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GPS测量在高层建筑施工中的应用

高层建筑的不断出现,对施工技术和质量控制的要求也越来越高,常规建筑所没有的矛盾和难题也逐渐暴露出来,而由于GPS测量技术的优点,在高层建筑的施工测量中能提高工作效率,所以得到广泛应用。 

  【关键词】GPS;高层建筑;测量 
 
  GPS 测量技术是近几年出现的一种测量技术,它以定位速度快,可以减少工程基本控制网点密度等特点在建筑施工测量中广泛应用。 
 
  1、GPS测量特点 
 
  GPS测量具有如下特点: 
 
  1.1测量精度高,在小于50km 的基线上,其相对定位精度可达1x10-6,在大于1000km的基线上可达1x10-8。 
 
  1.2测站间无需通视,GPS测量不需要测站间相互通视,根据需要确定点位。 
 
  1.3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。 
 
  1.4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。 
 
  1.5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。 
 
  2、在高层建筑测量中的应用 
 
  2.1观测点的选择 
 
  由于GPS 测量观测点之间无相互通视要求、而且测量网的图形结构也比较灵活、所以测点的选择工作较比较简便,测点的选择除了满足常规要求外,还应遵循以下原则:(1)避免电磁场信号的干扰。点位应远离大功
率无线电发射源,其距离要大于200m;点位也要远离高压输电线,其距离要超过50m。(2)点位附近不应有大面积的水域或电磁波反射,以减少多路径效应的影响。(3)点位应设在目标显著的地方,一些高层建筑物顶
层作为观测点比较理想,在视场周围15m 以上不应有障碍物或者己建成建筑物GPS系统。(4)点位应选在交通方便的地方,点位所构成的网形应有利于同步观测边,点联结。(5)点位所在地面基础要稳定,易于点的保
存,当利用原有点位时,应对其稳定性。 
 
  2.2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。 
 
  2.3观测的方式与过程 
 
  2.3.1变形监测 
 
  变形监测主要是监测像大桥、水库大坝、高层大楼等建筑物、构筑物的地基沉降、位移以及整体的倾斜等状况。监测工作的特点是被监测体的几何尺寸巨大,监测环境复杂,监测技术要求高。常规的监测技术是应用水
准测量的方法,监测地基的沉降:应用三角测量的方法,监测地基的位移和整体的倾斜。GPS 技术在该领域有广泛的应用。比如为了监测大坝或边坡的形变,可在远离大坝或边坡的适当位置,选择若干基准点,同时在形
变区选择若干监测点。在基准点和监测点上分别安置GPS接受机,进行连续自动观测,并采用适当的数据传输技术,实时地将监测数据自动地传输到数据处理中心,进行分析、处理和显示。 
 
  2.3.2带RTK的碎部测量与放样 
 
  RTK(RealTimeKinematic)技术,即载波相位差分技术,是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。RTK系统由基准站和移动站组成,将基准站采集的载波相位发送给用户,用户根据基准站的差分信息进行
求差解算用户位置坐标。RTK 技术操作过程如下:将GPS 接收机放在待定的特征点上1、2秒钟,同时输入该特征点的编码即可。把一个小区域内的地形、地物特征点测定后传入计算机,然后形成所要的效果图。 
 
  2.4观测记录 
 
  在高层建筑施工GPS 观测工作中,所有资料均需妥善记录,记录形式主要可采用观测记录和测量手簿等两种。 
 
  2.4.1 观测记录 
 
  观测记录有GPS 接收机自动进行均记录在存储介质。如硬盘,硬卡或记录卡等,其主要内容有:(1)波相位观测值及相应的观测历元;(2)同一历元的测码伪距观测值;(3)GPS 卫星星历及卫星钟差参数;(4)
实时绝对定位结果;(5)测站控制信息及接收机工作状态信息。 
 
