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《重庆大学》 2002年
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高层及超高层建筑工程的GPS定位控制研究

姚刚  
【摘要】:在高层及超高层建筑工程中,测量基准传递和轴线、垂直度、高程控制是建筑物施工质量控制的重点内容之一。为了保证工程质量和施工工期要求,提高测量定位工效和观测精度,也为了在高层及超高层建筑工程中探索一种全新的更为科学、更快速的建筑测量定位方法,本文较为系统地阐述了GPS技术在高层及超高层建筑工程中应用的基本原理,提出了GPS技术在高层及超高层建筑工程中应用的技术设计与实施、数据处理、误差分析等的基本方法,并通过该技术在厦门建设银行大厦工程中的应用,对此进行了验证。 本文论述了用于高层及超高层建筑工程GPS定位的坐标系统和时间系统,讨论了卫星的相对定位和动态定位方法。据此确定了高层及超高层建筑工程定位所采用的坐标系统和时间系统以及高层及超高层建筑工程适用的定位方法? 本文研究了高层及超高层建筑施工GPS定位的技术设计依据,包括GPS测量规范(规程)?定位测量任务书等内容?本文对高层及超高层建筑施工GPS网的基准设计?GPS网的构成及图形设计进行了探讨;提出高层及超高层建筑施工GPS基准点可以在建筑物内也可以在建筑物外,和由基准点构成的基准测量网图形;本文确立了高层及超高层建筑施工GPS定位应遵循的原则? 高层及超高层建筑施工GPS定位的外业实施包括GPS点的选择?作业模式选择?观测要求等?GPS点应在收集和了解有关高层建筑所处位置和原有测量控制点位情况的前提下合理选定?高层及超高层建筑施工GPS定位采用的作业模式主要有静态定位和动态定位?其中,静态定位模式用于GPS测量基准传递及结构的定位放样?日照变形等的测量;动态定位模式用于GPS建筑物动态变形监测等的测量?高层及超高层建筑施工GPS定位观测工作依据的基本技术指标有卫星高度角?有效观测卫星数?观测时段数?重复设站数?时段长度?数据采样间隔?在观测前应对GPS接收机进行系列检验?观测时应确定有效的观测程序? 高层及超高层建筑施工GPS定位的数据处理主要包括数据处理?定位成果的坐标转换及GPS高程的确定等内容?数据处理主要讨论了数据预处理?基线解算和网平差?数据预处理的主要工作内容是:对数据进行平滑滤波检验,剔除粗差;统一数据文件格式并进行数据文件的标准化加工;对观测值进行模型改正?卫星广播星历坐标值,可作基线解的起算数据,本文确定了GPS定位的起算观测数据评价的分级评价标准?高层及超高层建筑施工GPS定位的数据处理包括基线解算和网平差两个阶段,可采用随机软件或经正式鉴定的其它软件进行?本文论述了GPS基线向量 WP=6 采用双差观测值模型求解的一般方法,并顾及高层及超高层建筑施工定位的特点进行了分析?同时,探讨了精度估算和解算结果分析,并论述了高层及超高层建筑施工GPS测量基线向量网的三维约束平差和与地面网的联合平差方法? 卫星星历是以WGS-84坐标系为依据建立的,因此,GPS定位成果中的单点定位坐标及相对定位中解算出的基线向量,均属于WGS-84大地坐标系;而高层及超高层建筑施工定位实用的成果往往是属于某一国家坐标系或地方坐标系,该坐标系只有经过坐标转换后,其定位成果才能用于高层及超高层建筑施工中?基于此,讨论了GPS定位成果至国家/地方参考椭球的二维转换方法和GPS定位成果至国家大地坐标的转换方法? 重点研究了高层及超高层建筑施工适用的GPS水准高程的确定方法,探讨了GPS水准的绘等直线图法?解析内插法?曲面拟合法? 高层及超高层建筑施工GPS定位的误差主要包括卫星系统误差?卫星信号传播误差?接收设备误差等?本文系统研究了上述误差分析产生的原因及其处理方法?特别是对高层建筑施工中常遇到的多路径效应误差,提出了合理选择测站点?对天线设置抑径板等实用措施,同时,还提出了减少接收机位置误差的具体办法? 高层及超高层建筑工程GPS定位的试验分析,确定了采用GPS进行定位测量的技术方案?通过GPS定位技术试验分析,提供GPS定位精度的试验值,作为确定实测设备的依据;通过高层建筑动态变形的GPS测量技术试验分析,提供沿建筑物轴线方向的位移值和位移时程曲线,为高层及超高层建筑工程提供了可行的技术支持? GPS定位技术在厦门建设银行大厦工程的首次应用,建立了施工楼层的GPS定位控制网,其定位放样精度完全能满足高层及超高层建筑施工的要求;日照变形监测的变形曲线,反映了建筑物的日照变形规律;动态变形监测的频谱图,反映了建筑物的动态特征和变形规律?建筑物的日照变形曲线和动态变形频谱图对高层及超高层建筑的施工有重要的指导意义?本次应用表明GPS定位技术对于高层及超高层建筑工程的定位及放样?日照变形?动态变形等的观测具有良好的适用性?
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