劉大林

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

關(guān)鍵詞：高層建筑；GPS測(cè)量技術(shù)；定位；測(cè)量精度

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

GPS測(cè)量技術(shù)是一種新興的測(cè)量技術(shù)，定位速度快，使用比較低的工程控制網(wǎng)點(diǎn)密度布置就能夠獲得理想的測(cè)量精度，所以，它被廣泛應(yīng)用于高層建筑施工、竣工驗(yàn)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(yùn)動(dòng)的微型瞬間位置作為初始數(shù)據(jù)，通過(guò)空間距離后方交會(huì)確定待測(cè)點(diǎn)的位置。

1 基本原理和特點(diǎn)

1.1 GPS

全球定位系統(tǒng)（GPS）是20世紀(jì)70年代美國(guó)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(cè)量

GPS測(cè)量的精度非常理想，小于50 km基線，其相對(duì)定位精度達(dá)到了1×10-6，大于1 000 km基線，能夠達(dá)到測(cè)站間的相互通視。同時(shí)，GPS測(cè)量需要的觀測(cè)時(shí)間比較短，靜態(tài)相對(duì)定位需要20 min，動(dòng)態(tài)相對(duì)定位幾秒鐘內(nèi)就能夠完成，而且GPS測(cè)量的儀器比較簡(jiǎn)單，觀測(cè)人員通過(guò)對(duì)中、增平和測(cè)量天線的高度、設(shè)定測(cè)量參數(shù)后，接收機(jī)就能夠自動(dòng)記錄測(cè)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(cè)，對(duì)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(huì)法定位。將GPS系統(tǒng)接收機(jī)設(shè)置在需要定位的位置點(diǎn)，接收機(jī)在某一時(shí)段同時(shí)接收3顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，經(jīng)過(guò)一系列數(shù)學(xué)計(jì)算就能夠得到GPS衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離，通過(guò)距離交會(huì)法最終獲得待測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

1.3 高層建筑常見的測(cè)量方法

當(dāng)前，高層建筑施工測(cè)量方法主要有線錘鉛直投測(cè)、經(jīng)緯儀斜投測(cè)和激光測(cè)距等方法。線錘鉛直投測(cè)法是一種比較古老的測(cè)量方法，測(cè)量精度難以滿足高層建筑越來(lái)越嚴(yán)格的技術(shù)要求，并且測(cè)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(cè)方法的測(cè)量精度能夠滿足高層建筑的測(cè)量要求，但是，其開展過(guò)程比較煩瑣，具有一定的局限性，適用性不強(qiáng)；激光測(cè)量方法則包括經(jīng)緯天頂儀、天底儀豎向投測(cè)等測(cè)量方案，施工精度很高，并且

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

將這些測(cè)量技術(shù)與GPS測(cè)量技術(shù)比較發(fā)現(xiàn)，在施工過(guò)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(duì)其的影響，增加了施測(cè)的難度。使用GPS測(cè)量技術(shù)則能夠在維持較高精度的同時(shí)快捷地完成測(cè)量工作，是一種比較理想的測(cè)量方法。

2 高層建筑施工GPS測(cè)量

2.1 測(cè)點(diǎn)選擇

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

2.1.1 減少電磁場(chǎng)干擾

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

2.1.2 遠(yuǎn)離電磁波大面積反射介質(zhì)

點(diǎn)位不能設(shè)置在大面積水域或?qū)﹄姶挪ǚ瓷洹⑽諒?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(diǎn)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(shí)，要保障視場(chǎng)周圍15°以上無(wú)障礙物，防止信號(hào)被吸收或遮擋。

2.1.4 方便交通

測(cè)點(diǎn)要盡量設(shè)置在交通方便的位置，便于與其他測(cè)量設(shè)備聯(lián)合定位。選點(diǎn)技術(shù)人員在選擇點(diǎn)位時(shí)要踏勘，按照實(shí)地規(guī)程選點(diǎn)定位。如果需要進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)時(shí)，要實(shí)地踏勘水準(zhǔn)路線。

2.1.5 基礎(chǔ)穩(wěn)定

測(cè)點(diǎn)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(cè)量工作中。

2.2 標(biāo)志設(shè)定

高層建筑施工測(cè)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(chǎng)地外的測(cè)點(diǎn)，要格外注意相關(guān)標(biāo)志不能在施工期間被破壞。測(cè)點(diǎn)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(chǎng)內(nèi)外的施工人員對(duì)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(cè)量精度設(shè)計(jì)

高層建筑施工GPS測(cè)量精度的設(shè)計(jì)，按照水平距離和精度可劃分為二、三、四核一，二級(jí)。因?yàn)楦邔咏ㄖ礼PS網(wǎng)中，相鄰測(cè)點(diǎn)之間的距離通常都超過(guò)了1 km，所以，屬于二級(jí)測(cè)量。GPS測(cè)量精度是GPS網(wǎng)絡(luò)測(cè)量中非常關(guān)鍵的量，精度級(jí)別對(duì)GPS網(wǎng)點(diǎn)布置方案、觀測(cè)計(jì)劃和數(shù)據(jù)處理有非常大的影響。如果高層建筑的邊長(zhǎng)在200 m以內(nèi)，那么，邊長(zhǎng)誤差應(yīng)該在20 mm內(nèi)。在實(shí)際選用中，還要考慮工程人力、物力、財(cái)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(yàn)。

2.4 測(cè)點(diǎn)天線安裝

正常的測(cè)點(diǎn)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(duì)中，同時(shí)，整平天線基座上的圓水準(zhǔn)氣泡。

一些特殊測(cè)點(diǎn)的天線可能需要設(shè)置在三角點(diǎn)基板或者回光臺(tái)上，這就需要將覘標(biāo)頂部拆除，減少信號(hào)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(huì)導(dǎo)致信號(hào)不連續(xù)。此時(shí)，可以進(jìn)行偏心觀測(cè)，在距三角點(diǎn)100 m以內(nèi)的位置，可以采用解析法測(cè)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(shí)，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(cè)點(diǎn)，比如建筑物施工層，需要從3個(gè)方向固定天線，避免它倒地。圓盤天線120°間隔3個(gè)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(cè)量手簿中。在高層建筑施工中，可以不觀測(cè)氣象要素，但是要做好相應(yīng)的記錄。

2.5 測(cè)量

GPS觀測(cè)作業(yè)的關(guān)鍵工作是接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)跟蹤、處理，從而獲得施工測(cè)量需要的定位信息和觀測(cè)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(dòng)接收機(jī)，就可以開始觀測(cè)。接收機(jī)鎖定衛(wèi)星記錄數(shù)據(jù)之后，觀測(cè)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(cè)量過(guò)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(wú)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(cè)量數(shù)據(jù)之后，要注意查看衛(wèi)星數(shù)量、信號(hào)、定時(shí)定位結(jié)果等。在一個(gè)觀測(cè)時(shí)段中，不能關(guān)閉又重新啟動(dòng)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(yǔ)

高層建筑GPS施工測(cè)量技術(shù)的測(cè)量精度更高，它能夠滿足高層建筑施工設(shè)計(jì)的要求，而且工作效率較高，對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)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(cè)定到位，誤差傳遞和積累定位的精度比較高，測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)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(cè)量技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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

[2]侯國(guó)富.建筑工程測(cè)量[M].北京：測(cè)繪出版社，2011.

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

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

〔編輯：白潔〕