GNSS靜態(tài)測量在超高層建筑施工測量中的應(yīng)用研究

0 引言

在建設(shè)行業(yè)領(lǐng)域，工程測量的作用是指導(dǎo)現(xiàn)場施工，提高施工定位的精度，預(yù)防因測量誤差導(dǎo)致的施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的問題。在超高層建筑工程中，工程測量中常用的定位技術(shù)有兩類，分別是靜態(tài)相對定位和動態(tài)定位。前者利用同一直線上的地面接收裝置進(jìn)行測量，并通過計算機(jī)軟件處理測量數(shù)據(jù)。后者則將一臺接收機(jī)放在其他接收裝置的載體下，持續(xù)處理后續(xù)測量結(jié)果[1]。GNSS靜態(tài)測量具備靜態(tài)相對定位和動態(tài)定位的優(yōu)勢，主要通過一定數(shù)量的接收機(jī)來實時動態(tài)接收衛(wèi)星信號。基于觀測空中GNSS衛(wèi)星，計算接收機(jī)天線的基線向量。

本文以超高層建筑工程測量為研究對象，探討了GNSS靜態(tài)測量技術(shù)的應(yīng)用方法，系統(tǒng)分析GNSS控制網(wǎng)布設(shè)、軸線坐標(biāo)系建立、觀測方案制定及數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，并對GNSS靜態(tài)測量與傳統(tǒng)四等水準(zhǔn)測量的精度進(jìn)行對比分析。

1工程概況

某裝配式建筑采用現(xiàn)澆框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，地上建筑43層，地面高度 137.6m ，地下4層，層高 -4m ，建筑占地面積約 26532m² ，建筑設(shè)計使用年限為50年，耐火等級為I級，抗震設(shè)防烈度為7度。該建筑屬于超高層裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計與施工難度較高，工程現(xiàn)場情況復(fù)雜，各專業(yè)協(xié)調(diào)和施工難度較大，因此需要提前進(jìn)行高精度工程測量，以保證施工建設(shè)質(zhì)量。

2GNSS靜態(tài)測量的應(yīng)用要點

2.1 布設(shè)控制網(wǎng)

根據(jù)GNSS靜態(tài)測量技術(shù)的應(yīng)用原理，超高層建筑施工測量前要先布置GNSS控制網(wǎng)。GNSS控制網(wǎng)布設(shè)要點如下。

2.1.1 內(nèi)控點規(guī)劃與聯(lián)測

根據(jù)工程設(shè)計和施工要求，確定建筑主樓中內(nèi)控點的數(shù)量和位置，詳細(xì)標(biāo)記內(nèi)控點坐標(biāo)，做好內(nèi)控點坐標(biāo)的保護(hù)工作，并通過與外部基準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測的方式定位內(nèi)控點的位置。

2.1.2基準(zhǔn)控制網(wǎng)構(gòu)建

為消除內(nèi)控點測量結(jié)果存在的誤差，工作人員需要在做好現(xiàn)場踏勘工作和測試接收機(jī)信號后，合理設(shè)定相應(yīng)數(shù)量的控制點。本文結(jié)合超高層建筑工程的施工建設(shè)要求，在GNSS靜態(tài)測量中設(shè)置5個基準(zhǔn)控制點，共同組成一套完整的基準(zhǔn)控制網(wǎng)。

在基準(zhǔn)控制網(wǎng)中，工作人員要保證不同控制點之間的分布形式的均勻性，控制好各控制點之間的距離、邊長等參數(shù)。首次GNSS靜態(tài)測量時，除了要測量所有外部基準(zhǔn)點以外，還要考慮城市高級控制點數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)測。

2.1.3誤差控制措施

在布設(shè)GNSS靜態(tài)測量的控制網(wǎng)時，要綜合考慮點位用途、位置、密度、分布及通視條件等因素，盡量選擇遠(yuǎn)離高壓線、大面積水域、施工圍擋、材料堆放區(qū)等區(qū)域，避免點位選擇不合理影響GNSS靜態(tài)測量效果。

