一种超高层建筑物施工垂直度的独立监测方法
【专利摘要】本发明公开的一种超高层建筑物施工垂直度的独立监测方法，包括以下步骤：(1)基准点和监测点组网同步长时间观，采用经典静态基线解算和网平差以获得监测点施工坐标；(2)通过融合多个地球重力场模型或通过区域似大地水准面模型计算监测点的垂线偏差子午分量ξ和卯酉分量η；(3)根据计算所得的垂线偏差估计GNSS测量与激光铅垂仪投点间的系统偏差，以解决GNSS测量与激光铅垂仪投点的匹配问题；(4)比较GNSS测量结果和激光铅垂仪投点结果以评价超高层建筑物的施工垂直度。本发明具有与基准点的融洽性好，可自动连续观测、精度高，独立性等特点，具有很高的应用价值。
【专利说明】
一种超高层建筑物施工垂直度的独立监测方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及工程测量领域，特别涉及一种超高层建筑物施工垂直度的独立监测方 法。
【背景技术】
[0002] 我国《民用建筑设计通则》(GB50352-2005)规定:建筑高度超过100m时，不论住宅 及公共建筑均为超高层建筑。随着我国城市用地逐渐趋于紧张，在北京、长三角、珠三角等 发达地区，超高层建筑物的数量越来越多。超高层建筑物施工测量的关键技术之一是要确 保建筑物的垂直度满足规范要求，《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2015)规 定现饶混凝土结构全高垂直度允许偏差不得超过H/1000且< 30mm。为了保证超高层建筑物 的垂直度，目前施工过程中测量基准的竖向传递一般采用激光铅垂仪分层传递，可有效控 制超高层建筑物的垂直度。但是由于超高层建筑物受风力、日照、塔吊施工等外界因素影 响，以及激光铅垂仪分层传递误差累积等测量误差影响，一般需要采用其它技术对激光铅 垂仪投点结果进行独立检核。鉴于超高层建筑物测量基准点一般采用GNSS并结合导线测量 方法施测，而GNSS技术由于具有全天候、自动观测、精度高等优点，可作为超高层建筑物垂 直度独立监测的首选方法。
[0003] 利用GNSS技术进行超高层建筑物垂直度的独立监测，需要解决GNSS测量与激光铅 垂仪投点的匹配问题，主要原因是GNSS测量基准线是法线，而激光铅垂仪测量基准线是铅 垂线，而目前采用GNSS进行超高层建筑垂直度监测时均未考虑两者的匹配问题。
[0004]因此有必要提供一种新的超高层建筑垂直度监测方法来满足需求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种超高层建筑物施工垂直 度的独立监测方法。
[0006] 本发明的目的通过以下的技术方案实现：
[0007] -种超高层建筑物施工垂直度的独立监测方法，包含以下顺序的步骤：
[0008] 步骤1，在超高层建筑物监测层上选择1个激光铅垂仪投点作为监测点，并在该超 高层建筑物首级控制网中选择N个控制点作为基准点，其中3;
[0009] 步骤2,在步骤1所选择的监测点与基准点上架设GNSS接收机进行静态同步观测， 同步观测时间T多24小时；
[0010] 步骤3,采用经典静态基线解算模式对外业观测数据进行处理，将基准点施工坐标 作为约束，通过平差获得监测点的施工坐标；
[0011] 步骤4,通过融合多个地球重力场模型或通过区域似大地水准面模型来计算监测 点的垂线偏差子午分量ξ和卯酉分量Π;
[0012] 步骤5,根据步骤4所得的垂线偏差子午分量ξ和卯酉分量ri计算出GNSS测量与激光 铅垂仪投点的南北方向偏差A X和东西方向偏差A y;
[0013] 步骤6,利用步骤5所得的系统的南北方向偏差△ x和东西方向△ y对GNSS测量坐标 进行校正，然后与激光铅垂仪投点坐标进行比较以评价超高层建筑物的施工垂直度。
[0014] 所述GNSS接收机是多频多星GNSS接收机。
[0015] 所述多个地球重力场模型包括EGM2008地球重力场模型、EIGEN-6C4地球重力场模 型。
[0016]步骤4中，所述通过融合多个地球重力场模型来计算监测点的垂线偏差子午分量ξ 和卯酉分量η，具体为:利用多个地球重力场模型分别计算监测点的垂线偏差，并根据各地 球重力场模型位系数的方差计算监测点垂线偏差的精度，然后通过加权平均获得监测点的 最终垂线偏差，其计算公式为：
[0018] 式中，为利用多个地球重力场模型所计算的监测点的垂线偏差子午分量;ru为利 用多个地球重力场模型所计算的监测点的垂线偏差卯酉分量;Pi为根据多个地球重力场模 型位系数的方差而计算的权。
[0019] 步骤4中，所述通过区域似大地水准面模型来计算监测点的垂线偏差子午分量ξ和 卯酉分量η，具体为:采用区域似大地水准面模型计算各点间的高程异常差，进而推求监测 点的垂线偏差。
[0020] 步骤1中，所述超高层建筑物监测层为阶段性的施工顶层。
