高层结构的勘测方法和系统的制作方法

专利名称：高层结构的勘测方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1前序部分的一种用于待修建建筑物、更
加具体而言用于高层建筑物的勘测方法，以及根据权利要求7前序部分 的一种用于定位(reference)和匹配(match)至少一个大地勘测仪器的
背景技术：
从现有技术看，用于在高层建筑物修建的过程中和之后进行勘测的 各种方法和设备是已知的。高层建筑物容易受到强烈的外部倾斜作用的 影响，这些外部倾斜作用例如是由风压、暴露在阳光下而产生的单侧热 效应和单侧负载所引起的。因为高层建筑物在建造中也容易受到倾斜作 用的影响，并且会至少暂时性地偏离其通常是完全垂直的准直状态 (alignment)，所以此类倾斜作用对于高层建筑物的建造过程而言是一种 特别的挑战。然而应该以这样的方式推进建造过程，即，当恢复至未倾 斜的基本状态时，建筑物要按计划准直，尤其是要在垂直方向上准直。
建造直的构件是重要的，从理论上讲，该直的构件即使由于变负载 而偏离其设计中心点，也会在所有偏置条件消除后呈完全垂直的准直状 态。因为桩筏的差异沉降、混凝土的差异收縮和建造公差，很难实现这 种理想的状况。
由于这个原因，在高层建筑物的建造过程中，其一旦达到了一定高 度或达到了一定的高度横截面比，就需要定期匹配参照系以进行勘测。
到目前为止，高层建筑物的勘测是通过测地光电全站仪、视距测量 仪或经纬仪对待测点进行非接触式光学测量来完成的，周期性地将这些 仪器与具有已知坐标的固定外部参照点相比照。
全站仪或用倾斜计来补偿倾斜，或从数学上斟酌测量出的倾斜。然
而，若超过了一定的阈值或在倾斜噪声过多的条件下，此类补偿或抑制 将变得不可行。
全部勘测方法的精确度取决于起到全站仪用固定点作用的参照点； 所以，要选择位置确保为绝对恒定的点。首先来说，靠近地面的点是合 适的，这些点不易受到产生偏移的影响。然而，建筑高度的增加使得难 以使用地平面固定点，密集建筑环境有可能会加剧这一点，这是因为安 装在高层建筑物的最高建筑层上的全站仪和参照点之间的距离对于全站 仪的精确定位来说变得过大，而固定点之间的相对距离变得太小，在高 度开发的地区更是如此。超过一定的阈值高度，则完全不能使用地平面 参考点。
尤其在远东，对高度超过此阈值和高度对横截面比引起建筑物强烈 倾斜和摇摆的高层建筑物的需求增加。
结构的强烈移动为控制机构的正确设计带来了一系列问题。在任何 特定时刻都有必要精确地知道建筑物从其设计位置偏移了多少，并同时 知道全站仪的精确位置。由于建造施工引起的建筑物振动以及使仪器非 常难以(即使不是不可能)保持水平的建筑物的移动会使得该情况更加 复杂。

发明内容
因此，本发明的任务是解决这些问题并提供针对将要修建的几乎任 何高度的结构的精确可靠的勘测方法，尤其是提供针对容易受倾斜作用 影响且地平面参照点的使用被妨碍的高层建筑物的勘测方法。
此任务通过实现独立权利要求的特征而实现。以可选或有利的方式 形成本发明的特征可以在从属权利要求中见到。


在下文中，仅仅就附图中示例性示出的实施例和具体实施方式
概括 并详细地描述根据本发明的方法和系统。更具体地说，
图1示出了部分建起的结构，其处在倾斜状态下，相对于具有直的
理想轴线的未倾斜结构而言具有直的实际线，并且具有根据本发明的勘 测装置；以及
图2示出了部分建起的结构，其处在倾斜状态下，且超出最高建筑 层针对尚待修建的结构模拟了弯曲实际线。
具体实施例方式
图1示出了结构l'，也就是部分建起的建筑物，其处在实际倾斜状 态下，相对于具有理想轴线"a"的理论上未倾斜结构1而言具有直的实际 线a'，而图2示出了结构1'，其处在倾斜状态下，且具有超出最高建筑 层E5针对尚待修建的结构l"模拟的弯曲实际线a'。在下文中，将图1和 图2将放到一起来描述。
本发明依靠卫星定位系统2的至少三个接收器AA、BB、CC的使用， 来确定三个参照点As'、 B5'、 C5'(更加具体地说，是装备有反射器的参考 点)的位置，所述参考点位于定位在卫星接收区域内的处在修建过程中 的未倾斜结构1或倾斜结构1'的当前建筑顶层E5上。例如，每个接收器 AA、 BB、 CC分别安装在具有反射器并置于参照点A—5'、 B5'、 Q'处的支 柱上。尤其适合的卫星定位系统2是GPS，其优选地与来自基站(例如， 公知的DGPS或RTK)的修正数据的使用相结合，以提高定位精度。当 然，也可以使用其它具有足够精度的卫星定位系统，尤其如GLONASS 或GALILEO 。
