高层建筑施工GPS测量技术探讨

刘大林

摘 要：主要研究了高层建筑施工GPS测量技术，介绍了GPS高层建筑施工测量技术的基本原理和特点，以及它与其他测量技术对比的优势，并研究了测点选择，标志设定，测量精度设计，测点天线的安装、测量等对高层建筑GPS测量工作的影响。

关键词：高层建筑；GPS测量技术；定位；测量精度

中图分类号：P228.4；TU198+.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.02.137

GPS测量技术是一种新兴的测量技术，定位速度快，使用比较低的工程控制网点密度布置就能够获得理想的测量精度，所以，它被广泛应用于高层建筑施工、竣工验收工作中。GPS定位系统主要包括空间卫星和地面控制系统两部分，其基本原理是利用高速运动的微型瞬间位置作为初始数据，通过空间距离后方交会确定待测点的位置。

1 基本原理和特点

1.1 GPS

全球定位系统（GPS）是20世纪70年代美国用于军事方面的新一代卫星导航和定位系统。它由空间卫星、地面监控站和用户设备构成。

1.2 GPS测量

GPS测量的精度非常理想，小于50 km基线，其相对定位精度达到了1×10-6，大于1 000 km基线，能够达到测站间的相互通视。同时，GPS测量需要的观测时间比较短，静态相对定位需要20 min，动态相对定位几秒钟内就能够完成，而且GPS测量的仪器比较简单，观测人员通过对中、增平和测量天线的高度、设定测量参数后，接收机就能够自动记录测量数据。另外，GPS卫星数目较多，分布比较均匀，它能够实现连续观测，对天气状况的抵抗力较强。

GPS卫星导航定位系统使用距离交会法定位。将GPS系统接收机设置在需要定位的位置点，接收机在某一时段同时接收3颗卫星的导航电文，经过一系列数学计算就能够得到GPS卫星与接收机之间的距离，通过距离交会法最终获得待测点的三维坐标。

1.3 高层建筑常见的测量方法

当前，高层建筑施工测量方法主要有线锤铅直投测、经纬仪斜投测和激光测距等方法。线锤铅直投测法是一种比较古老的测量方法，测量精度难以满足高层建筑越来越严格的技术要求，并且测量施工容易受到气候、风等天气因素的影响，所以，它在高层建筑中的应用并不广泛；而经纬仪斜投测方法的测量精度能够满足高层建筑的测量要求，但是，其开展过程比较烦琐，具有一定的局限性，适用性不强；激光测量方法则包括经纬天顶仪、天底仪竖向投测等测量方案，施工精度很高，并且

施工测量的适应性优于经纬仪测量方法，是目前高层建筑施工中常用的测量方法之一。

将这些测量技术与GPS测量技术比较发现，在施工过程中，使用这些方法都需要维持通视孔的畅通，而且建筑高度增加不能有效克服温度、日照载荷对其的影响，增加了施测的难度。使用GPS测量技术则能够在维持较高精度的同时快捷地完成测量工作，是一种比较理想的测量方法。

2 高层建筑施工GPS测量

2.1 测点选择

与其他几种高层建筑施工的测量技术相比，GPS最大的优势在于观测点之间不要求互相通视，并且测量网图形结构比较灵活，测点选择工作更加简单，可以按照以下几点选取原则选择。

2.1.1 减少电磁场干扰

点位应该选择在远离大功率无线电发射源的位置，要远离电视台、微波站等地，距离不小于200 m的测点定位不能靠近高压线，距离不得小于50 m的测点要远离焊接场地和焊机。

2.1.2 远离电磁波大面积反射介质

点位不能设置在大面积水域或对电磁波反射、吸收强烈的物体附近，以削弱路径效应的影响。

2.1.3 易于设备安装

点位需要设置在接收设备易于安装、视野开阔并且目标明显的位置。将其布置在即成建筑物或者高层建筑操作层上是比较理想的。与此同时，要保障视场周围15°以上无障碍物，防止信号被吸收或遮挡。