[0021] 所述基准点为Ν个控制点，控制点的点位符合《全球定位系统测量规范》的规定。具 体符合全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314-2009)的规定。
[0022] 步骤5中，所述的南北方向偏差△ X和东西方向偏差△ y的计算公式为：
[0023] Δ x^ihtanl，Δ yi^htanq;
[0024] 式中，h为监测点的GNSS测量结果沿法线投影到投点基准面上的投影高度，ξ、τ?分 别为监测点垂线偏差的子午分量和卯酉分量。
[0025] GNSS英文全称为Global Navigation Satellite System，中文含义为全球卫星导 航系统。
[0026] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0027] 1、本发明采用融合多个地球重力场模型或者利用区域似大地水准面模型计算监 测点的垂线偏差，并估计激光铅垂仪投点和GNSS测量间的系统偏差，从而对GNSS测量结果 进行校正，实现超高层建筑物的垂直度监测。对于广州地区，若建筑物高度小于l〇〇m，GNSS 测量结果与激光铅垂仪投点结果的系统偏差在南北方向小于2mm，东西方向小于3mm;若建 筑物高度超过l〇〇m，如400m的超高层建筑物，其中GNSS测量结果与激光铅垂仪投点结果的 系统偏差在南北方向达7mm左右，东西方向达14_左右，如此大的系统偏差在实际测量中不 能忽略。不同地区，垂线偏差有差异，可根据本发明方法先行确定区域垂线偏差大小，并分 析其对GNSS测量的影响，从而确定垂直度监测方案。
[0028] 2、本发明与基准点的融洽性好。由于施工首级控制网一般采用GNSS技术施测，本 发明直接将首级控制点和监测点同步进行GNSS观测，并通过约束平差获得监测点的施工坐 标，故与基准点的融洽性好。
[0029] 3、本发明可自动连续观测、精度高。GNSS可全天候连续自动观测，受天气等外界因 素影响较小，采样率可根据需求设置，精度高，误差不累积。
[0030] 4、本发明具有独立性。采用GNSS技术对超高层建筑物进行垂直度监测，属于采用 不同技术的独立手段，可增加超高层建筑物施工垂直度监测的可信度。
【附图说明】
[0031 ]图1是本发明实施例的监测点与基准点布置示意图。
[0032] 图2是本发明实施例的GNSS测量与激光铅垂仪投点示意图。
[0033] 图3是本发明实施例的GNSS测量坐标和激光铅垂仪投点坐标的偏差示意图。
[0034] 图4是本发明所述一种超高层建筑物施工垂直度的独立监测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0036] 实施例一
[0037] 如图4,一种超高层建筑物施工垂直度的独立监测方法，包含以下顺序的步骤：
[0038] 步骤1，在超高层建筑物监测层上选择1个激光铅垂仪投点作为监测点，并在该超 高层建筑物首级控制网中选择N个控制点作为基准点，其中3;
[0039] 步骤2,在步骤1所选择的监测点与基准点上架设GNSS接收机进行静态同步观测， 同步观测时间T多24小时；
[0040] 步骤3,采用经典静态基线解算模式对外业观测数据进行处理，将基准点施工坐标 作为约束，通过平差获得监测点的施工坐标；
[0041] 步骤4,通过融合多个地球重力场模型或通过区域似大地水准面模型来计算监测 点的垂线偏差子午分量ξ和卯酉分量Π;
[0042] 步骤5,根据步骤4所得的垂线偏差子午分量ξ和卯酉分量ri计算出GNSS测量与激光 铅垂仪投点的南北方向偏差A X和东西方向偏差A y;
[0043] 步骤6,利用步骤5所得的系统的南北方向偏差△ x和东西方向△ y对GNSS测量坐标 进行校正，然后与激光铅垂仪投点坐标进行比较以评价超高层建筑物的施工垂直度。
[0044] 所述GNSS接收机是多频多星GNSS接收机。
[0045] 所述多个地球重力场模型包括EGM2008地球重力场模型、EIGEN-6C4地球重力场模 型。
[0046]步骤4中，所述通过融合多个地球重力场模型来计算监测点的垂线偏差子午分量ξ 和卯酉分量η，具体为:利用多个地球重力场模型分别计算监测点的垂线偏差，并根据各地 球重力场模型位系数的方差计算监测点垂线偏差的精度，然后通过加权平均获得监测点的 最终垂线偏差，其计算公式为：
[0048] 式中，ξ,为利用多个地球重力场模型所计算的监测点的垂线偏差子午分量;ru为利 用多个地球重力场模型所计算的监测点的垂线偏差卯酉分量;Pi为根据多个地球重力场模 型位系数的方差而计算的权。
[0049] 步骤4中，所述通过区域似大地水准面模型来计算监测点的垂线偏差子午分量ξ和 卯酉分量η，具体为:采用区域似大地水准面模型计算各点间的高程异常差，进而推求监测 点的垂线偏差。
[0050] 步骤1中，所述超高层建筑物监测层为阶段性的施工顶层。