结构l'具有理想轴线"a"，该轴线相对于重力矢量对准，并表征(refer to)结构1处在其不受倾斜作用的基本状态下的计划理想状态。通过与结 构r相关联的光电测地仪器3定位已经由接收器AA、 BB、 CC确定的参 照点A 、 B5'、 C5'，更具体地说，所述参照点以这样的方式定位在建筑的 结构顶层Es上，即，存在通向参照点As'、 B5'、 Cs'的察视路径。用这种 方法，可以获得仪器3相对于三个参照点A5'、 B5'、 CV的位置，且在卫星 定位系统2的绝对坐标系中定位(reference)该仪器3。然后，例如通过 对结构l'的特定点的光学测距或通过将仪器3放至此点上而确定仪器3 相对于结构l，的奇点(singular point) P 的位置。这些点A5'、 B5'、 C5'优选地位于测地仪器3所在的同一最高建筑层Es上，所以接收器AA、 BB、 CC将可靠地接受它们的信号，而仪器3总会找到合适的察视路径。 用此装置和方法可以以仪器3为参照。
然而，由于系统中的运动，这样构建的参照系中的情况并不对应于 处于中立或静止的未倾斜状态下的将来结构。由于这个原因，将现有系 统与在静止条件下的完工建筑物系统相比，同时参照正在修建的结构， 即参照必须获得的关于建筑进度的数据。此建筑物将总是重力对准的。
由于这个原因，结构的倾斜OC5以重力法来确定，更具体地说，用定位在 最高建筑层E5上的倾斜传感器l5来确定。在下文中，采用理想的垂直轴 线，更具体地说是未倾斜结构在其理想状态下的中心轴线作为倾斜参照 线的出发点。建筑物的轴线将离开其原始位置，并且在适用的情况下， 在结构受到倾斜作用且结构倾斜时，建筑物的轴线将偏离其原始形状。 由未倾斜结构的理想轴线"a"发展而成的倾斜结构新轴线在下文中被称作 实际线a'。如图2所示，实际线a'垂直经过建筑层，如E5，更具体地说 穿过所有建筑层，例如E。、 E2、 E3、 E4、 E5。如图l所示，此实际线 a'在建筑物关于倾斜轴线倾斜时可以是直线。然而实际上，倾斜作用随着 建筑物的高度增加而变得更强，使得倾斜是不均匀。所以，实际线a'可以 如图2所示是弧线、数学上定义的曲线或任意自由形状。因此，使用前 面描述的重力倾斜测量法可确定实际线a'相对于理想轴线"a"的倾斜，更 具体地说，确定在最高建筑层Es上由作用在结构l，的倾斜作用而导致的
通过援引所述至少三个卫星确定的参照点A5'、 B5'、 C5'的绝对位置， 测地仪器3相对于结构l'、尤其是相对于奇点P 的位置以及实际线a'的 倾斜ct5，可将与理想轴线"a"固连并表征未倾斜结构1的计划静止状态的 静态坐标系变换为与实际轴线a，固连并动态依赖于倾斜a5的坐标系。该 动态坐标系表征结构l'，同时依赖其倾斜oc5。例如通过重力倾斜传感器 15以重力法周期性地确定实际线a'的倾斜a5，且在动态依赖于倾斜的坐 标系中定位并匹配测地仪器3。于是可生成用于测地仪器3的参照系，其 基本上连续调节至结构r的当前倾斜(X5。
可随着建筑进度始终针对当前的最高建筑层EQ、 E。 E2、 E3、 E4、 Es重复这些步骤，这样在密集间隔开的时间点在若干建筑层E。、 E,、 E2、 E3、 E4、 E5上获得了实际线a，的倾斜a。、 a,、 cc2、 a3、 oc4、 &的值，从而 可通过援引这些倾斜a。、 a" ct2、 a3、 a4、 a5而模拟实际线a'，更具体地 说是弯曲的实际线a'，参见图2。在本发明的另一改型中，通过这些倾斜 a0、 a" a2、 a3、 a4、 a5模拟的实际线a，被用来模拟倾斜a6、 &的值，或 弯曲实际线a'超出最高建筑层E5针对尚待修建的结构部分1"(这里即为 如图2所示的建筑层E6和未示出的建筑层E7)的弯曲实际线a'的倾斜oc6、 (X7的进一步模式。这样从数学上在向上的大致垂直方向上延伸实际线a'， 从而实际线a'用作坐标系变换的参照。通过这样的方式预测了还没有修 建的结构部分l"的倾斜a6、 a7，于是在向上的光学测量中考虑到了在当 前倾斜作用影响下预知的结构l"的变形。
