GNSS技術在高層建筑定位基準傳遞中的應用

何 超

(重慶市勘測院，重慶 401121)

GNSS技術在高層建筑定位基準傳遞中的應用

何 超

(重慶市勘測院，重慶 401121)

介紹了GNSS的組成及測量原理，結合GNSS技術應用于某高層建筑施工定位基準傳遞的數據采集和數據處理實例，將測量結果與相關建筑測量規范進行了對比，從而論證了GNSS技術應用于高層建筑施工測量是可行的。

GNSS,高層建筑,施工測量,基準軸線

在高層、超高層建筑施工過程中，平面位置基準的控制與傳遞、建筑整體傾斜的控制是對建筑施工質量評價的重中之重。隨著施工工藝、施工成本控制等要求的不斷提高，對施工測量中數據采集的速度、數據成果的精度也提出了更高的要求，依靠傳統技術手段已經越來越難以滿足工程施工進度、施工質量的需求。

根據傳統的施工測量方式，一般將平面位置的傳遞和豎向位置的傳遞分別進行。垂球法、邊角交會法、投點法等方法是平面位置傳遞的常用方法；高程基準傳遞常用幾何水準測量法、鋼尺量距法、三角高程測量法等，測量效率和精度受到很大限制。

GNSS技術經過多年的發展，已經廣為用戶接受，并逐漸應用于精密工程測量領域。2012年年底，北斗衛星導航系統開始向亞太地區提供定位服務，采用GPS，GLONASS和BDS進行三星組合定位精度后，GNSS定位精度和效率又有所提高。不久，Galileo系統也將投入使用，可以預見，GNSS應用的前景非常廣闊，相對測量精度非常高的特點也將在施工測量中得以更加充分的體現。

1 GNSS的組成及測量原理

1.1 GNSS的組成

GNSS是全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System)的英文縮寫，它是在軌工作的衛星導航系統的總稱。目前，GNSS系統主要有美國的GPS、俄羅斯的GLONASS和我國自主研制的北斗導航定位系統，歐盟的Galileo系統也將投入使用。

GNSS系統一般包括空間部分、地面部分和用戶部分三個方面。其中空間部分是指空間衛星星座，由定位衛星組成，他們提供星歷和時間信息，同時發射偽距和載波信號以及提供其他輔助信息；地面部分是地面控制系統，對所有觀測資料進行初步處理，確定衛星的軌道、推算編制各衛星的星歷、修正衛星鐘差和大氣層的參數等；用戶部分是儀器設備，主要由接收機硬件和數據處理軟件組成，在解析GNSS衛星發射的信號后獲取定位信息。

1.2 GNSS的原理

GNSS的定位原理可以總結為高精度的距離交會。在獲取衛星運行的軌道、時間等信息的基礎上，通過地面設備與定位衛星的距離來確定地面點的位置。一般來說，地面設備與三顆衛星建立距離聯系，就可以通過距離交會確定地面設備的位置。在實際工作中，獲得越多定位衛星的信息，定位越快速、準確。GNSS定位原理如圖1所示。

GNSS測量的距離公式為：

其中，ri為接收機到第i顆衛星的距離；i為衛星的索引號；(xsvi，ysvi,zsvi)為第i顆衛星的位置；(xue，yue，zue)為用戶的位置。

2 工程概述

本項目測量的高層建筑由主樓和裙樓構成。由于裙樓高度不到24 m，而主樓制高超過140 m，本項目GNSS技術主要用于主樓施工測量。為了提高工程質量，確保建筑物的軸線定位及高程傳遞的精確度，并在運營期檢測建筑物落成后的動態特性，以保證大樓的安全使用，受建設單位委托，利用GNSS技術對該高層建筑的基準軸線進行控制和檢測，并對該建筑物的動態特性進行檢測。本文將對基準軸線控制部門進行介紹。

