高层建筑GPS—RTK高精度定位测量研究

金芳芳

(盐城工学院 土木工程学院,江苏 盐城 224051)

高层建筑GPS—RTK高精度定位测量研究

金芳芳

(盐城工学院 土木工程学院,江苏 盐城 224051)

采用高精度 GPS—RTK静态测量模式，将2台GPS基准站置于地面上的基准控制网点上，通过对GPS—RTK定位测量系统的测量，测算出楼面控制点在施工坐标系中的具体坐标。并通过全站仪来照准待放样点在楼层顶面上的具体位置，以达到精确测量和放样的目的。优点：可以消除传统方法中的累积误差，提高建筑结构垂直度；不受观测孔限制，测量和放样的精度高，操作简便，工作效率较高。此方法的扩展使用性强，可用于其他不同的施工项目中。

高层建筑;GPS定位;测区控制点;放样点

在高层建筑施工过程中，由于主楼结构高度的原因，为高层建筑主楼上部结构提供精确的定位点成为一个测量难题。目前传统的楼层测量方法是天顶法[1]，即使用天顶仪将下面楼层的定位点通过预留孔道穿过楼层传递到施工楼层上。由于天顶法观测高度的局限性，测量时需要进行基准点转换，从而不可避免地产生累积误差[2-3]。在施工中，由于叠加结构自身的竖向变形，该误差还将被加剧放大；另外，观测的需要在各层面预留观测孔并保持畅通，当视线受阻或自然条件不佳时，施测就无法进行。

随着全球定位系统(GPS)技术的快速发展，RTK测量技术日益成熟，以实时定位、施测灵活和高效率等优点被广泛应用于地形测绘、地籍测量、工程测量和土地利用规划等工程建设中[4]。RTK测量目前在工程中广泛应用的是相对定位模式，而其静态定位则是精度最高的作业模式[5-6]。

1 用GPS-RTK提供精确的定位点

以建造高层建筑的某工程项目为例，其施工区域平面见图1。

(1)项目开始实施前，城市规划局勘测测绘院为该项目提供高等级测区控制点4个，分别为GPS1、GPS2、GPS3、GPS4，4个测区控制点覆盖了整个施工区域 ，与高层建筑间的距离大于300 m。

图1 某项目的施工区域平面图 Fig.1 A project plan construction area

(2)取GPS1和GPS2两点(4点中任选2点)为高层建筑外围的测区控制点，分别打入十字钢钉进行标识。采用高精度GPS静态测量模式，将2台GPS接收机分别置于GPS1、GPS2两点处的钢钉上并设其对中。在高层建筑的楼层顶面上任意标记2个楼层控制点A和B，并对其喷漆或埋设水泥十字钢钉以作标识之用，然后在A和B两点分别架设GPS接收机并使其对中。上面4台GPS接收机精度要求均为3 mm,4个控制点设置如图2所示。

1为楼面;GPS1、GPS2为地面两控制点;A和B为楼层两控制点图2 高层GPS控制点位设置Fig.2 High-level GPS control point set

(3)开启4台GPS接收机，并进行静态观测，同步观测时间为45 min～1 h，将4台GPS接收机观测到的数据传输至计算机，使用测绘软件进行基线处理和平差计算，并根据控制点GPS1和GPS2的坐标计算出控制点A和B的坐标，将其转换至施工坐标并传输至全站仪。

2 引测楼层顶面高程值

采用全站仪引测楼层顶面的高程值。一般是在核心筒处安置全站仪，通过对天顶方向测距的方法来引测高程。

2.1 放样点的确定

采用已知点设站法在楼层顶面上架设全站仪：将全站仪架设在楼层顶面上的楼层控制点A，将棱镜架设在楼层顶面上的楼层控制点B，完成设站定向，配合上一步中引测的楼层顶面的高程值，使全站仪的坐标系统和施工坐标系统保持一致。

楼层顶面上的待放样点具体为每个柱中心点。根据施工设计图纸，通过COGO程序计算出楼层顶面上每个柱的中心点坐标(即放样点的坐标)，使用CF卡或者数据线等途径将放样点在施工坐标系中的坐标上传至全站仪。如果楼层没有特殊变化，第一层放样点的坐标(即柱中心点坐标)可沿用至该楼的各个层面。

2.2 放样步骤

(1)采用极坐标法。楼层控制点A、楼层控制点B以及放样点P在施工坐标系中的坐标已知，因此可测算出坐标方位角度αAB(见式1)，再由楼层控制点A测设距离DAP(见式2)到放样点(P)，该计算在全站仪中自动完成 ；