2.2建立軸線控制坐標(biāo)線

為避免在超高層建筑施工中各內(nèi)控點的位置發(fā)生變化，根據(jù)超高層建筑施工測量要求，結(jié)合工程區(qū)域內(nèi)不同內(nèi)控點坐標(biāo)值間的相對關(guān)系，選擇將各控制點組成的網(wǎng)作為基準(zhǔn)建立軸線坐標(biāo)系。

在軸線控制坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，輸入外部基準(zhǔn)控制點坐標(biāo)，完成對基準(zhǔn)的統(tǒng)一測量。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可按照以下公式計算[2]：

式中： A_p，B_p 表示大地坐標(biāo)系中的維度和精度， A_o 和B_o 分別為建筑物的主軸線， 為點p在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。

2.3制定觀測方案

制定觀測方案時，要重點考慮流動站和基準(zhǔn)站的間距，從全線角度出發(fā)，在其中部位置設(shè)置控制點。在保持基準(zhǔn)站位置不變的條件下，連續(xù)跟蹤所有可見的衛(wèi)星。在各待檢測控制點上，流動站接收機(jī)依次到這些控制點上，將不同控制點上的觀測時間控制在 20min 左右。

在移動站內(nèi)進(jìn)行靜態(tài)測量時，要保證接收機(jī)始終處于正常運行狀態(tài)，避免發(fā)生斷電事故。待所有待檢測點均完成檢測后，及時關(guān)閉基準(zhǔn)站接收機(jī)。GNSS靜態(tài)量的技術(shù)要求見表1。

鑒于超高層建筑施工GNSS觀測窗口期較短，制定GNSS靜態(tài)測量方案時，要結(jié)合超高層建筑施工作業(yè)特點，依據(jù)星歷預(yù)報結(jié)果，合理確定好GNSS靜態(tài)觀測時段，盡量保證可觀測衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到工程測量要求。

2.4基準(zhǔn)軸測量控制

完成首次測量后，需要對主樓軸線進(jìn)行復(fù)測和人工復(fù)核，在建筑的不同樓層設(shè)置主樓測量節(jié)點。在基準(zhǔn)軸測量控制中，可采用靜態(tài)測量的方式，準(zhǔn)確測量各內(nèi)控點。通過接收機(jī)觀測內(nèi)控點及外控點的協(xié)同觀測，構(gòu)建完善的網(wǎng)絡(luò)體系，實時顯示靜態(tài)觀測結(jié)果，并按標(biāo)準(zhǔn)流程開展基線解算及網(wǎng)平差等工作[3]。

上述處理結(jié)果完成后，將全部測量結(jié)果利用統(tǒng)一的坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并將不同時期的觀測結(jié)果進(jìn)行對比。利用X、Y的坐標(biāo)分量計算出距離偏移，結(jié)合偏移距離計算結(jié)果，分別計算各期觀測結(jié)果對應(yīng)的已建建筑高度及相對豎向偏移等參數(shù)，再結(jié)合建筑行業(yè)相關(guān)規(guī)范判定觀測數(shù)值是否在規(guī)定限差范圍內(nèi)。

2.5靜態(tài)數(shù)據(jù)處理

2.5.1靜態(tài)數(shù)據(jù)處理流程

在GNSS靜態(tài)測量中，靜態(tài)測量數(shù)據(jù)包括接收的天線到衛(wèi)星的距離和衛(wèi)星星歷等數(shù)據(jù)。工作人員要想獲取具有實際意義的定位結(jié)果，需要對GNSS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。采用數(shù)據(jù)線連接GNSS和計算機(jī)，將數(shù)據(jù)傳入計算機(jī)并重命名，然后利用計算機(jī)軟件處理各項數(shù)據(jù)。GNSS靜態(tài)數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

在靜態(tài)數(shù)據(jù)處理中，GNSS平面控制網(wǎng)可以和高程控制網(wǎng)可同時觀測。可結(jié)合前期設(shè)置的觀測站點和觀測時段，靈活采用計算機(jī)軟件進(jìn)行靜態(tài)數(shù)據(jù)處理。

