论文部分内容阅读
摘要：建筑方格网是施工放样的依据，因其要求精度高、坐标预先设定等条件的限制，测设起来比较困难，传统的测量方法显示出很多弊端，取而代之的是GPS测量技术。作为一种新新形式测量技术，它具有传统测量方法无可比拟的优越性。本文介绍了GPS技术的基本原理，分析了建筑方格网测量采用GPS的优越性，并对用GPS定位技术进行建筑方格网测量的测量技术进行概述。
关键词：GPS；方格网测量；建筑
Abstract: grid architecture is the basis of construction lofting, because of the requirement of high precision, coordinates, preset constraints, such as layout difficult, the traditional measurement method shows many drawbacks, instead, the GPS measurement technology. As a new form of measurement technology, it has the traditional measurement method is incomparable superiority. This paper introduces the basic principle of GPS technology, analyzes the advantage of the architectural grid using GPS surveying, and the use of GPS positioning technology, the measurement of building grid measuring technique are summarized.
Key words: GPS; Grid measuring; building
中图分类号： P228.1 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、GPS技术基本原理
GPS是指利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，它是采用距离交会法以三角测量的定位原理来进行。GPS所采用的是多星高轨测距体制，并且将GPS卫星和接收机的距离量作为基本观测量。只有在地面GPS接收机接受的卫星信号同时在3颗以上之后，才可以利用位距测量或者是载波相位测量，来进行测算，然后得出卫星信号到接收机所花费的的距离以及时间，最后再根据各卫星所处的位置信息，把卫星到用户的多个等距离球面相交后，就能够获得用户的三维(经度、纬度、高度) 数据坐标、速度以及时间等相关参数。GPS的测量中最常通常使用的两类坐标系统是在空间固定的坐标系统和与地球体相固联的坐标系统，又被称作地固坐标系统。在实际应用过程中坐标系统的变换需要根据坐标系统间的转换参数进行，一次来进行坐标系统坐标的推算。这么一来便使得表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果更加容易。
二、建筑方格网测量采用GPS的优越性
1、采用GPS技术测设方格网，比常规方法适应性更强。网形构造简单，点的疏密和边的长短可灵活选取，即使离已知控制点较远也可以连接，并进行控制网的定位和定向。另外，它解决了点位之间无法通视的困难，选点灵活，不需要高标，同时还可以保证外业施测不受天气影响。测设大型(长边)方格网和通视条件特别困难时，尤其能够显示其优越性。尽管GPS本身在进行测量时不受到通视条件的限制，但是，工程测量一般为小范围测量并受到工程成本的限制。因此，在实际的工程测量中，仍然要考虑使用全站仪、经纬仪、水准仪等常用且投入较少的仪器。这些常用的仪器一般都需要点与点之间相互通视，特别是在布设控制网时，点与点不能通视将会给测量工作带来较多的麻烦和困难。特别是大型桥梁控制网中，如果点与点不通视，势必影响网的强度和精度，进而影响到桥梁本身的精度。因此，在工程测量中布设GPS控制网时，必要时应当尽量使较多的点互相通视。
2、GPS方格网点位精度高、误差分布均匀，不但能够满足规范要求，而且具有较大的精度储备。
3、采用点位中误差作为方格网测量精度指标是可行的，它比用相对中误差表示精度指标更为合理。
