GNSS技术在高层建筑定位基准传递中的应用

何 超

(重庆市勘测院，重庆 401121)

GNSS技术在高层建筑定位基准传递中的应用

何 超

(重庆市勘测院，重庆 401121)

介绍了GNSS的组成及测量原理，结合GNSS技术应用于某高层建筑施工定位基准传递的数据采集和数据处理实例，将测量结果与相关建筑测量规范进行了对比，从而论证了GNSS技术应用于高层建筑施工测量是可行的。

GNSS,高层建筑,施工测量,基准轴线

在高层、超高层建筑施工过程中，平面位置基准的控制与传递、建筑整体倾斜的控制是对建筑施工质量评价的重中之重。随着施工工艺、施工成本控制等要求的不断提高，对施工测量中数据采集的速度、数据成果的精度也提出了更高的要求，依靠传统技术手段已经越来越难以满足工程施工进度、施工质量的需求。

根据传统的施工测量方式，一般将平面位置的传递和竖向位置的传递分别进行。垂球法、边角交会法、投点法等方法是平面位置传递的常用方法；高程基准传递常用几何水准测量法、钢尺量距法、三角高程测量法等，测量效率和精度受到很大限制。

GNSS技术经过多年的发展，已经广为用户接受，并逐渐应用于精密工程测量领域。2012年年底，北斗卫星导航系统开始向亚太地区提供定位服务，采用GPS，GLONASS和BDS进行三星组合定位精度后，GNSS定位精度和效率又有所提高。不久，Galileo系统也将投入使用，可以预见，GNSS应用的前景非常广阔，相对测量精度非常高的特点也将在施工测量中得以更加充分的体现。

1 GNSS的组成及测量原理

1.1 GNSS的组成

GNSS是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)的英文缩写，它是在轨工作的卫星导航系统的总称。目前，GNSS系统主要有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS和我国自主研制的北斗导航定位系统，欧盟的Galileo系统也将投入使用。

GNSS系统一般包括空间部分、地面部分和用户部分三个方面。其中空间部分是指空间卫星星座，由定位卫星组成，他们提供星历和时间信息，同时发射伪距和载波信号以及提供其他辅助信息；地面部分是地面控制系统，对所有观测资料进行初步处理，确定卫星的轨道、推算编制各卫星的星历、修正卫星钟差和大气层的参数等；用户部分是仪器设备，主要由接收机硬件和数据处理软件组成，在解析GNSS卫星发射的信号后获取定位信息。

1.2 GNSS的原理

GNSS的定位原理可以总结为高精度的距离交会。在获取卫星运行的轨道、时间等信息的基础上，通过地面设备与定位卫星的距离来确定地面点的位置。一般来说，地面设备与三颗卫星建立距离联系，就可以通过距离交会确定地面设备的位置。在实际工作中，获得越多定位卫星的信息，定位越快速、准确。GNSS定位原理如图1所示。

GNSS测量的距离公式为：

其中，ri为接收机到第i颗卫星的距离；i为卫星的索引号；(xsvi，ysvi,zsvi)为第i颗卫星的位置；(xue，yue，zue)为用户的位置。

2 工程概述

本项目测量的高层建筑由主楼和裙楼构成。由于裙楼高度不到24 m，而主楼制高超过140 m，本项目GNSS技术主要用于主楼施工测量。为了提高工程质量，确保建筑物的轴线定位及高程传递的精确度，并在运营期检测建筑物落成后的动态特性，以保证大楼的安全使用，受建设单位委托，利用GNSS技术对该高层建筑的基准轴线进行控制和检测，并对该建筑物的动态特性进行检测。本文将对基准轴线控制部门进行介绍。

根据本项目的工程技术特点，对主楼的基准轴线进行控制。

3 主要工作内容

3.1 内控点的确立

在该项目的主楼中，根据设计和施工要求，共布设了4个内控点。4个内控均做好了标记，标记由施工单位制作和保护。测量实施时，通过与外部基准网的联测，来确定内控点的准确位置。

3.2 外部基准网的建立

外部基准网的分布是否合理，是内控点测量精度的保障。在实地踏勘和定位卫星接收信号测试后，本项目共建立了5个基准控制点，点号分别为GN01～GN05，这5个基准控制点构成本项目的GNSS基准控制网。外部基准点点位分布均匀，最长边228 m，最短边136 m，平均距离为170 m。在首次测量前，5个外部基准点与3个已有城市高等级控制点联测。

3.3 轴线控制坐标系的建立

根据本项目4个内控点坐标值的相对关系，考虑到实际上只需要保证主楼的4个内控点的位置在施工过程中不变，我们用4个内控点构成的网作为基准，建立独立的施工坐标系(轴线控制坐标系)，将5个基准控制点的坐标换算到该施工坐标系中，从而统一测量基准。坐标转换的公式如下式所示：

3.4 主楼的基准轴线控制测量

在完成首次测量后，分别在主楼另外三个节点进行了主楼轴线的复测和对比工作，分别是在施工到第11层、第20层和第29层的时候。其中，第11层为本项目标准层第1层，第20层为主楼标准层的最中间楼层，第29层为标准层最高楼层。

在标准层第1层、中间楼层、标准层结束楼层，施工单位用激光垂准仪把4个内控点投影到本层楼面上，做好相关标记，采用静态GNSS的方式对4个内控点进行精密测量。

检测时，采用9台Trimble5800型GNSS接收机对内、外控点组成的网进行观测，用GNSS基准控制网对投影上来的4个内控点进行检测。观测数据采用TBC进行GNSS基线解算。

将四期观测结果转换到统一的施工坐标系下，后面三期与第一期进行对比，较差的再与设计值比较。计算时，用X，Y的坐标分量计算出偏移总距离，再利用偏移的距离与建筑高度的比值计算建筑的相对竖向偏移(见表1)。

表1 建筑偏差及垂直度计算表

根据现行建筑行业规范，上述数值在规范限差要求之内。经用常规方法复核，较差也在规范限差之内。

4 结语

本文通过在高层建筑中施工的应用实例，验证了GNSS技术在高层建筑施工中应用的技术设计与实施、数据处理、误差分析的基本方法，我们获得了如下几个方面的成果。通过该工程中GNSS定位控制的应用，表明GNSS对于高层建筑施工的定位及放样具有良好的适用性。

[1] 王 坤.融合北斗与GPS的超高层建筑变形监测数据处理与分析研究[D].北京：北京交通大学,2016.

[2] 黄 伟.GPS定位技术及高层建筑中的应用[D].杭州：杭州电子科技大学,2015.

[3] 李 佳.GPS测量在高层建筑施工中的应用[J].工程建设与设计,2016(12):5-6.

[4] 刘大林.高层建筑施工GPS测量技术探讨[J].科技与创新,2015(2):137-138.

[5] 王天应.GPS技术在超高层建筑施工监测中的应用[J].地理空间信息,2012(4):55-57，180.

[6] 姚 昌.对梅州高层建筑施工GPS测量的技术设计与应用分析[J].建设科技,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，助理工程师

TU198

A