发布时间：2020-03-16所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要：GPS动态后处理技术是利用GPS进行建筑测量的作业模式之一，其采用快速求解全周期模糊度的技术，通过先进的内业处理软件进行平差求中误差，可将精度提高到毫米级。PPK测量模式作业半径可达50 km，不需要在基准站与移动站间传输数据，也不需电台实时传输
摘要：GPS动态后处理技术是利用GPS进行建筑测量的作业模式之一，其采用快速求解全周期模糊度的技术，通过先进的内业处理软件进行平差求中误差，可将精度提高到毫米级。PPK测量模式作业半径可达50 km，不需要在基准站与移动站间传输数据，也不需电台实时传输，数据均为事后处理，而且测量周期短，可满足超高层建筑施工中的结构健康监测和轴线控制网的检核。
关键词：GPS动态后处理;超高层建筑施工;建筑测量;控制网检核
1 概述
GPS(Global Positioning System，全球卫星定位系统)以其高精度、选点灵活、全天候、自动化、高效率、不间断等优点被广泛应用于工程测量领域。GPS测量的作业模式是指利用GPS定位技术，确定观测站之间相对位置所采用的作业方式。它主要由GPS接收设备的软件和硬件来决定，不同的作业模式，其作业的方法和观测时间亦有所不同，因此亦有不同的应用范围。GPS常用的作业模式有静态和动态2种，静态测量的原理是在基线的端点上和每个观测点上分别安置1台接收机，多台接收机形成闭合图形，同步接收4颗以上的卫星信号进行观测，通过与已知控制点联测进行基线解算，求出未知点坐标。其优点是精度高，可达到毫米级，缺点是观测时间长，而且观测时各观测站位置不能变动，在外界有振动干扰的条件下无法进行测量，所以静态作业模式多用于工程测量中的场区控制网布设等领域。
动态测量也叫实时动态技术(Real Time Kinematic， RTK)，其工作原理是将1台接收机设置为基准站，其余接收机设置为移动站，基准站与移动站接收同一星历的卫星信号，基准站将接收的测量数据与已知观测值进行比较，得到GPS差分改正值，从而解算出各移动站的测量坐标[1] (图1)。
RTK测量的优点是观测时间短，观测点有振动干扰时仍然可以测量出点位固定解坐标，缺点是测量精度较弱，而且移动站必须与基准站有通信连接，若连接信号受阻则无法测量，测量距离较短，一般在5 km以内。RTK作业模式多用于工程测量领域中的土方测量、场地红线标底、工程桩放样及道路边线定位等一些精度要求不高的点位放样测量中。
GPS动态后处理简称PPK(Post Processing Kinematic)，是近几年才出现的GPS作业模式，其实质是对RTK作业模式的一种改进，它的操作系统也是由基准站和移动站组成，但是基准站和移动站之间无需电台进行数据连接，对外业观测数据进行后处理便可以得到厘米级的基准站和移动站间的数据。此种方法同样具有RTK外业测量上的优势，而且测量距离更远，普遍应用于桥梁以及高耸建筑物的结构变形监测中[2] 。
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2 GPS动态后处理技术的应用实例
2.1 GPS动态后处理技术配合测量机器人对超高层控制网进行校核
以天津周大福金融中心项目为例，该建筑地上结构 100 层，高530 m。核心筒设计复杂、多样化，核心筒外墙截面及结构形状分别在13层、33层、43层、73层发生变化，为减少轴线控制网的竖向传递累积误差，须阶段性地对引测的控制网进行检核，同时为便于施工使用，墙体截面发生变化时要对控制网形进行转换，同样为保证精度，对转换后的控制网也要进行检核，该项目核心筒控制网的检核层布置如表1所示。
我们以43层和73层为例，假设43层的轴线控制网已检核完毕，作为控制网的基准层，现因施工需要，将控制网引测到73层楼板，并对引测后的控制网进行检核，其具体操作流程如下。
2.1.1 观测点位的选择
首先为排除楼体摆动对观测结果的影响，我们在43层架设GPS基准站，73层架设流动站，即使有晃动，基准站与流动站都在楼体内，观测过程中也是相对运动，故对测量数据的影响可忽略不计。在楼层结构边缘做3个强制对中器，3个位置分别为该层水平结构3个方向，2点之间相互通视，选择在楼体结构边缘布点是为了减少多路径效应对观 测精度的影响。对中器位置尽量在同一铅垂线位置，这样做是为了使卫星观测角度大致相同，使上、下2层的观测点可以观测到相同的5颗以上的卫星，确保整周期模糊度(图 2)。