  2.4.2测量手薄 
 
  测量手簿是在接收机启动前及观测过程中,由观测人员随时填写的。观测记录和测量手簿都是GPS 精密定位的依据,必须认真及时填写,坚决杜绝事后补记或追记,外作业中存储介质上的数据文件应及时拷贝一式两
份。分别保存在专人保管的防水,防静电的资料箱内。存储介质的外面,适当处应贴制标签。注明文件名、网区名、点名、时段名、采集日期、测量手簿编号等。接收机内存数据文件在转录到外存介质上时,不得进行任何
剔除或删改,不得调用任何对数据实施重新加工组合的操作指令。 
 
  3、观测数据的评价标准 
 
  在高层建筑施工GPS 静态相对定位中,观测数据的评价一般分为四级,即良好、合格、存疑和不合格。 
 
  3.1良好 
 
  良好具有如下要求:(1)测量基准点环境好,无施工振动,焊接作业及其它电磁波等因素干扰;(2)观测过程中大气状况稳定能观测到所有预报的卫星;(3)接收机运行正常,没有或偶尔发生短暂的失锁或故障报
警,但很快得以排除:(4)测点上全部操作过程都符合规定,资料齐全;(5)实时绝对定位解收敛平稳。 
 
  3.2合格 
 
  合格具有如下要求:(1)测点上有施工振动、焊接作业及其它电磁波等干扰: 
 
  (2)观测过程中大气状况有明显的波动,如有暴风雨过境和气象突变等: 
 
  (3)接收机运行不大正常,多次出现报警或卫星失锁,且由于未能及时排除或多次积累致使约有10% 的观测数据无效;(4)测站上的操作过程基本符合要求:   (5)实时单点定位解的收敛过程有波动。 
 
  3.3存疑 
 
  合格具有如下要求:(1)测站上信号干扰因素比较严重;(2)观测过程中报警或信号失锁频繁,有约20%的观测数据无效;(3)单点定位解的收敛波动较大。 
 
  3.4不合格 
 
  合格具有如下要求:(1)由于多种因素,如气象、仪器、高层建筑施工操作等影响,致使无效数据多于30%;(2)观测卫星数少于4颗;(3)单点定时定位解收敛很困难。 
 
  4、结束语 
 
  通过该工程的技术实践,表明GPS 技术具有高精度,高效率和对基准点依赖性低的特点,取得了良好的效果,相对于传统建筑施工定位技术,具有如下优点: 
 
  (1)施工测量控制网一次测定到位,无误差的传递和积累,定位精度高。 
 
  (2)数据测定和分析均使用计算机处理,避免了人为误差产生。 
 
  (3)其观测基准点主要用于确定起算点和起算方向,互相不通视,变换观测基准点均不影响观测精度,即使发生一个观测基点破坏的情况,仍可正常建立楼层施工控制网。 
 
  (4) 对楼层施工控制网基点的选择约束较少,各点之间可以不相互通视,点数和点位也可以根据实际要求变化,均不影响定位精度,并能准确测定建筑物的日照变形和振动变形。 
 
  以上工程的实施充分体现了GPS 测量的优越性,但在工程施工和后续工程的建设中也暴露出了一些问题,主要有: 
 
  (1)大量的工程事例证明,虽然GPS 高程测量能够达到一定的精度,但GPS 施测的市政工程测量控制点,应进一步用常规仪器进行水准连测,保证高程精度满足市政工程建设的需要。 
 
  (2)GPS测量中所选择的控制点位置的差异直接影响到观测点位的精度。由于GPS 测量是通过接收卫星发射的信号经过数据处理而得到点位坐标的,因此任何可能影响信号接收的情况发生时,所测定的点位坐标都可
能产生误差。 
 
  参考文献: 
 
  [1]梁燕芬.谈高层建筑施工测量[J].广东建材,2008,(3). 
  [2]李良玉.GPS测量高层建筑施工的外业实施[J].广东建材,2007,(4). 
  [3]姚刚,刘星,张希黔.高层建筑施工GPS测量的技术设计与应用[J].四川建筑科学研究,2004,(1).

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