發布時間：2020-03-16所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：GPS動態后處理技術是利用GPS進行建筑測量的作業模式之一，其采用快速求解全周期模糊度的技術，通過先進的內業處理軟件進行平差求中誤差，可將精度提高到毫米級。PPK測量模式作業半徑可達50 km，不需要在基準站與移動站間傳輸數據，也不需電臺實時傳輸
摘要：GPS動態后處理技術是利用GPS進行建筑測量的作業模式之一，其采用快速求解全周期模糊度的技術，通過先進的內業處理軟件進行平差求中誤差，可將精度提高到毫米級。PPK測量模式作業半徑可達50 km，不需要在基準站與移動站間傳輸數據，也不需電臺實時傳輸，數據均為事后處理，而且測量周期短，可滿足超高層建筑施工中的結構健康監測和軸線控制網的檢核。
關鍵詞：GPS動態后處理;超高層建筑施工;建筑測量;控制網檢核
1 概述
GPS(Global Positioning System，全球衛星定位系統)以其高精度、選點靈活、全天候、自動化、高效率、不間斷等優點被廣泛應用于工程測量領域。GPS測量的作業模式是指利用GPS定位技術，確定觀測站之間相對位置所采用的作業方式。它主要由GPS接收設備的軟件和硬件來決定，不同的作業模式，其作業的方法和觀測時間亦有所不同，因此亦有不同的應用范圍。GPS常用的作業模式有靜態和動態2種，靜態測量的原理是在基線的端點上和每個觀測點上分別安置1臺接收機，多臺接收機形成閉合圖形，同步接收4顆以上的衛星信號進行觀測，通過與已知控制點聯測進行基線解算，求出未知點坐標。其優點是精度高，可達到毫米級，缺點是觀測時間長，而且觀測時各觀測站位置不能變動，在外界有振動干擾的條件下無法進行測量，所以靜態作業模式多用于工程測量中的場區控制網布設等領域。
動態測量也叫實時動態技術(Real Time Kinematic， RTK)，其工作原理是將1臺接收機設置為基準站，其余接收機設置為移動站，基準站與移動站接收同一星歷的衛星信號，基準站將接收的測量數據與已知觀測值進行比較，得到GPS差分改正值，從而解算出各移動站的測量坐標[1] (圖1)。
RTK測量的優點是觀測時間短，觀測點有振動干擾時仍然可以測量出點位固定解坐標，缺點是測量精度較弱，而且移動站必須與基準站有通信連接，若連接信號受阻則無法測量，測量距離較短，一般在5 km以內。RTK作業模式多用于工程測量領域中的土方測量、場地紅線標底、工程樁放樣及道路邊線定位等一些精度要求不高的點位放樣測量中。
GPS動態后處理簡稱PPK(Post Processing Kinematic)，是近幾年才出現的GPS作業模式，其實質是對RTK作業模式的一種改進，它的操作系統也是由基準站和移動站組成，但是基準站和移動站之間無需電臺進行數據連接，對外業觀測數據進行后處理便可以得到厘米級的基準站和移動站間的數據。此種方法同樣具有RTK外業測量上的優勢，而且測量距離更遠，普遍應用于橋梁以及高聳建筑物的結構變形監測中[2] 。
推薦閱讀：如何將GPS運用到地址測量中
2 GPS動態后處理技術的應用實例
2.1 GPS動態后處理技術配合測量機器人對超高層控制網進行校核
以天津周大福金融中心項目為例，該建筑地上結構 100 層，高530 m。核心筒設計復雜、多樣化，核心筒外墻截面及結構形狀分別在13層、33層、43層、73層發生變化，為減少軸線控制網的豎向傳遞累積誤差，須階段性地對引測的控制網進行檢核，同時為便于施工使用，墻體截面發生變化時要對控制網形進行轉換，同樣為保證精度，對轉換后的控制網也要進行檢核，該項目核心筒控制網的檢核層布置如表1所示。
我們以43層和73層為例，假設43層的軸線控制網已檢核完畢，作為控制網的基準層，現因施工需要，將控制網引測到73層樓板，并對引測后的控制網進行檢核，其具體操作流程如下。
2.1.1 觀測點位的選擇
首先為排除樓體擺動對觀測結果的影響，我們在43層架設GPS基準站，73層架設流動站，即使有晃動，基準站與流動站都在樓體內，觀測過程中也是相對運動，故對測量數據的影響可忽略不計。在樓層結構邊緣做3個強制對中器，3個位置分別為該層水平結構3個方向，2點之間相互通視，選擇在樓體結構邊緣布點是為了減少多路徑效應對觀 測精度的影響。對中器位置盡量在同一鉛垂線位置，這樣做是為了使衛星觀測角度大致相同，使上、下2層的觀測點可以觀測到相同的5顆以上的衛星，確保整周期模糊度(圖 2)。