本发明还包括坐标变换系统，该坐标变换系统用于位于结构1、 r 的建筑层Es上的至少一个测地仪器3的定位和匹配，该结构1、 l'是参 照相对于重力矢量定向的理想轴线"a"而修建的。该坐标变换系统具有至 少两个重力倾斜传感器，图2中给出了五个重力倾斜传感器Io、 I!、 I2、 I3、 I4、 I5，所述重力倾斜传感器可被设置在结构1'的不同建筑层E。、 E,、 E2、 E3、 E4、 Es上，并可用来测量实际线a'偏离理想轴线"a"的倾斜a。、 a卜 a2、 a3、 a4、 cc5，这些倾斜是由作用在结构1上的倾斜作用引起的。这些 倾斜数据可以通过通信网络4 (例如有线或无线局域网)来传送。坐标变 换系统还包括用于坐标变换的装置5 (例如个人电脑)，其这样设计并通 过通信网络4连接到倾斜传感器I。、 I,、 I2、 I3、 I4、 I5，使得已知实际线 a，的倾斜a。、 ct。 a2、 a3、 a4、 as与对应的建筑层EQ、 E,、 E2、 E3、 E4、 E5，可将与理想轴线"a"固连的静态坐标系变换为与实际线a'固连的动态 依赖于倾斜的坐标系。
在本发明的进一步改型中，提供了图2中五个重力倾斜传感器I0、 I,、 I2、 I3、 I4、 15中的至少三个，利用这些重力倾斜传感器可在不同的建 筑层E。、 Eh E2、 E3、 E4、 Es上获得弯曲实际线a，的倾斜a。、 a" a2、 a3、 a4、 a5，见图2。坐标变换装置5这样设计并通过通信网络4连接至倾斜
传感器Io、 ^、 12、 13、 14、 15，使得与理想轴线V'相关联的静态坐标系被
变换至与弯曲实际线a'相关联的动态依赖于倾斜的坐标系。
光电测地仪器3、更加具体而言为全站仪这样设计并通过通信网络4
连接至倾斜传感器I。、 It、 I2、 13、 14、 15以及坐标变换装置5，使得能在
动态依赖于倾斜的坐标系中定位和匹配测地仪器3。
尽管就单个实施方式讨论了本发明，但是应当理解本公开并不应解
释为是限制性的。各种变化和修改对于阅读过上述公开的本领域技术人
员无疑是显而易见的。
权利要求
1.一种用于将要修建且理想轴线(a)相对于重力矢量取向的结构(1；1′)、尤其是高层建筑物的勘测方法，该勘测方法包括以下步骤-在所述结构(1’)的当前最高建筑层(E5)上，用卫星定位系统(2)的接收器(AA，BB，CC)限定至少三个参照点(A5’，B5’，C5’)，-确定指定到结构(1’)的光电测地仪器(3)相对于所述三个参照点(A5’，B5’，C5’)和相对于所述结构(1’)的一奇点(P5’)的位置，-通过重力法、更加具体而言借助于重力倾斜传感器(I1)获得在作用于所述结构(1；1′)的倾斜作用下由所述理想轴线(a)发展而成的实际线(a’)的倾斜(α5)，-通过援引以下参数而将与所述理想轴线(a)固连的静态坐标系变换为与所述实际线(a’)固连并动态依赖于所述倾斜(α5)的坐标系·所述至少三个参照点(A5’，B5’，C5’)，·所述测地仪器(3)的相对位置，以及·所述实际线(a’)的所述倾斜(α5)以及以下重复步骤-通过重力法获得所述实际线(a’)的所述倾斜(α5)以及-在动态依赖于所述倾斜(α5)的所述坐标系中定位和匹配所述测地仪器(3)。
2. 根据权利要求1所述的勘测方法， 其特征在于，在所述结构(1; l')的建筑进程中，始终针对当前最高建筑层(E0， EP E2， E3， E4， E5)重复进行所述步骤和所述重复步骤。
3. 根据权利要求2所述的方法， 其特征在于，-在紧密间隔开的时刻在若干建筑层(EQ、 E,、 E2、 E3、 E4、 E5)上 获得所述实际线(a')的所述倾斜(oto， ai， a2， a3， a4， a5)，以及-通过援引所述倾斜(a。， cx,， a2， a3， ct4， a5)而模拟所述实际线(a')。
4. 根据权利要求3所述的方法， 其特征在于，所述实际线(a')被模拟为曲线。