2.1.4 方便交通

测点要尽量设置在交通方便的位置，便于与其他测量设备联合定位。选点技术人员在选择点位时要踏勘，按照实地规程选点定位。如果需要进行水准联测时，要实地踏勘水准路线。

2.1.5 基础稳定

测点要有稳定的地面基础，以保证其具有良好的稳定性和接收设备的完好度。只有它符合要求后，才能投入测量工作中。

2.2 标志设定

高层建筑施工测量需要设置明显、精确的标志，标志要明显可见，并且要有效利用它，尤其是在施工场地外的测点，要格外注意相关标志不能在施工期间被破坏。测点名称需要在与施工单位沟通之后确定，以便保护标志，防止施工期间场内外的施工人员对其造成破坏。标志要设置在不受影响的位置，还要有专人保护，并要在工程结束之后填写相关的技术资料。

2.3 测量精度设计

高层建筑施工GPS测量精度的设计，按照水平距离和精度可划分为二、三、四核一，二级。因为高层建筑GPS网中，相邻测点之间的距离通常都超过了1 km，所以，属于二级测量。GPS测量精度是GPS网络测量中非常关键的量，精度级别对GPS网点布置方案、观测计划和数据处理有非常大的影响。如果高层建筑的边长在200 m以内，那么，边长误差应该在20 mm内。在实际选用中，还要考虑工程人力、物力、财力等情况，但也不能忽略建筑施工企业的生产规模和作业经验。

2.4 测点天线安装

正常的测点天线应该设置在三角架上，并在安置标志中心上方对中，同时，整平天线基座上的圆水准气泡。

一些特殊测点的天线可能需要设置在三角点基板或者回光台上，这就需要将觇标顶部拆除，减少信号的遮挡。如果觇标顶部不能拆除而将接收天线设置在标架内，就会导致信号不连续。此时，可以进行偏心观测，在距三角点100 m以内的位置，可以采用解析法测定归心元素。

将天线定向标志线指向整备，考虑到磁偏角，减弱相位中心偏差，天线定向误差要按照定位精度确定，同时，底盘要接地，避免出现雷击天线。

遇到恶劣天气，比如风天，在高度较高、风力较强的测点，比如建筑物施工层，需要从3个方向固定天线，避免它倒地。圆盘天线120°间隔3个方向量取天线高度，控制误差在3 mm内，要取其3次结果的平均值记录到测量手簿中。在高层建筑施工中，可以不观测气象要素，但是要做好相应的记录。

2.5 测量

GPS观测作业的关键工作是接收GPS卫星信号，并实现跟踪、处理，从而获得施工测量需要的定位信息和观测数据。天线安置完毕后，在离开天线的适当位置或者建筑物上，就可以安放GPS接收机，接通接收机、电源、天线、控制器电缆，预热和静置之后启动接收机，就可以开始观测。接收机锁定卫星记录数据之后，观测员就可以开始输入和查询相关数据。在掌握相关操作系统前不能进行数据操作，并且在测量过程中不能随意设置参数。

只有保证外界电源电缆和天线等连接无误之后才能够接通电源，接收机开机。开机后，接收机的相关指示和仪表显示正常后才可以设置参数和自检。接收机开始正常工作、接收相关测量数据之后，要注意查看卫星数量、信号、定时定位结果等。在一个观测时段中，不能关闭又重新启动接收机，也不能改变卫星高度角和天线的位置，不能执行数据采样间隔和关闭文件、删除等操作。

3 结束语

高层建筑GPS施工测量技术的测量精度更高，它能够满足高层建筑施工设计的要求，而且工作效率较高，对基准点的依赖性不高。该技术在高层建筑施工中的应用效果十分理想，能够一次测定到位，误差传递和积累定位的精度比较高，测量数据通过计算机完成数据处理，有效地规避了人为误差，是一种比较理想的高层建筑施工测量技术。

参考文献

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〔编辑：白洁〕