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摘 要笔者介绍了GPS原理、特点、在高层建筑测量中的应用及观测数据的评价标准，可供参考。
关键词GPS；建筑测量；数据评价
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)011-0155-01
1GPS原理与特点
1）GPS定位原理。全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是美国从20世纪70年代开始研制的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统，由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。
2）GPS测量特点。GPS测量具有如下特点：①测量精度高，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1×l0-6，在大于1000km的基线上可达1×10-8；②测站间无需通视，GPS测量不需要测站间相互通视，根据需要确定点位；③观测时间短，进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对定位仅需几秒钟；④仪器操作简便，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录；⑤全天候作业，GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证连续进行观测，一般不受天气状况的影响。
2在高层建筑测量中的应用
2.1观测点的选择
由于GPS测量观测点之间无相互通视要求、而且测量网的图形结构也比较灵活、所以测点的选择工作较比较简便，测点的选择除了满足常规要求外，还应遵循以下原则：①避免电磁场信号的干扰。点位应远离大功率无线电发射源，其距离要大于200m；点位也要远离高压输电线，其距离要超过50m。②点位附近不应有大面积的水域或电磁波反射，以减少多路径效应的影响。③点位应设在目标显著的地方，一些高层建筑物顶层作为观测点比较理想，在视场周围15m以上不应有障碍物或者已建成建筑物GPS系统。④点位应选在交通方便的地方，点位所构成的网形应有利于同步观测边，点联结。⑤点位所在地面基础要稳定，易于点的保存，当利用原有点位时，应对其稳定性。
2.2标志的设定要求
高层建筑施工GPS网点应埋设具有明显而精准的标志，点的标志应能够保持到高层建筑施工完成且能够被有效地利用，特别是设在施工场区外的点，应保证在施工期间不被破坏。因施工期间，施工场区内施工人员众多，且施工工序往往由不止一个的施工队伍进行，除了将标志设在不易受施工影响的地方外，还应委托专人保护，每个点位标志设定工作结束后，应按表填写点之记并提交相应资料。
2.3观测的方式与过程
1）变形监测。变形监测主要是监测像大桥、水库大坝、高层大楼等建筑物、构筑物的地基沉降、位移以及整体的倾斜等状况。监测工作的特点是被监测体的几何尺寸巨大，监测环境复杂，监测技术要求高。常规的监测技术是应用水准测量的方法，监测地基的沉降：应用三角测量的方法，监测地基的位移和整体的倾斜。GPS技术在该领域有广泛的应用。比如为了监测大坝或边坡的形变，可在远离大坝或边坡的适当位置，选择若干基准点，同时在形变区选择若干监测点。在基准点和监测点上分别安置GPS接受机，进行连续自动观测，并采用适当的数据传输技术，实时地将监测数据自动地传输到数据处理中心，进行分析、处理和显示。
2）带RTK的碎部测量与放样。RTK技术，即载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。RTK系统由基准站和移动站组成，将基准站采集的载波相位发送给用户，用户根据基准站的差分信息进行求差解算用户位置坐标。RTK技术操作过程如下：将GPS接收机放在待定的特征点上l、2秒钟，同时输入该特征点的编码即可。把一个小区域内的地形、地物特征点测定后传入计算机，然后形成所要的效果图。
3）区域盖分网下的碎部测量与放样。区域性GPS差分系统下的碎部测量与放样，是基于区域GPS差分网进行的。区域差分与RTK单基点载波相位差分的原理相似，不同的是区域差分的基准站往往多于1个，多基准站组成基准网，基准网提供各个基准站的差分信息，用户接收机根据自己的位置确定各基准站差分信息的权，按非等权平差后形成自己的差分改正数，实现差分定位。
2.4观测记录
在高层建筑施IGPS观测工作中，所有资料均需妥善记录，记录形式主要可采用观测记录和测量手簿等两种。
1）观测记录。观测记录有GPS接收机自动进行均记录在存储介质。如硬盘，硬卡或记录卡等，其主要内容有：①波相位观测值及相应的观测历元；②同一历元的测码伪距观测值；③GPS卫星星历及卫星钟差参数；④实时绝对定位结果；⑤测站控制信息及接收机工作状态信息。
2）测量手簿。测量手簿是在接收机启动前及观测过程中，由观测人员随时填写的。观测记录和测量手簿都是GPS精密定位的依据，必须认真及时填写，坚决杜绝事后补记或追记，外作业中存储介质上的数据文件应及时拷贝一式两份。分别保存在专人保管的防水，防静电的资料箱内。存储介质的外面，适当处应贴制标签。注明文件名、网区名、点名、时段名、采集日期、测量手簿编号等。接收机内存数据文件在转录到外存介质上时，不得进行任何剔除或删改，不得调用任何对数据实施重新加工组合的操作指令。
