浅谈高层及超高层建筑施工GPS定位控制测量

刘贵波

（陆川县工程质量安全监督站，广西 陆川 537700）

浅谈高层及超高层建筑施工GPS定位控制测量

刘贵波

（陆川县工程质量安全监督站，广西 陆川 537700）

文章首先阐述了 GPS卫星定位测量的基本原理、GPS测量特点，进而论述了GPS定位测量在高层及超高层建筑施工中的设计与实施，以供参考。

GPS定位测量；高层及超高层建筑；设计

全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统，可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息，其由空间卫星星座、地面监控站及用户接收机三部分构成。目前，在高层及超高层建筑工程中，测量基准传递、轴线、垂直度和高程控制是建筑物施工质量控制的重点内容之一。如何提高高层及超高层建筑测量定位工效和观测精度，确保工程质量和施工工期要求，是施工需解决的问题之一。而GPS因其具有方便、快速的定位测量和放样的测量功能，可快速、准确地测定放样点的平面位置，可很好地应用于高层及超高层建筑施工测量中。为此，本文将主要谈谈GPS在高层及超高层建筑施工测量中的应用。

1 GPS卫星定位测量的基本理论

1.1 GPS卫星定位测量基本原理

用户用 GPS接收机在某一时刻同时接收三颗以上的 GPS卫星信号，测量出测站点P至三颗以上GPS卫星的距离，并实时的由GPS卫星的导航电文解算出卫星的坐标值，据此采用空间距离后方交会法解算出测站P的位置。

1.2 GPS定位测量的方法

GPS定位方法，若按用户接收机天线在测量中所处的状态来分，可分为静态定位和动态定位；若按定位的结果来分，可分为绝对定位和相对定位。

1.2.1 静态定位

即接收机天线的位置相对于周围地面点而言，处于静止状态的情况下，用以确定观测站绝对坐标的方法称为静态定位。

1.2.2 绝对定位

以GPS卫星与用户接收机天线之间的几何距离观测量ρ为基础，并根据卫星的瞬时坐标（Xs，Ys，Zs），以确定用户接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。

1.2.3 相对定位

亦称差分GPS定位，是目前GPS定位中精度最高的一种定位方法。其用两台GPS用户接收机分别安置在基线的两端，并同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点（测站点）在WGS－84坐标系中的相对位置或基线向量。静态相对定位即是设置在基线端点的接收机固定不动，通过重复观测取得充分的多余观测数据，以改善定位精度。静态相对定位一般均采用载波相位观测值为基本观测量。

2 GPS测量的优点

（1）施工测量控制网一次测定到位，无误差的传递和积累，定位精度高。

（2）GPS测量不需要测站间相互通视，根据需要确定点位；点数和点位也可以根据实际需求变化，均不影响定位精度。

（3）观测时间短，进行 GPS测量时，静态相对定位每站仅需20 min左右，动态相对定位仅需几秒钟。

（4）仪器操作简便，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录；数据测定和分析均使用计算机处理，避免了人为误差产生。

（5）全天候作业，GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证连续进行观测，适合在地球上任何地点、任何时候进行观测工作，一般不受天气状况的影响。

（6）功能多、用途广。GPS系统能准确测定建筑物的日照变形、振动变形，为高层建筑的施工测量与控制提供了一种全新的技术手段。

3 GPS定位测量在高层及超高层建筑施工中的设计与实施

3.1 GPS定位测量前的准备工作

3.1.1 熟悉和校核图纸

在掌握总图后要进一步熟悉建筑施工图，即了解熟悉轴线尺寸及各层标高与总图中有关部分的对应关系；掌握轴线尺寸、层高、结构尺寸；了解轴线图的对比基础、非标准层及标准层之间的轴线关系等，这样才能全面了解建筑物的平、立、剖面的形状、尺寸、构造等，这也是整个工程施工放线的依据。

3.1.2 了解设计对定位放线精度的要求

通过熟悉和校核图纸，在了解建筑物的总体和各部分情况的基础上，要进一步明确设计对施工定位精度的一般要求及特殊要求，如电梯安装对结构竖向精度的要求，铝合金门窗对柱间距的要求等，以使定位放线工作更好地符合设计要求。

3.2 GPS定位测量的技术设计

3.2.1 高层建筑施工GPS网技术设计的依据

GPS网技术设计的主要依据是GPS测量规范规程和测量任务书。在GPS方案设计时，一般首先依据测量任务书提出GPS网的精度、密度和经济指标，再结合规范（规程）规定现场勘测具体确定各点间的连接方法，各点设站观测的次数、时间长短等布网观测方案。

