(qiáng),各條戰(zhàn)線、各個領(lǐng)域都在突飛猛進(jìn)的發(fā)展。建筑行業(yè)也不例外,傳統(tǒng)的測量技術(shù)已經(jīng)滿足不了建筑業(yè)快速發(fā)展的需要,在發(fā)展過程中遇到的新情況、新問題,傳統(tǒng)的測量技術(shù)和測量方法已經(jīng)滿足不了新情況、新問題的要求;也就是說現(xiàn)在工程對測量設(shè)備的要求越來越高,應(yīng)滿足在溫差比較大、太陽光照特別強(qiáng)、風(fēng)載強(qiáng)度大的情況下,要克服這些環(huán)境因素的影響,保證準(zhǔn)確、迅速地進(jìn)行高程傳遞,平面軸線控制工作任務(wù)。GPS測量技術(shù)都能適應(yīng)這些特殊自然環(huán)境,在高層建筑的測量中發(fā)揮出了自身的獨(dú)特優(yōu)勢和效能。當(dāng)今時代,積極采用高科技手段組織施工,采用最新的測量技術(shù)作支撐,能充分保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,促使工作效率將會成倍提高。
[1]劉奎,馬海軍.淺析GPS技術(shù)及其在工程測量中的應(yīng)用[J].中國科技博覽,2011(19):286.
[2]苗殿勇.GPS在工程測繪上的精確應(yīng)用與發(fā)展[J].投資與合作:學(xué)術(shù)版,2011(11).
[3]李祖鋒,高建軍,繆志選,張明山.利用最優(yōu)抵償投影面算法限制GPS邊長投影變形[J].測繪工程,2010(1):75-77.
[4]張蓉蓉,唐超.淺談在高層建筑施工中GPS測量技術(shù)應(yīng)用[J].中國科技博覽,2010(35):634.
U412.24
A
1671-0037(2014)09-96-2
邵彩霞(1975.10-),女,本科,工程師,研究方向,城鄉(xiāng)建設(shè)與規(guī)劃管理。