3观测数据的评价标准
在高层建筑施工GPS静态相对定位中，观测数据的评价一般分为四级，即良好、合格、存疑和不合格。
1）良好。良好具有如下要求：①测量基准点环境好，无施工振动，焊接作业及其它电磁波等因素干扰；②观测过程中人气状况稳定能观测到所有预报的卫星；③接收机运行正常，没有或偶尔发生短暂的失锁或故障报警，但很快得以排除；④测点上全部操作过程都符合规定，资料齐全；⑤实时绝对定位解收敛平稳。
2）合格。合格具有如下要求：①测点上有施工振动、焊接作业及其它电磁波等干扰；②观测过程中大气状况有明显的波动，如有暴风雨过境和气象突变等；③接收机运行不大正常，多次出现报警或卫星失锁，且由于未能及时排除或多次积累致使约有10%的观测数据无效；④测站上的操作过程基本符合要求；⑤实时单点定位解的收敛过程有波动。
3）存疑。合格具有如下要求：①测站上信号干扰因素比较严重；②观测过程中报警或信号失锁频繁，有约20%的观测数据无效；③单点定位解的收敛波动较大。
4）不合格。合格具有如下要求：①由于多种因素，如气象、仪器、高层建筑施工操作等影响，致使无效数据多于30%；②观测卫星数少于4颗；③单点定时定位解收敛很困难。
4结束语
通过该工程的技术实践，表明GPS技术具有高精度，高效率和对基准点依赖性低的特点，取得了良好的效果，相对于传统建筑施工定位技术，具有如下优点：①施工测量控制网一次测定到位，无误差的传递和积累，定位精度高。②数据测定和分析均使用计算机处理，避免了人为误差产生。③其观测基准点主要用于确定起算点和起算方向，互相不通视，变换观测基准点均不影响观测精度，即使发生一个观测基点破坏的情况，仍可正常建立楼层施工控制网。④对楼层施工控制网基点的选择约束较少，各点之间可以不相互通视，点数和点位也可以根据实际要
求变化，均不影响定位精度，并能准确测定建筑物的日照变形和振动变形。
以上工程的实施充分体现了GPS测量的优越性，但在工程施工和后续工程的建设中也暴露出了一些问题，主要有：①大量的工程事例证明，虽然GPS高程测量能够达到一定的精度，但GPS施测的市政工程测量控制点，应进一步用常规仪器进行水准连测，保证高程精度满足市政工程建设的需要。②GPS测量中所选择的控制点位置的差异直接影响到观测点位的精度。由于GPS测量是通过接收卫星发射的信号经过数据处理而得到点位坐标的，因此任何可能影响信号接收的情况发生时，所测定的点位坐标都可能产生误差。
参考文献
[1]李征航,等.GPS卫星测量原理与数据处理.武汉:武汉大学出版社,2005.
[2]魏二虎,黄劲松.GPS测量操作与数据处理,武汉大学出版社,2004.
关键词GPS；建筑测量；数据评价
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)011-0155-01
1GPS原理与特点
1）GPS定位原理。全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是美国从20世纪70年代开始研制的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统，由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。
2）GPS测量特点。GPS测量具有如下特点：①测量精度高，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1×l0-6，在大于1000km的基线上可达1×10-8；②测站间无需通视，GPS测量不需要测站间相互通视，根据需要确定点位；③观测时间短，进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对定位仅需几秒钟；④仪器操作简便，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录；⑤全天候作业，GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证连续进行观测，一般不受天气状况的影响。
2在高层建筑测量中的应用
2.1观测点的选择
由于GPS测量观测点之间无相互通视要求、而且测量网的图形结构也比较灵活、所以测点的选择工作较比较简便，测点的选择除了满足常规要求外，还应遵循以下原则：①避免电磁场信号的干扰。点位应远离大功率无线电发射源，其距离要大于200m；点位也要远离高压输电线，其距离要超过50m。②点位附近不应有大面积的水域或电磁波反射，以减少多路径效应的影响。③点位应设在目标显著的地方，一些高层建筑物顶层作为观测点比较理想，在视场周围15m以上不应有障碍物或者已建成建筑物GPS系统。④点位应选在交通方便的地方，点位所构成的网形应有利于同步观测边，点联结。⑤点位所在地面基础要稳定，易于点的保存，当利用原有点位时，应对其稳定性。
2.2标志的设定要求
高层建筑施工GPS网点应埋设具有明显而精准的标志，点的标志应能够保持到高层建筑施工完成且能够被有效地利用，特别是设在施工场区外的点，应保证在施工期间不被破坏。因施工期间，施工场区内施工人员众多，且施工工序往往由不止一个的施工队伍进行，除了将标志设在不易受施工影响的地方外，还应委托专人保护，每个点位标志设定工作结束后，应按表填写点之记并提交相应资料。