根據本項目的工程技術特點，對主樓的基準軸線進行控制。

3 主要工作內容

3.1 內控點的確立

在該項目的主樓中，根據設計和施工要求，共布設了4個內控點。4個內控均做好了標記，標記由施工單位制作和保護。測量實施時，通過與外部基準網的聯測，來確定內控點的準確位置。

3.2 外部基準網的建立

外部基準網的分布是否合理，是內控點測量精度的保障。在實地踏勘和定位衛星接收信號測試后，本項目共建立了5個基準控制點，點號分別為GN01～GN05，這5個基準控制點構成本項目的GNSS基準控制網。外部基準點點位分布均勻，最長邊228 m，最短邊136 m，平均距離為170 m。在首次測量前，5個外部基準點與3個已有城市高等級控制點聯測。

3.3 軸線控制坐標系的建立

根據本項目4個內控點坐標值的相對關系，考慮到實際上只需要保證主樓的4個內控點的位置在施工過程中不變，我們用4個內控點構成的網作為基準，建立獨立的施工坐標系(軸線控制坐標系)，將5個基準控制點的坐標換算到該施工坐標系中，從而統一測量基準。坐標轉換的公式如下式所示：

3.4 主樓的基準軸線控制測量

在完成首次測量后，分別在主樓另外三個節點進行了主樓軸線的復測和對比工作，分別是在施工到第11層、第20層和第29層的時候。其中，第11層為本項目標準層第1層，第20層為主樓標準層的最中間樓層，第29層為標準層最高樓層。

在標準層第1層、中間樓層、標準層結束樓層，施工單位用激光垂準儀把4個內控點投影到本層樓面上，做好相關標記，采用靜態GNSS的方式對4個內控點進行精密測量。

檢測時，采用9臺Trimble5800型GNSS接收機對內、外控點組成的網進行觀測，用GNSS基準控制網對投影上來的4個內控點進行檢測。觀測數據采用TBC進行GNSS基線解算。

將四期觀測結果轉換到統一的施工坐標系下，后面三期與第一期進行對比，較差的再與設計值比較。計算時，用X，Y的坐標分量計算出偏移總距離，再利用偏移的距離與建筑高度的比值計算建筑的相對豎向偏移(見表1)。

表1 建筑偏差及垂直度計算表

根據現行建筑行業規范，上述數值在規范限差要求之內。經用常規方法復核，較差也在規范限差之內。

4 結語

本文通過在高層建筑中施工的應用實例，驗證了GNSS技術在高層建筑施工中應用的技術設計與實施、數據處理、誤差分析的基本方法，我們獲得了如下幾個方面的成果。通過該工程中GNSS定位控制的應用，表明GNSS對于高層建筑施工的定位及放樣具有良好的適用性。

[1] 王 坤.融合北斗與GPS的超高層建筑變形監測數據處理與分析研究[D].北京：北京交通大學,2016.

[2] 黃 偉.GPS定位技術及高層建筑中的應用[D].杭州：杭州電子科技大學,2015.

[3] 李 佳.GPS測量在高層建筑施工中的應用[J].工程建設與設計,2016(12):5-6.

[4] 劉大林.高層建筑施工GPS測量技術探討[J].科技與創新,2015(2):137-138.

[5] 王天應.GPS技術在超高層建筑施工監測中的應用[J].地理空間信息,2012(4):55-57，180.

[6] 姚 昌.對梅州高層建筑施工GPS測量的技術設計與應用分析[J].建設科技,2014(23):98-99.

Application of GNSS in positioning reference transmission of high-rise building

He Chao

(ChongqingSurveyInstitute,Chongqing401121,China)

It introduces GNSS organization and measurement principles. Examples of data acquisition and data processing in the construction of a high-rise building positioning datum transfer with the application of GNSS technology, comparison of the measurement results will be standard and related construction measurement, which demonstrates the application of GNSS technology in the construction of high-rise building is a feasible measure.

GNSS， high-rise building， construction survey， datum axis

1009-6825(2017)21-0196-02

2017-05-16

何 超(1989- )，男，助理工程師

TU198

A