(1)

(2)

施工时全站仪实时显示角度差和△Hz距离差△d，全站仪自动转至AP连线方向，移动放样棱镜，当距离差△d为0时即是放样点P设计坐标对应的实地位置，此时在放样点P处有红色激光指示，定位出放样点P。如图3所示。

图3 全站仪极坐标法放样法Fig.3 Total station polar coordinate method setting out method

(2)采用自由设站法。楼层顶面上的楼层控制点A和B的平面坐标和吊钢尺引测的楼层顶面的高程值已测量得知，使用全站仪中的后方交会程序测得全站仪在施工坐标系中的平面坐标，并且同步完成全站仪的定向；考虑到直接量取全站仪的仪器高度不够准确，故使用全站仪的高程传递程序，将楼层顶面的高程传递到全站仪的中心。至此全站仪处于施工坐标系中，其后便可进行放样施工。

(3)用上述方法对楼层模板线进行调整放样，首先使用GPS接收机将测区控制点引测至楼层顶面上的楼层控制点A和B，然后架设全站仪，使用全站仪中的参考线程序将模板线的实际位置刻画出来，最后工人根据刻画线调整模版至正确位置即完成。

3 总结

高层建筑定位测量，首先在高层建筑外围测区地面两个已知坐标的测区控制点上架设GPS接收机，在高层建筑顶层上任意标记至少2个未知坐标的楼层控制点A和B，并在A、B点上架设GPS接收机 ；其后同步观测45 min～1 h，通过观测到的数据测算出楼层控制点A、B在施工坐标系中的坐标并将坐标数据传输至全站仪 ；随后在楼层顶面上架设全站仪，在全站仪中输入待放样点在施工坐标系中的坐标，最后通过全站仪的激光照准待放样点具体位置。

高层建筑定位测量中所需注意的事项：测区控制点周围环境应尽量开阔，保证高度角15°以上无遮挡 ；点位埋设质地坚硬 ，避免沉降以及重型车辆等通行挤压变形 ；离开高压线、通信无线发射源200 m。楼层控制点应该尽量布设在互相通视的地方，架站点与放样点也应保持尽量多的通视。在进行GPS静态原始数据采集时，相应楼层上空应避免塔架行车，以防止GPS卫星信号受到干扰。

应用高精度GPS-RTK静态测量模式并结合全站仪照准待放样点的优点为：不受楼层观测孔限制；控制点精度高；误差不会累计传递 ；实现了数字化智能测量、放样，减少人为误差 ；同时放样目标自动照准、并有激光指示 ；操作简便，工作效率较高，本方法的扩展使用性强，可用于其他不同的工程项目中。

[1] 胡伍生，潘庆林.土木工程测量[M].4版.南京：东南大学出版社,2012:183-188.

[2] 阚柯.建筑工程测量与施工放线一本通[M].北京：中国建材工业出版社,2009：249-252.

[3] 陈久强，刘文生.土木工程测量[M].2版.北京：北京大学出版社，2012：247-248.

[4] 黄羚，李琳.实用建筑测量技术[M].北京：化学工业出版社,2010：156-159.

[5] 李坤.GPS RTK技术在矿山测量中的应用[N].南方测绘报,2014-05-09(02).

[6] 中国有色金属工业协会.工程测量规范(GB 50026-2007)[S].北京：中国计划出版社，2008.

(责任编辑:张英健)

Research on the Accurate Positioning Measurement of GPS-RTK in High-rise Building Construction

JIN Fangfang

(School of Civil Engineering， Yancheng Institute of Technology, Yancheng Jiangsu 224051, China)

With the use of the static measuring model of accurate GPS-RTK positioning, two fiducial stations are fixed on the ground controlling sites to measure the concrete coordinates of the floor controlling sites in the whole construction coordinating systems. The total station is applied to acquire the set points of the layout survey on the surface of the building. The merits of this method can be found in the elimination of the cumulative errors found in traditional methods and in the improvement of the vertical structures. With high precision and simple operation, this method will not be limited by the aperture and can achieve an accurate result of measuring & layout survey and can be applied for a variety of other construction projects.

high-rise building; GPS positioning; controlling site; set point of layout survey

2014-05-08

金芳芳(1969-)，女，江苏盐城人，副教授，主要研究方向为土木工程测量。

TU198.6

A

1671-5322(2014)04-0074-03