2.1.2 GPS接收機的安裝在樓層結構邊緣安置強制對中裝置，將GPS接收機安置在強制對中裝置上，并整平(圖3)。
2.1.3 PPK外業數據采集
在外業數據進行采集時，以每兩個接收機為一組進行觀測，即以43層基準站的GPS接收機與73層對應的流動站接收機為一組進行觀測。在外業數據采集過程中，應時刻觀察基準站與流動站衛星數據變化，手簿轉換到衛星星歷界面，查看衛星顆數及連接狀態，采用對講機保持43層與 73層測量人員實時通話，了解雙方衛星數據變化，如衛星數據不一致或斷開，應重新采集外業數據點。
2.1.4 PPK內業數據處理
在進行數據后處理之前，在43層強制對中裝置上安裝棱鏡組，采用Leica Robot60型測量放線機器人，使用儀器任意架設定向、自動搜索棱鏡的方法測出43層3個對中器位置的坐標。
之后使用LEICA Geo office內業處理軟件，進行數據處理，解算出各組移動站的點位坐標，最后將所有的GPS數據進行整體平差。
2.1.5 利用測量機器人測量控制網點坐標并進行檢核
根據解算的GPS點坐標，采用智能型全站儀后方交會法設站，測量各控制網點的坐標(圖4)。
待各樓層控制網的坐標測量完畢后，將相應的點位坐標進行比對，達到檢核點位誤差的目的。當坐標差值≤3 mm時認為控制網引測滿足精度要求，否則重新引測。
2.2 GPS動態后處理在結構健康監測中的應用
2.2.1 結構健康體系監測簡介
結構健康體系監測(Structural Health Monitoring，簡稱 SHM)是指利用現場的無損傳感技術，通過包括結構響應在內的結構系統特性分析，達到監測結構損失或退化的目的。其基本思想是通過測量結構在超常荷載前后的響應來推斷結構特性的變化，進而探測和評價結構的損傷;或者通過持續監測來發現結構的長期退化。結構的健康監測技術是要發展一種最小人工干預的結構狀態的在線實時連續監測、檢查和損傷探測的自動化系統。
目前國家對重大工程的結構性能越來越重視，因此，對結構性能進行實時的監測和診斷，從而及時發現結構的損傷，并評估其安全性，預測結構的性能變化和剩余壽命，適時做出維護決定，對提高工程結構的運營效率，保障人民生命財產安全具有極其重大的意義，已成為現代工程越來越迫切的要求，也是土木工程科學發展的一個重要領域。
2.2.2 GPS動態后處理技術在結構健康監測中的優點
近幾年隨著整周期模糊度在航解算問題的解決，GPS 技術在大型土木工程結構監測領域得到了快速的發展與應用。與傳統方法相比，GPS中的動態后處理技術具有以下幾方面的優勢[3-5] ：
1)全天候作業，GPS觀測工作可以在任何時間、地點連續地進行。
2)各監測站間無需通視，是互相獨立的觀測值。
3)定位精度高。
4)觀測時間短，可以根據工程需要自行設置觀測頻率與時間。
5)通過外業觀測，軟件處理后能直接查看三維坐標，減少工作量，提高了測量的精度。
6)操作便捷。GPS測量的自動化程度高，觀測人員主要任務是安裝并開關儀器、量取儀器天線的高度和監測儀器的工作狀態，而其他的觀測工作，如衛星的捕捉、追蹤、觀測均由儀器自動完成，故用戶可以方便地把GPS健康監測系統建成無人值守的自動監測系統。
2.2.3 GPS動態后處理的應用
超高層由于其結構本身的特殊性及復雜性，在施工過程中，受外界不利因素等影響，如建筑在載荷、強風、溫度變化以及地震等外界因素的影響下，樓體會發生振動變形及緩慢的變化。這些因素都時時刻刻地影響著超高層施工的安全性，若發生破壞，所造成的經濟損失和對社會的沖擊也是巨大的，因此對超高層實施結構健康監測是十分重要的，并且也是今后重點工程及特殊性工程所必須監測的一項重要內容。
利用GPS動態后處理進行超高層結構健康監測的步驟為：
1)選擇一開闊場地，并做一個半永久性強制對中觀測墩。
2)在觀測墩處安裝GPS基準站。
3)在超高層結構施工頂層選擇安裝強制對中器，架設 GPS流動站。
4)按照PPK外業數據采集流程操作，采集結構健康監測數據，根據觀測需要，自行設置觀測時間。
5)根據內業數據處理流程，處理結構健康監測數據。 6)根據Leica Geo軟件處理后的數據，分析結構變化情況。對超高層結構施工進行有效的指導，避免因結構變化過大及突變或未及時發現問題等造成安全隱患及經濟損失。
3 結語
GPS動態后處理技術是基于GPS全球定位系統的一種測量方法，其能更加靈活地滿足超高層控制點校核與監測要求，且相對于原始的測量方法更加便捷，也能相對提高測量效率，減少了其他條件對GPS測量的限制，在超高層施工中值得更加廣泛的推廣及應用。
SCISSCIAHCI