2.1.2 GPS接收机的安装在楼层结构边缘安置强制对中装置，将GPS接收机安置在强制对中装置上，并整平(图3)。
2.1.3 PPK外业数据采集
在外业数据进行采集时，以每两个接收机为一组进行观测，即以43层基准站的GPS接收机与73层对应的流动站接收机为一组进行观测。在外业数据采集过程中，应时刻观察基准站与流动站卫星数据变化，手簿转换到卫星星历界面，查看卫星颗数及连接状态，采用对讲机保持43层与 73层测量人员实时通话，了解双方卫星数据变化，如卫星数据不一致或断开，应重新采集外业数据点。
2.1.4 PPK内业数据处理
在进行数据后处理之前，在43层强制对中装置上安装棱镜组，采用Leica Robot60型测量放线机器人，使用仪器任意架设定向、自动搜索棱镜的方法测出43层3个对中器位置的坐标。
之后使用LEICA Geo office内业处理软件，进行数据处理，解算出各组移动站的点位坐标，最后将所有的GPS数据进行整体平差。
2.1.5 利用测量机器人测量控制网点坐标并进行检核
根据解算的GPS点坐标，采用智能型全站仪后方交会法设站，测量各控制网点的坐标(图4)。
待各楼层控制网的坐标测量完毕后，将相应的点位坐标进行比对，达到检核点位误差的目的。当坐标差值≤3 mm时认为控制网引测满足精度要求，否则重新引测。
2.2 GPS动态后处理在结构健康监测中的应用
2.2.1 结构健康体系监测简介
结构健康体系监测(Structural Health Monitoring，简称 SHM)是指利用现场的无损传感技术，通过包括结构响应在内的结构系统特性分析，达到监测结构损失或退化的目的。其基本思想是通过测量结构在超常荷载前后的响应来推断结构特性的变化，进而探测和评价结构的损伤;或者通过持续监测来发现结构的长期退化。结构的健康监测技术是要发展一种最小人工干预的结构状态的在线实时连续监测、检查和损伤探测的自动化系统。
目前国家对重大工程的结构性能越来越重视，因此，对结构性能进行实时的监测和诊断，从而及时发现结构的损伤，并评估其安全性，预测结构的性能变化和剩余寿命，适时做出维护决定，对提高工程结构的运营效率，保障人民生命财产安全具有极其重大的意义，已成为现代工程越来越迫切的要求，也是土木工程科学发展的一个重要领域。
2.2.2 GPS动态后处理技术在结构健康监测中的优点
近几年随着整周期模糊度在航解算问题的解决，GPS 技术在大型土木工程结构监测领域得到了快速的发展与应用。与传统方法相比，GPS中的动态后处理技术具有以下几方面的优势[3-5] ：
1)全天候作业，GPS观测工作可以在任何时间、地点连续地进行。
2)各监测站间无需通视，是互相独立的观测值。
3)定位精度高。
4)观测时间短，可以根据工程需要自行设置观测频率与时间。
5)通过外业观测，软件处理后能直接查看三维坐标，减少工作量，提高了测量的精度。
6)操作便捷。GPS测量的自动化程度高，观测人员主要任务是安装并开关仪器、量取仪器天线的高度和监测仪器的工作状态，而其他的观测工作，如卫星的捕捉、追踪、观测均由仪器自动完成，故用户可以方便地把GPS健康监测系统建成无人值守的自动监测系统。
2.2.3 GPS动态后处理的应用
超高层由于其结构本身的特殊性及复杂性，在施工过程中，受外界不利因素等影响，如建筑在载荷、强风、温度变化以及地震等外界因素的影响下，楼体会发生振动变形及缓慢的变化。这些因素都时时刻刻地影响着超高层施工的安全性，若发生破坏，所造成的经济损失和对社会的冲击也是巨大的，因此对超高层实施结构健康监测是十分重要的，并且也是今后重点工程及特殊性工程所必须监测的一项重要内容。
利用GPS动态后处理进行超高层结构健康监测的步骤为：
1)选择一开阔场地，并做一个半永久性强制对中观测墩。
2)在观测墩处安装GPS基准站。
3)在超高层结构施工顶层选择安装强制对中器，架设 GPS流动站。
4)按照PPK外业数据采集流程操作，采集结构健康监测数据，根据观测需要，自行设置观测时间。
5)根据内业数据处理流程，处理结构健康监测数据。 6)根据Leica Geo软件处理后的数据，分析结构变化情况。对超高层结构施工进行有效的指导，避免因结构变化过大及突变或未及时发现问题等造成安全隐患及经济损失。
3 结语
GPS动态后处理技术是基于GPS全球定位系统的一种测量方法，其能更加灵活地满足超高层控制点校核与监测要求，且相对于原始的测量方法更加便捷，也能相对提高测量效率，减少了其他条件对GPS测量的限制，在超高层施工中值得更加广泛的推广及应用。
SCISSCIAHCI
