何 超

(重慶市勘測(cè)院，重慶 401121)

GNSS技術(shù)在高層建筑定位基準(zhǔn)傳遞中的應(yīng)用

何 超

(重慶市勘測(cè)院，重慶 401121)

介紹了GNSS的組成及測(cè)量原理，結(jié)合GNSS技術(shù)應(yīng)用于某高層建筑施工定位基準(zhǔn)傳遞的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理實(shí)例，將測(cè)量結(jié)果與相關(guān)建筑測(cè)量規(guī)范進(jìn)行了對(duì)比，從而論證了GNSS技術(shù)應(yīng)用于高層建筑施工測(cè)量是可行的。

GNSS,高層建筑,施工測(cè)量,基準(zhǔn)軸線

在高層、超高層建筑施工過程中，平面位置基準(zhǔn)的控制與傳遞、建筑整體傾斜的控制是對(duì)建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)的重中之重。隨著施工工藝、施工成本控制等要求的不斷提高，對(duì)施工測(cè)量中數(shù)據(jù)采集的速度、數(shù)據(jù)成果的精度也提出了更高的要求，依靠傳統(tǒng)技術(shù)手段已經(jīng)越來(lái)越難以滿足工程施工進(jìn)度、施工質(zhì)量的需求。

根據(jù)傳統(tǒng)的施工測(cè)量方式，一般將平面位置的傳遞和豎向位置的傳遞分別進(jìn)行。垂球法、邊角交會(huì)法、投點(diǎn)法等方法是平面位置傳遞的常用方法；高程基準(zhǔn)傳遞常用幾何水準(zhǔn)測(cè)量法、鋼尺量距法、三角高程測(cè)量法等，測(cè)量效率和精度受到很大限制。

GNSS技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)廣為用戶接受，并逐漸應(yīng)用于精密工程測(cè)量領(lǐng)域。2012年年底，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開始向亞太地區(qū)提供定位服務(wù)，采用GPS，GLONASS和BDS進(jìn)行三星組合定位精度后，GNSS定位精度和效率又有所提高。不久，Galileo系統(tǒng)也將投入使用，可以預(yù)見，GNSS應(yīng)用的前景非常廣闊，相對(duì)測(cè)量精度非常高的特點(diǎn)也將在施工測(cè)量中得以更加充分的體現(xiàn)。

1 GNSS的組成及測(cè)量原理

1.1 GNSS的組成

GNSS是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System)的英文縮寫，它是在軌工作的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的總稱。目前，GNSS系統(tǒng)主要有美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS和我國(guó)自主研制的北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，歐盟的Galileo系統(tǒng)也將投入使用。

GNSS系統(tǒng)一般包括空間部分、地面部分和用戶部分三個(gè)方面。其中空間部分是指空間衛(wèi)星星座，由定位衛(wèi)星組成，他們提供星歷和時(shí)間信息，同時(shí)發(fā)射偽距和載波信號(hào)以及提供其他輔助信息；地面部分是地面控制系統(tǒng)，對(duì)所有觀測(cè)資料進(jìn)行初步處理，確定衛(wèi)星的軌道、推算編制各衛(wèi)星的星歷、修正衛(wèi)星鐘差和大氣層的參數(shù)等；用戶部分是儀器設(shè)備，主要由接收機(jī)硬件和數(shù)據(jù)處理軟件組成，在解析GNSS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)后獲取定位信息。

1.2 GNSS的原理

GNSS的定位原理可以總結(jié)為高精度的距離交會(huì)。在獲取衛(wèi)星運(yùn)行的軌道、時(shí)間等信息的基礎(chǔ)上，通過地面設(shè)備與定位衛(wèi)星的距離來(lái)確定地面點(diǎn)的位置。一般來(lái)說，地面設(shè)備與三顆衛(wèi)星建立距離聯(lián)系，就可以通過距離交會(huì)確定地面設(shè)備的位置。在實(shí)際工作中，獲得越多定位衛(wèi)星的信息，定位越快速、準(zhǔn)確。GNSS定位原理如圖1所示。

GNSS測(cè)量的距離公式為：

其中，ri為接收機(jī)到第i顆衛(wèi)星的距離；i為衛(wèi)星的索引號(hào)；(xsvi，ysvi,zsvi)為第i顆衛(wèi)星的位置；(xue，yue，zue)為用戶的位置。

2 工程概述

本項(xiàng)目測(cè)量的高層建筑由主樓和裙樓構(gòu)成。由于裙樓高度不到24 m，而主樓制高超過140 m，本項(xiàng)目GNSS技術(shù)主要用于主樓施工測(cè)量。為了提高工程質(zhì)量，確保建筑物的軸線定位及高程傳遞的精確度，并在運(yùn)營(yíng)期檢測(cè)建筑物落成后的動(dòng)態(tài)特性，以保證大樓的安全使用，受建設(shè)單位委托，利用GNSS技術(shù)對(duì)該高層建筑的基準(zhǔn)軸線進(jìn)行控制和檢測(cè)，并對(duì)該建筑物的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行檢測(cè)。本文將對(duì)基準(zhǔn)軸線控制部門進(jìn)行介紹。