2.5.2數(shù)據(jù)預(yù)處理

基于GNSS靜態(tài)觀測結(jié)果，工作人員要做好數(shù)據(jù)預(yù)處理工作。利用計算機(jī)軟件結(jié)合觀測站信息，檢查靜態(tài)數(shù)據(jù)的合理性，生成檢測報告，并結(jié)合檢測報告完善GNSS靜態(tài)數(shù)據(jù)。

根據(jù)初步檢測后的GNSS靜態(tài)數(shù)據(jù)，使用TBC軟件將其批量轉(zhuǎn)換為RENIX數(shù)據(jù)，并按時段對RENIX數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類。將觀測站信息與RENIX數(shù)據(jù)融合，再利用TEQC軟件自動輸出靜態(tài)數(shù)據(jù)質(zhì)量報表，剔除質(zhì)量較差的數(shù)據(jù)。

2.5.3GNSS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化

GNSS原始觀測數(shù)據(jù)包含的觀測數(shù)據(jù)類型眾多，要想在眾多數(shù)據(jù)中提取有價值信息，得出更精準(zhǔn)的GNSS靜態(tài)測量結(jié)果，工作人員需要將原始數(shù)據(jù)的文件格式轉(zhuǎn)化為RENIX格式，并在轉(zhuǎn)化后的文件中處理各類數(shù)據(jù)。在保證數(shù)據(jù)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，要及時將數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測結(jié)果生成報表，為相關(guān)人員了解GNSS靜態(tài)測量情況提供依據(jù)，也為后期的數(shù)據(jù)處理和分析創(chuàng)造良好條件。

2.5.4基線解算與檢驗

基線解算環(huán)節(jié)可以采用BDS軟件建立新項目。設(shè)置統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)及相關(guān)參數(shù)，將提前設(shè)置好的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入軟件[4]。考慮到超高層建筑工程周邊觀測環(huán)境比較復(fù)雜，可能影響接收機(jī)獲取衛(wèi)星信號的效果，工作人員在利用BDS軟件進(jìn)行基線解算時，要合理選擇衛(wèi)星截止角和采集間隔時間。

基線解算結(jié)束后，對基線與閉合環(huán)進(jìn)行檢驗。針對非固定解基線或不合格閉合環(huán)，通過調(diào)整基線解算參數(shù)或剔除不合格基線與觀測數(shù)據(jù)等方式，使所有基線達(dá)到固定解狀態(tài)，確保閉合環(huán)誤差符合觀測要求。

2.5.5 網(wǎng)評差分析

基線解算合格后，及時將數(shù)據(jù)文件導(dǎo)出，并使用CosaGPS軟件對全部基線進(jìn)行三維無約束平差。網(wǎng)平差時，工作人員要按照相關(guān)規(guī)范等對控制網(wǎng)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評差。通常在計算機(jī)輸出基線解算文件后，進(jìn)入網(wǎng)評差處理環(huán)節(jié)，利用CosaGPS軟件進(jìn)行網(wǎng)評差處理。通過CosaGPS軟件中新建項目，設(shè)定好高程等相關(guān)參數(shù)，導(dǎo)入提前轉(zhuǎn)換的文件，選擇進(jìn)行網(wǎng)評差操作，自動輸出網(wǎng)評差結(jié)果。

3GNSS靜態(tài)測量試驗

3.1 試驗方法

為驗證GNSS靜態(tài)測量在超高層建筑施工中的測量精度，以GNSS高程控制測量為研究切入點，通過將GNSS靜態(tài)測量與傳統(tǒng)四等水準(zhǔn)測量的高層進(jìn)行精度比較，評估GNSS靜態(tài)測量對四等水準(zhǔn)測量的可替代性。