3.2.2 测量的精度设计

各类GPS网的精度设计主要取决于网的用途。城市或工程GPS网按相邻两点的平均距离和精度划分为二、三、四等和一、二级，见表1。

表1 GPS网的主要技术指标

在具体布设时，可以分级布设，也可以越级布设，或布设同级全面网。各等级GPS相邻点间弦长精度用下式表示：

式中：σ：GPS基线向量的弦长误差（mm），即等效距离误差；

a：GPS接收机标称精度中的固定误差（mm）；

b：GPS接收机标称精度中的比例误差系数（ppm·D）；

d：GPS网中相邻点间的距离（km）。

精度标准是GPS网技术设计的一个重要量，其大小将直接影响到GPS网的布设方案、观测计划以及观测数据的处理方法。在实际工作中，精度标准的确定要根据用户的实际需要及人力、物力、财力情况合理设计，也可参照本部门已有的生产规程和作业经验适当掌握。

3.3 GPS网的图形设计

3.3.1 GPS网图形设计的原则

GPS网图形设计应遵循以下原则：①应通过非同步独立观测边构成若干闭合环（三角形、多边形）或符合线路；②应尽量与原有地面控制网点重合，重合点不应少于3个并在网上分布均匀；③GPS网应与水准点相重合，而非重合点应根据要求以水准测量方法进行联测；④GPS网点应设在视野开阔和容易达到的地方；⑤在网点附近布设一通视良好的方位点，且方位点与观测站的距离应大于300 m；⑥应采用原有城市坐标系统，对凡符合GPS网点要求的旧点，应充分利用其标石。

3.3.2 GPS网的图形形式

施工测量的GPS网的图形形式主要采用的是三角形网或环形网。三角形网是由三角形边由非同步的独立观测边组成，具有图形的几何结构强、自检能力及可靠性等优点；环形网是由若干含有多条独立观测边的闭合环所组成，具有观测工作量小、自检能力和可靠性等优点。

当然，在条件允许时，也可采用三角形网与环形网构成的混合网，其既能保证网的几何强度，提高网的可靠指标，又能减少外作业工作量，降低工程成本，是GPS工程测量首先应考虑的图形形式。

3.4 GPS网的基准设计

GPS网的技术设计时，须明确GPS成果所采用的坐标系统和起算数据，即明确GPS网所采用的基准。一般GPS网的基准包括位置基准（由给定的起算坐标确定）、方位基准（以给定的起算方位角值确定）和尺度基准（由地面的电磁波测距边确定）。因此，GPS网的基准设计，实质上主要是指确定网的位置基准问题。

在实际的工程应用中，GPS网的基准设计应注意以下问题：

（1）为求 GPS点在地面坐标系的坐标，应在地面坐标系中选定起算数据和联测原有地方控制点若干个，用以坐标转换。一般高层及超高层建筑施工测量控制可联测 2～3个点，GPS网与地面网的联测，可根据测区地形变化和地面控制点的分布而定，一般在GPS网至少要重合观测3个以上的地面控制点作为约束点。

（2）对 GPS网内重合的高等级国家点或原城市等级控制网点，除未知点连接图形观测外，应适当构成长边图形。

（3）GPS网经平差计算后，可得到GPS点在地面参照坐标系中的大地高。为求得GPS点的正常高，可根据具体情况进行水准测量的高程联测。具体联测宜采用不低于四等水准或其精度相等的方法进行。当GPS点高程经计算分析符合精度要求后，方可提供给高层及超高层建筑施工使用。

（4）新建 GPS网的坐标系应尽量与测区过去采用的坐标系一致。

4 结束语

综上所述，GPS技术作为一种全新的定位手段，具有无需通视、定位精度高、可实时进行数据处理、可全天候工作、测量速度快等优点，大大提高了工作效率，保证了高层及超高层建筑定位控制测量的精度。目前，随着卫星定位服务系统（CORS）的建立和GPS软硬件的不断更新，GPS技术将成为在高层及超高层建筑施工的测量定位、垂直度和高度偏差控制等方面广泛使用的方法。

1 苏亚军、骆 江.浅议GPS在高层建筑测量施工中的应用［J］.中国西部科技，2008（7）

2 赵 斌.高层建筑施工GPS测量技术分析［J］.科技资讯，2010（19）

3 黄宗柱.浅论 GPS技术在房屋建筑施工测量中的应用与监理［J］.建材与装饰（上旬·市场营销），2010（10）

Discussed the High－level and the Extra－high Building Constructs the GPS Positioning Control Survey

Liu Guibo

The article first elaborated the GPS satellite positioning survey’s basic principle, the GPS survey characteristic, then elaborated the GPS localization survey in high－level and in the extra－high building construction design and the implementation, supplies the reference.

GPS localization survey; high－level and extra－high building; design

P228.4

A

1000－8136（2011）06－0150－02