GNSS靜態測量在超高層建筑施工測量平面控制網中的應用

摘" 要：施工測量平面控制測量是超高層建筑施工測量的重點工作，是質量控制的關鍵環節，通過探索超高層建筑復雜環境條件下基于GNSS靜態測量的施工平面控制網測量技術方案和工程實踐，詳細闡述GNSS靜態測量在超高層建筑施工測量平面控制網中的具體應用過程，獲得高精度的測量基準，在超高層建筑等復雜工程中具有一定的參考和推廣價值。

關鍵詞：GNSS定位；控制測量；超高層建筑；平面控制網；高精度

中圖分類號：TB22" " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）31-0005-05

Abstract： Construction survey plane control survey is the key work of super high-rise building construction survey and the key link of quality control. By exploring the technical scheme and engineering practice of construction plane control network survey based on GNSS static survey under the complex environment of super high-rise building， the specific application process of GNSS static survey in super high-rise building construction survey plane control network is described in detail， and a high precision survey datum is obtained. It has a certain reference and promotion value in complex projects such as super high-rise buildings.

Keywords： GNSS positioning; control survey; super high-rise building; plane control network; high precision

新時代，我國經濟快速發展，超高層建筑從無到有，高度不斷攀升。建筑控制測量是保證建筑質量和安全的基礎，控制測量為建筑施工建立了統一的、高精度空間位置基準，是施工測量的關鍵性重點工作。隨著建筑越來越高，控制測量的精度要求也越高，超高層建筑對控制測量精度提出了更嚴的要求。控制測量分為平面控制測量和高程控制測量，其平面控制測量一直是超高層建筑控制測量的難點，超高層建筑一般位于中心城市的繁華地段，用地緊張，施工場地狹小，周邊高大建筑多，環境復雜，對GNSS定位影響較大，通過調研和文獻查詢，目前全球導航衛星系統（GNSS，Global Navigation Satellite System）在超高層控制測量中的應用較少，復雜環境下GNSS應用更少，通過探索GNSS定位技術在復雜環境條件下，超高層建筑一級、二級和三級平面控制網中的創新應用，高精度、高效和快速提供控制測量成果，為超高層控制測量提供案例參考。

1" GNSS控制測量技術簡介

2020年我國北斗全球衛星導航系統全面建成，北斗是中國自主研制、自主發展、獨立運行的GNSS系統，目前已建成的全球定位系統除了中國的北斗衛星導航系統COMPASS（或BDS），還有GPS（美國）、GLONASS（俄羅斯）、Galileo（歐洲）。GNSS控制測量一般采用相對定位技術，即差分GNSS定位技術，其基本原理是采用兩臺或兩臺以上GNSS接收機同步觀測天空中相同的GNSS衛星，計算出兩臺接收機天線位置構成的基線向量（基線兩端的坐標差），若已知基線一端坐標，由基線向量，推算基線另一端坐標，如圖1所示。根據接收機所處狀態分為GNSS靜態控制測量和RTK控制測量，RTK控制測量根據基站類型又可分為單基站RTK控制測量和網絡RTK控制測量。就精度而言，GNSS靜態控制測量能達到毫米級，可以滿足高精度控制測量的要求，而RTK控制測量能達到厘米級滿足一般精度的控制測量要求。

2" GNSS在超高層建筑施工平面控制測量中的優勢

目前建筑施工平面控制測量的技術主要有：建筑方格網控制測量、衛星定位控制測量、全站儀導線控制測量和三角網控制測量。超高層建筑施工平面控制網一般分為三級，即一級平面控制網（也稱首級平面控制網）、二級平面控制網和三級平面控制網。一級平面控制網一般采用GNSS靜態測量；二級平面控制網通常沿施工現場周邊布設，通常以全站儀導線測量為主；三級平面控制網一般由建筑物外廓主要軸線點作為控制點組成，通常由全站儀從二級平面控制點直接放樣定位并檢核。

全站儀導線測量和全站儀放樣定位，需要控制點相互通視，作業勞動強度高。采用GNSS靜態測量同步觀測一級、二級和三級控制網，可快速實現控制網高精度測量和檢核，有效提高作業效率。但超高層建筑施工場地狹小，周圍建筑多、環境復雜，對GNSS接收衛星信號遮擋嚴重、多路徑效應明顯，也給GNSS靜態觀測帶來了一定的挑戰。

3" 超高層建筑GNSS靜態測量施工平面控制網的技術方案

3.1" GNSS控制網的布設

GNSS控制網的布設是GNSS靜態測量成果質量的關鍵性工作，應考慮的因素較多，如點位的用途、密度、位置、通視條件和分布等，點位選擇宜遠離高壓線、鋼筋堆放區、施工圍擋、大功率無線電發射源及大面積水域。

3.2" 觀測方案

綜合考慮GNSS控制網中控制點的數量、投入GNSS接收機的數量、技術人員數量及觀測精度要求，確定觀測方案，考慮到超高層建筑控制網點位密度大、觀測條件復雜，為提高觀測精度，盡可能選用同步觀測，異步網觀測時選擇邊連式異步網。

3.3" 觀測時段選擇

超高層建筑周邊環境復雜，對GNSS接收機遮擋嚴重，為確保可見衛星達到4顆以上，衛星的幾何圖形響度PDOP值不超過6，宜根據衛星星歷預報選擇最佳觀測時段。同時考慮到超高層建筑受日照影響結構變形較大，避免在11：00—15：00直接觀測。