3.1.1GNSS靜態(tài)測量方法

在試驗過程中，按設(shè)計要求選擇控制點并布設(shè)控制網(wǎng)。隨機(jī)選擇2個已知GPS控制點，詳細(xì)記錄各控制點的位置狀況，設(shè)計GNSS靜態(tài)測量網(wǎng)形，規(guī)劃水準(zhǔn)測量路線。采用接收機(jī)按靜態(tài)測量技術(shù)指標(biāo)采集數(shù)據(jù)，并按上述要求對GNSS靜態(tài)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.1.2四等水準(zhǔn)測量方法

四等水準(zhǔn)測量按其限差要求進(jìn)行水準(zhǔn)測量內(nèi)業(yè)計算，從而得到準(zhǔn)確的四等水準(zhǔn)測量結(jié)果。計算各控制點的高程，將其與GNSS靜態(tài)測量結(jié)果進(jìn)行對比，以此確定GNSS 靜態(tài)測量的精度[5]。

在四等水準(zhǔn)測量中，本文主要采用數(shù)字水準(zhǔn)儀，通過設(shè)置一條閉合水準(zhǔn)路線，包含2個已知GPS控制點和3個已知高程控制點。按四等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求，采用“后前前后、偶數(shù)進(jìn)站”的測量方法采集數(shù)據(jù)。

3.2試驗結(jié)果

為驗證在工程區(qū)域內(nèi)GNSS靜態(tài)測量能否替代四等水準(zhǔn)測量，按照上述試驗方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理。GNSS高程與水準(zhǔn)高程測量精度對比見表2。

由表2可知，2種工程測量方法的原理和流程不同在不同數(shù)據(jù)來源、觀測精度和數(shù)據(jù)處理精度方面存在差異。但從測量結(jié)果來看，兩者差異較小，最大精度偏差為 1.2mm ，最小精度偏差為0mmm，這說明GNSS靜態(tài)測量在高程測量上的精度與四等水準(zhǔn)測量的差異較小，在超高層建筑施工中可以替代傳統(tǒng)四等水準(zhǔn)測量方式[6]。

此外，GNSS靜態(tài)測量與四等水準(zhǔn)測量方式相比，布點方式更簡便，觀測路程更短，不易受外部氣候環(huán)境影響，能減少大量外業(yè)觀測時間，在超高層建筑施工的工程測量和施工質(zhì)量控制中具有更高實用性。

4結(jié)束語

綜上所述，GNSS靜態(tài)測量在工程建設(shè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，其憑借較高的平面測量精度，在超高層建筑施工中逐漸占據(jù)著重要地位。本文以超高層建筑施工為GNSS靜態(tài)測量的研究切入點，深入分析了GNSS靜態(tài)測量的方法流程和數(shù)據(jù)處理要點。

在GNSS靜態(tài)測量中，要想保證測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，需要重點關(guān)注觀測數(shù)據(jù)的采集、處理與分析環(huán)節(jié)。在保證GNSS靜態(tài)測量時間效率和結(jié)果精度的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步滿足超高層建筑施工對高精度定位技術(shù)的要求，將測量結(jié)果直接用于施工現(xiàn)場，并對平面控制網(wǎng)布設(shè)情況進(jìn)行校核，以滿足不同工程對工程測量精度提出的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]韓鈞宇.工程測量工作中的GNSS-RTK技術(shù)實踐[J].中華建設(shè)，2024（11）：148-150.

[2]趙亮.GNSS快速靜態(tài)測量方法在工程控制網(wǎng)復(fù)測中的應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新，2024（18）：176-178+181.

[3]張賓.建筑施工測量技術(shù)在高精度定位中的應(yīng)用研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2024（17）：169-171.

[4]張笑蓉 .GNSS-RTK技術(shù)在建筑工程測量中的應(yīng)用及其對策研究[J].四川建材，2023，49（7）：20-22.

[5]吳紹誠.GNSS與加速度計融合結(jié)構(gòu)振動信息提取模型研究[D].長春：吉林建筑大學(xué)，2023.

[6]楊伯鋼，張譯，謝燕峰，等.超高層建筑精密施工測量關(guān)鍵技術(shù)[J].測繪通報，2022（9）：134-140.