根據(jù)本項(xiàng)目的工程技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)主樓的基準(zhǔn)軸線進(jìn)行控制。

3 主要工作內(nèi)容

3.1 內(nèi)控點(diǎn)的確立

在該項(xiàng)目的主樓中，根據(jù)設(shè)計(jì)和施工要求，共布設(shè)了4個(gè)內(nèi)控點(diǎn)。4個(gè)內(nèi)控均做好了標(biāo)記，標(biāo)記由施工單位制作和保護(hù)。測(cè)量實(shí)施時(shí)，通過與外部基準(zhǔn)網(wǎng)的聯(lián)測(cè)，來(lái)確定內(nèi)控點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。

3.2 外部基準(zhǔn)網(wǎng)的建立

外部基準(zhǔn)網(wǎng)的分布是否合理，是內(nèi)控點(diǎn)測(cè)量精度的保障。在實(shí)地踏勘和定位衛(wèi)星接收信號(hào)測(cè)試后，本項(xiàng)目共建立了5個(gè)基準(zhǔn)控制點(diǎn)，點(diǎn)號(hào)分別為GN01～GN05，這5個(gè)基準(zhǔn)控制點(diǎn)構(gòu)成本項(xiàng)目的GNSS基準(zhǔn)控制網(wǎng)。外部基準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)位分布均勻，最長(zhǎng)邊228 m，最短邊136 m，平均距離為170 m。在首次測(cè)量前，5個(gè)外部基準(zhǔn)點(diǎn)與3個(gè)已有城市高等級(jí)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)。

3.3 軸線控制坐標(biāo)系的建立

根據(jù)本項(xiàng)目4個(gè)內(nèi)控點(diǎn)坐標(biāo)值的相對(duì)關(guān)系，考慮到實(shí)際上只需要保證主樓的4個(gè)內(nèi)控點(diǎn)的位置在施工過程中不變，我們用4個(gè)內(nèi)控點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)作為基準(zhǔn)，建立獨(dú)立的施工坐標(biāo)系(軸線控制坐標(biāo)系)，將5個(gè)基準(zhǔn)控制點(diǎn)的坐標(biāo)換算到該施工坐標(biāo)系中，從而統(tǒng)一測(cè)量基準(zhǔn)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的公式如下式所示：

3.4 主樓的基準(zhǔn)軸線控制測(cè)量

在完成首次測(cè)量后，分別在主樓另外三個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了主樓軸線的復(fù)測(cè)和對(duì)比工作，分別是在施工到第11層、第20層和第29層的時(shí)候。其中，第11層為本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)層第1層，第20層為主樓標(biāo)準(zhǔn)層的最中間樓層，第29層為標(biāo)準(zhǔn)層最高樓層。

在標(biāo)準(zhǔn)層第1層、中間樓層、標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)束樓層，施工單位用激光垂準(zhǔn)儀把4個(gè)內(nèi)控點(diǎn)投影到本層樓面上，做好相關(guān)標(biāo)記，采用靜態(tài)GNSS的方式對(duì)4個(gè)內(nèi)控點(diǎn)進(jìn)行精密測(cè)量。

檢測(cè)時(shí)，采用9臺(tái)Trimble5800型GNSS接收機(jī)對(duì)內(nèi)、外控點(diǎn)組成的網(wǎng)進(jìn)行觀測(cè)，用GNSS基準(zhǔn)控制網(wǎng)對(duì)投影上來(lái)的4個(gè)內(nèi)控點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。觀測(cè)數(shù)據(jù)采用TBC進(jìn)行GNSS基線解算。

將四期觀測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的施工坐標(biāo)系下，后面三期與第一期進(jìn)行對(duì)比，較差的再與設(shè)計(jì)值比較。計(jì)算時(shí)，用X，Y的坐標(biāo)分量計(jì)算出偏移總距離，再利用偏移的距離與建筑高度的比值計(jì)算建筑的相對(duì)豎向偏移(見表1)。

表1 建筑偏差及垂直度計(jì)算表

根據(jù)現(xiàn)行建筑行業(yè)規(guī)范，上述數(shù)值在規(guī)范限差要求之內(nèi)。經(jīng)用常規(guī)方法復(fù)核，較差也在規(guī)范限差之內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過在高層建筑中施工的應(yīng)用實(shí)例，驗(yàn)證了GNSS技術(shù)在高層建筑施工中應(yīng)用的技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)施、數(shù)據(jù)處理、誤差分析的基本方法，我們獲得了如下幾個(gè)方面的成果。通過該工程中GNSS定位控制的應(yīng)用，表明GNSS對(duì)于高層建筑施工的定位及放樣具有良好的適用性。

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Application of GNSS in positioning reference transmission of high-rise building

He Chao

(ChongqingSurveyInstitute,Chongqing401121,China)

It introduces GNSS organization and measurement principles. Examples of data acquisition and data processing in the construction of a high-rise building positioning datum transfer with the application of GNSS technology, comparison of the measurement results will be standard and related construction measurement, which demonstrates the application of GNSS technology in the construction of high-rise building is a feasible measure.

GNSS， high-rise building， construction survey， datum axis

1009-6825(2017)21-0196-02

2017-05-16

何 超(1989- )，男，助理工程師

TU198

A