2.3观测的方式与过程
1）变形监测。变形监测主要是监测像大桥、水库大坝、高层大楼等建筑物、构筑物的地基沉降、位移以及整体的倾斜等状况。监测工作的特点是被监测体的几何尺寸巨大，监测环境复杂，监测技术要求高。常规的监测技术是应用水准测量的方法，监测地基的沉降：应用三角测量的方法，监测地基的位移和整体的倾斜。GPS技术在该领域有广泛的应用。比如为了监测大坝或边坡的形变，可在远离大坝或边坡的适当位置，选择若干基准点，同时在形变区选择若干监测点。在基准点和监测点上分别安置GPS接受机，进行连续自动观测，并采用适当的数据传输技术，实时地将监测数据自动地传输到数据处理中心，进行分析、处理和显示。
2）带RTK的碎部测量与放样。RTK技术，即载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。RTK系统由基准站和移动站组成，将基准站采集的载波相位发送给用户，用户根据基准站的差分信息进行求差解算用户位置坐标。RTK技术操作过程如下：将GPS接收机放在待定的特征点上l、2秒钟，同时输入该特征点的编码即可。把一个小区域内的地形、地物特征点测定后传入计算机，然后形成所要的效果图。
3）区域盖分网下的碎部测量与放样。区域性GPS差分系统下的碎部测量与放样，是基于区域GPS差分网进行的。区域差分与RTK单基点载波相位差分的原理相似，不同的是区域差分的基准站往往多于1个，多基准站组成基准网，基准网提供各个基准站的差分信息，用户接收机根据自己的位置确定各基准站差分信息的权，按非等权平差后形成自己的差分改正数，实现差分定位。
2.4观测记录
在高层建筑施IGPS观测工作中，所有资料均需妥善记录，记录形式主要可采用观测记录和测量手簿等两种。
1）观测记录。观测记录有GPS接收机自动进行均记录在存储介质。如硬盘，硬卡或记录卡等，其主要内容有：①波相位观测值及相应的观测历元；②同一历元的测码伪距观测值；③GPS卫星星历及卫星钟差参数；④实时绝对定位结果；⑤测站控制信息及接收机工作状态信息。
2）测量手簿。测量手簿是在接收机启动前及观测过程中，由观测人员随时填写的。观测记录和测量手簿都是GPS精密定位的依据，必须认真及时填写，坚决杜绝事后补记或追记，外作业中存储介质上的数据文件应及时拷贝一式两份。分别保存在专人保管的防水，防静电的资料箱内。存储介质的外面，适当处应贴制标签。注明文件名、网区名、点名、时段名、采集日期、测量手簿编号等。接收机内存数据文件在转录到外存介质上时，不得进行任何剔除或删改，不得调用任何对数据实施重新加工组合的操作指令。
3观测数据的评价标准
在高层建筑施工GPS静态相对定位中，观测数据的评价一般分为四级，即良好、合格、存疑和不合格。
1）良好。良好具有如下要求：①测量基准点环境好，无施工振动，焊接作业及其它电磁波等因素干扰；②观测过程中人气状况稳定能观测到所有预报的卫星；③接收机运行正常，没有或偶尔发生短暂的失锁或故障报警，但很快得以排除；④测点上全部操作过程都符合规定，资料齐全；⑤实时绝对定位解收敛平稳。
2）合格。合格具有如下要求：①测点上有施工振动、焊接作业及其它电磁波等干扰；②观测过程中大气状况有明显的波动，如有暴风雨过境和气象突变等；③接收机运行不大正常，多次出现报警或卫星失锁，且由于未能及时排除或多次积累致使约有10%的观测数据无效；④测站上的操作过程基本符合要求；⑤实时单点定位解的收敛过程有波动。
3）存疑。合格具有如下要求：①测站上信号干扰因素比较严重；②观测过程中报警或信号失锁频繁，有约20%的观测数据无效；③单点定位解的收敛波动较大。
4）不合格。合格具有如下要求：①由于多种因素，如气象、仪器、高层建筑施工操作等影响，致使无效数据多于30%；②观测卫星数少于4颗；③单点定时定位解收敛很困难。
4结束语
通过该工程的技术实践，表明GPS技术具有高精度，高效率和对基准点依赖性低的特点，取得了良好的效果，相对于传统建筑施工定位技术，具有如下优点：①施工测量控制网一次测定到位，无误差的传递和积累，定位精度高。②数据测定和分析均使用计算机处理，避免了人为误差产生。③其观测基准点主要用于确定起算点和起算方向，互相不通视，变换观测基准点均不影响观测精度，即使发生一个观测基点破坏的情况，仍可正常建立楼层施工控制网。④对楼层施工控制网基点的选择约束较少，各点之间可以不相互通视，点数和点位也可以根据实际要
求变化，均不影响定位精度，并能准确测定建筑物的日照变形和振动变形。
以上工程的实施充分体现了GPS测量的优越性，但在工程施工和后续工程的建设中也暴露出了一些问题，主要有：①大量的工程事例证明，虽然GPS高程测量能够达到一定的精度，但GPS施测的市政工程测量控制点，应进一步用常规仪器进行水准连测，保证高程精度满足市政工程建设的需要。②GPS测量中所选择的控制点位置的差异直接影响到观测点位的精度。由于GPS测量是通过接收卫星发射的信号经过数据处理而得到点位坐标的，因此任何可能影响信号接收的情况发生时，所测定的点位坐标都可能产生误差。
参考文献
[1]李征航,等.GPS卫星测量原理与数据处理.武汉:武汉大学出版社,2005.
[2]魏二虎,黄劲松.GPS测量操作与数据处理,武汉大学出版社,2004.