5. 根据权利要求4所述的方法， 其特征在于，通过援引由所获得的倾斜(a。， ai， cc2， a3， cx4， a5)而模拟的所述 实际线(a')，超出最高建筑层(E5)针对尚待修建的结构(l")模拟所 述结构(l')的所述弯曲实际线(a')的进一步倾斜模式(oc6， ct7)。
6. 根据权利要求1至3中的一项所述的方法， 其特征在于，所述实际线(a')被模拟为直线。
7. —种用于位于结构(1; l')的建筑层(E5)上的至少一个测地仪 器(3)的定位和匹配的坐标变换系统，该结构是参照相对于重力矢量定 向的理想轴线(a)修建的，该系统具有-至少两个重力倾斜传感器(IQ， I,， I2， I3， I4， I5)，所述重力倾斜 传感器定位在所述结构(1; l')的不同建筑层(EQ， EP E2， E3， E4， E5)上，并用于在不同建筑层(Eo， EP E2， E3， E4， E5)上获得在作用 于结构(1; l')的倾斜作用下由所述理想轴线(a)发展而成的实际线(a') 的倾斜(oc0， a，a2， a3， a4， a5)，-通信网络(4)，通过该通信网络(4)能至少传送倾斜(ao， ai， a2， a3， a4， a5)， 以及-坐标变换装置(5)，其这样设计并通过所述通信网络(4)连接至 所述倾斜传感器(IQ， I,， I2， I3， I4， I5)，使得已知ff述实际线(a，)的所述倾斜(a0， a], a2， a3， a4， a5)与适 用的建筑层(EQ， EP E2， E3， E4， E5) 与所述理想轴线(a)固连的静态坐标系被变换'至与所述实际线(a')固连并动态依赖于所述倾斜(aQ， ai， a2， a3， a4， a5)的坐标系。
8. 根据权利要求7所述的系统， 其特征在于，-设置至少三个重力倾斜传感器(1。， I,， 12， 13， 14， 15)，利用所述重力倾斜传感器能在不同的建筑层(EQ， E,， E2， E3， E4， E5)上获得弯 曲实际线(a，)的倾斜(oto， a" cc2， a3， a4， a5)，以及-坐标变换装置(5)，其这样设计并通过所述通信网络(4)连接至 所述倾斜传感器aQ， I,， I2， I3， I4， I5)，使得 与所述理想轴线(a)固连的所述静态坐标系被变换为 与所述弯曲实际线(a')固连并动态依赖于所述倾斜(a。， ai， a2， a3， a4， a5)的坐标系。
9. 根据权利要求7或8所述的系统， 其特征在于，光电测地仪器(3)，更加具体而言为全站仪这样设计并通过所述通 信网络(4)连接至所述倾斜传感器(I0， Ip I2， I3， I4， I5)和所述坐标 变换装置(5)，使得能在动态依赖于所述倾斜(cc。， aP a2， a3， ct4， a5) 的所述坐标系中定位和匹配所述光电测地仪器(3 )。
全文摘要
本发明涉及用于待修建的结构(1′)、更加具体而言用于待修建的高层建筑物的勘测方法，该结构具有相对于重力矢量定向的理想轴线(a)。在结构(1’)的最高建筑层(E₅)上，由卫星定位系统(2)的接收器(AA，BB，CC)限定至少三个参照点(A₅’，B₅’，C₅’)。确定指定给结构(1’)的光电测地仪器(3)相对于所述三个参照点(A₅’，B₅’，C₅’)和结构(1’)的奇点(P₅’)的位置。以重力法、更加具体而言通过重力倾斜传感器(I₅)来获得在作用于结构(1；1’)的倾斜作用下由理想轴线(a)发展而成的实际线(a’)的倾斜(α₅)。通过援引所述至少三个参照点(A₅’，B₅’，C₅’)、测地仪器(3)的相对位置及实际线(a’)的倾斜(α₅)，将与理想轴线(a)固连的静态坐标系变换为与实际线(a’)固连并动态依赖于倾斜(α₅)的坐标系。通过以重力法获得实际线(a’)的倾斜(α₅)、在动态依赖于倾斜(α₅)的坐标系中定位和匹配测地仪器(3)的重复步骤，可为待修建的几乎任意高度的结构(1；1’)、更加具体而言为待修建的高层建筑物提供一种精确而可靠的勘测方法，该结构或高层建筑物容易受到倾斜作用的影响并妨碍地平面参照点的使用。
文档编号G01C15/00GK101360967SQ200780001488
公开日2009年2月4日 申请日期2007年1月9日 优先权日2006年1月10日
发明者约耳·范克莱恩布洛克 申请人:莱卡地球系统公开股份有限公司