3.4" GNSS接收機的選擇

目前在全球四大GNSS中，我國上空通常北斗衛星的數量最多，明顯提高了復雜觀測條件下接收機可見衛星的數量，故宜選擇支持全星座多頻段技術，支持北斗B1、B2、B3頻段，靜態GNSS測量精度不超過±（2.5 mm+1.0 PPM）的接收機，目前大多國產GNSS接收機均能滿足技術要求，且性價比高。

3.5" 觀測作業

GNSS作業觀測較為簡單、勞動強度小，GNSS觀測作業過程主要有安置儀器、設置工作模式（靜態）和設置采集參數（采用間隔和衛星截止角）。

作業觀測時有以下幾點注意事項：①在預定觀測開始時間之前一般需要經過10 min左右的預熱和靜置，使儀器與工作環境溫度一致，完成搜星和捕獲GNSS衛星信號；②GNSS天線高量取至少測前和側后兩次，兩次互差不超過3 mm，取平均值作為儀器高；③觀測作業需嚴格遵守觀測計劃，按計劃時間同步觀測，當其中一個測站有問題時，應及時通知作業負責人，調整觀測計劃；④觀測期間測量人員應注意避免施工現場各類施工車輛、機械的震動引起GNSS接收機的震動和移動，防止人員、車輛和機械遮擋信號；⑤在作業過程中，防止高空墜物，臨邊作業安全風險。

3.6" GNSS靜態數據處理方案

GNSS靜態數據處理的一般步驟為數據導入、基線處理、閉合環檢核和網平差，如圖2所示。考慮超高層建筑周圍環境復雜，基線解算時采用間隔適當加大、衛星高度角根據觀測環境適當增大和剔除不合格觀測數據等方式，提高解算精度和質量。

4" 應用實例

4.1" 項目概況

蘭州某新建超高層建筑（圖3），建筑高度249.45 m，49層，施工現場如圖3（b）所示，施工場地小、周邊高層建筑多，場地環境復雜。

4.2" GNSS控制網的布設

選擇場地為2個廠區控制點A1和A2作為該超高層的一級控制點；在施工場地內適當位置布置相互通視的控制點B1和B2作為二級控制點；建筑輪廓軸線的內控點C1、C2、C3和C4作為三級控制點，如圖4所示。

4.3" 觀測方案

選取了A1、A2、B1、B2、C1和C4共6個控制點，采用6套GNSS接收機同步觀測，考慮到觀測環境條件復雜，計劃觀測時間為120 min。

4.4" 觀測時段選擇

由于超高層施工面作業密集，觀測窗口期僅1～2 d，通過查詢GNSS星歷預報，選取觀測條件較好的觀測時段為15：30—17：30。觀測期間GNSS全星座GPS+BDS+GLONASS+Galileo可見衛星數量達到32顆左右，PDOP值1.04；GPS可見衛星數量達到7顆左右，PDOP值2.90；北斗衛星數量達到13顆左右，PDOP值1.89，如圖5所示。

4.5" GNSS接收機選型

選用國產GNSS接收機科力達K6測量系統，直徑為175 mm，高為83 mm，重量1.06 kg，IP67級防水，抗2 m跌落，支持全星座GPS+BDS+GLONASS+Galileo+QZSS，支持全頻點16頻，靜態測量精度平面為±（2.5 mm+0.5×10-6D），高程為±（5 mm+0.5×10-6 D），其中D為所測量的基線長度。

4.6" 觀測作業

嚴格按照觀測計劃作業（圖6），GNSS接收機開始觀測前，預熱10 min，然后采用測高片量取儀器高，設置采集間隔5 s，衛星截止角15°，6臺GNSS接收機同步觀測2 h。

4.7" GNSS靜態數據處理

采用南方SGO數據處理軟件，進行GNSS靜態數據處理。

數據導入。新建工程設置橢球為CGCS2000，中央子午線為105°，投影高為1 500 m。數據導入加載后，設置儀器高量取方式為測高片，并修改和核對儀器高。

基線處理。超高層周圍觀測環境復雜，嚴重影響接收機獲取衛星信號。經過對靜態觀測數據分析，以B2測站數據為例（圖7），觀測北斗衛星數據質量遠遠優于其他衛星系統（圖7中，G代表GPS，R代表GLONASS，C代表北斗），故數據處理時僅選擇北斗衛星，基線解算時衛星截止角選擇20～30°，采集間隔5～15 s。待基線處理完成后，需要對基線和閉合環進行檢核，對非固定解的基線或不合格閉合環，通過不斷調整基線解算參數、剔除不超過10%的基線或剔除觀測較差的部分數據等方式，使全部基線固定解，閉合環誤差符合要求后，基線處理工作完成。

網平差處理。基線和閉合環檢核合格后，需要對控制網進行平差處理，以一級控制網A1和A2作為已知控制點，首先進行無約束三維網平差，得到自由平差結果為先驗單位權中誤差為0.001 m、后驗單位權中誤差為0.002 m，中誤差為0.000 m，精度滿足要求；然后進行二維約束網平差，得到二維平差結果為先驗單位權中誤差為0.001 m、后驗單位權中誤差為0.002 m，中誤差為0.001 m，精度滿足要求。網平差完成后得到控制網坐標值（表1）。

5" 結束語

我國的經濟持續發展，城市超高層建筑的高度不斷刷新，2020年我國大國工程北斗衛星導航系統建成和正式開通，大大提高了GNSS接收機可見衛星的數量，提升了GNSS測量定位的應用場景，通過探索在復雜環境條件下，超高層建筑施工測量平面控制網中GNSS靜態測量技術的應用方案和工程實踐，提供了一個超高測建筑施工平面控制網GNSS靜態測量技術方案，提高了測量精度，降低了勞動強度。

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