[0051] 所述基准点为Ν个控制点，控制点的点位符合《全球定位系统测量规范》的规定。具 体符合全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314-2009)的规定。
[0052] 如图3,步骤5中，所述的南北方向偏差Δ X和东西方向偏差Δ y的计算公式为：
[0053] Δ x~h tan|，Δ y~h tanq;
[0054] 式中，h为监测点的GNSS测量结果沿法线投影到投点基准面上的投影高度，ξ、τ?分 别为监测点垂线偏差的子午分量和卯酉分量。
[0055] 实施例二
[0056] 如图1、2、3、4所示，本实施例提供一种利用GNSS技术实现超高层建筑物施工垂直 度的独立监测方法，步骤如下：
[0057] (a)在超高层建筑物监测层上选择1个激光铅垂仪投点作为监测点，并在该超高层 建筑物首级控制网中选择对空观测条件较好的3个控制点作为基准点；
[0058] (b)在步骤(a)所选择的监测点与基准点上架设GNSS接收机进行长时间静态同步 观测，要求同步观测时间多24小时；
[0059] (c)采用经典静态基线解算模式对外业观测数据进行处理，将基准点施工坐标作 为约束通过平差获得监测点的施工坐标；
[0060] (d)通过融合多个地球重力场模型或通过区域似大地水准面模型计算监测点的垂 线偏差子午分量1和卯酉分量Π;
[0061] (e)根据(d)计算所得的垂线偏差子午分量ξ和卯酉分量II计算出GNSS测量结果与 激光铅垂仪投点结果的系统偏差A X(南北方向）和△ y(东西方向）；
[0062] (f)利用（e)所得的系统偏差Δ X和Δ MtGNSS测量坐标进行校正，然后与激光铅垂 仪投点坐标进行比较以评价超高层建筑物的施工垂直度。
[0063]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种超高层建筑物施工垂直度的独立监测方法，其特征在于，包含以下顺序的步骤： 步骤1，在超高层建筑物监测层上选择1个激光铅垂仪投点作为监测点，并在该超高层 建筑物首级控制网中选择N个控制点作为基准点，其中N>3; 步骤2,在步骤1所选择的监测点与基准点上架设GNSS接收机进行静态同步观测，同步 观测时间T多24小时； 步骤3，采用经典静态基线解算模式对外业观测数据进行处理，将基准点施工坐标作为 约束，通过平差获得监测点的施工坐标； 步骤4,通过融合多个地球重力场模型或通过区域似大地水准面模型来计算监测点的 垂线偏差子午分量和卯酉分量rI; 步骤5,根据步骤4所得的垂线偏差子午分量ξ和卯酉分量τι计算出GNSS测量与激光铅垂 仪投点的南北方向偏差△ X和东西方向偏差A y; 步骤6,利用步骤5所得的系统的南北方向偏差△ X和东西方向△ y对GNSS测量坐标进行 校正，然后与激光铅垂仪投点坐标进行比较以评价超高层建筑物的施工垂直度。2. 根据权利要求1所述超高层建筑物施工垂直度的独立监测方法，其特征在于，所述 GNSS接收机是多频多星GNSS接收机。3. 根据权利要求1所述超高层建筑物施工垂直度的独立监测方法，其特征在于，所述多 个地球重力场模型包括EGM2008地球重力场模型、EIGEN-6C4地球重力场模型。4. 根据权利要求1所述超高层建筑物施工垂直度的独立监测方法，其特征在于，步骤4 中，所述通过融合多个地球重力场模型来计算监测点的垂线偏差子午分量ξ和卯酉分量n， 具体为:利用多个地球重力场模型分别计算监测点的垂线偏差，并根据各地球重力场模型 位系数的方差计算监测点垂线偏差的精度，然后通过加权平均获得监测点的最终垂线偏 差，其计筧公式为：式中，L为利用多个地球重力场模型所计算的监测点的垂线偏差子午分量;ru为利用多 个地球重力场模型所计算的监测点的垂线偏差卯酉分量;P1S根据多个地球重力场模型位 系数的方差而计算的权。5. 根据权利要求1所述超高层建筑物施工垂直度的独立监测方法，其特征在于，步骤4 中，所述通过区域似大地水准面模型来计算监测点的垂线偏差子午分量ξ和卯酉分量n，具 体为:采用区域似大地水准面模型计算各点间的高程异常差，进而推求监测点的垂线偏差。6. 根据权利要求1所述超高层建筑物施工垂直度的独立监测方法，其特征在于，步骤1 中，所述超高层建筑物监测层为阶段性的施工顶层。7. 根据权利要求1所述超高层建筑物施工垂直度的独立监测方法，其特征在于，所述基 准点为N个控制点，控制点的点位符合《全球定位系统测量规范》的规定。8. 根据权利要求1所述超高层建筑物施工垂直度的独立监测方法，其特征在于，步骤5 中，所述的南北方向偏差△ X和东西方向偏差△ y的计算公式为：
【文档编号】G01C15/12GK106017444SQ201610365224
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】张兴福, 张永毅
【申请人】广东工业大学