4、采用GPS方法布设大地控制网，因其图形强度系数高，能够有效地提高点位趋近速度。网形优化比较方便。
5、采用GPS-RTK测设建筑。方格网与常规测量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作业人员的劳动强度。一个参考站可有多台流动站作业，流动站不需基准站指挥，单人即可独立作业。
三、GPS定位技术进行建筑方格网测量
（一）方格网设计
在设计建筑方格网时应对整个建筑的平面布置、施工总体规划、原有测量资料等相关资料有一个全面的了解。根据上述资料和现场的地形情况，其设计步骤为：首先选择主轴线，其次选择方格网点。建筑方格网的主轴线应考虑控制整个场地，当场地较大时，主轴线可适当增加。因此，主轴线的位置应当在总平面布置图上选择。选择时应考虑以下因素：第一，主轴线原则上应与建筑的主轴线或主要设备基础的轴线一致或平行，主轴线中纵横轴线的长度应在建筑场地采用最大值，即纵横轴线的各个端点均应布置在场区的边界上；第二，应避开地下管线、管沟，避免落入建筑物、构筑物上或者土方工程区内，并使其不受邻近挖掘基础壕沟的影响，以便于施测和保存；第三，主轴线的数量及布设采用的图形，应满足图形强度相关要求；第四，标桩能够长期保存。
（二）建筑方格网点坐标测定方法
首级控制可采用轴线法或布网法，具体要求分别为：
1、轴线法
宜位于场地中央，与主要建筑物平行；长轴线上的定位点不得少于3个；轴线点的点位中误差不大于5cm；放样后的主轴线点，要进行角度观测，检查直线度；测定交角的中误差不大于2.5″；直线度的限差在180°±5″以内；轴交点应在长轴线上丈量全长后确定；短轴线，根据长轴线定向后确定，精度同长轴线，交角的限差在90°±5″以内。
2、布网法
加测对角线的三边网，平均边长≤2Km，测距中误差≤20mm，相对中误差≤1/100000。角度观测采用方向观测法，仪器选用J2级的中短程全站仪，测回数按3个控制，较差≤9″。边长测定按4次控制。
（三）建筑方格网主轴线的测设
建筑方格网主轴线点的定位是根据测量控制点来测设的。
1、调整坐标系，使测量控制坐標系统和施工坐标系统一致；
2、按极坐标放样法，计算测设数据，对全站仪测设而言，也是必要的。
3、用全站仪测设A、O、B点的概略位置A′、O′、B′，用混凝土桩标定，同时在桩顶设置一块100mm×100mm的铁板供调整点位用；
4、J2级仪器精确测定∠A′0′B′，看是否在180°±10″范围内，若超限，则作微小调整使其在一直线上，调整方法依现场实际和测量经验，不必按正规方法测设；
5、定好A、O、B三个主点后，将仪器安置在O点，再测设与AOB垂直的另一主轴线COD，采用相对坐标测定和改正；
6、纠偏CD点位；
7、最后精确测定O点与A、B、C、D点的距离，在桩顶刻出相应的点位。
（四）建筑方格网点的归化改正
方格网点经实测和平差计算后的实际坐标往往与设计坐标不一致，则需要在标桩的标板上进行调整，其调整的方法是先计算出方格点的实际坐标与设计坐标的坐标差，计算式是：
△x=x设计-x实际 △y=y设计-y实际
然后以实际点位至相邻点在标板上方向线来定向，用三角尺在定向边上量出位△x与△y，如图1所示，并依据其数值平行推出设计坐标轴线，其交点A即为方格点正式点位。标定后，将原点位消去。
图1
（五）建筑方格网的加密和最后检查
1、方格网的加密
在建立方格网时，应先建立边长较长的方格网，然后再加密中间的方格网点，方格网的加密，常采用下述两种方法：
(1)直线内分点法
在一条方格边上的中间点加密方格点时，如图2所示，从已知点A沿AB方向线按设计要求精密丈量定出M点，由于定线偏差得M′。置经纬仪于M′。测定AM′B的角值β，按下式求得偏差值：
式中 S——AM′的距离，
△β=180゜- β0
按δ值对M′进行纠正，得M0。
图2 图3
(2)方向线交会法
如图3所示，在方格点Nl和N2上置经纬仪瞄准N4和N3，此两方向线相交，得a点，即方格网加密点。
2、检测和纠正
检测和纠正的方法是在a点置经纬仪，先把a点纠正到N，N4直线上，再把新点a纠正到N2N3直线上，即得a的正确位置。
四、用GPS定位技术进行建筑方格网测量的控制
（一）外业测量的操作
通过计算机设备，对测量地点的周边情况、卫星情况、观测时间、角度等数据进行精确计算，指定科学合理的测量计划。全网同步观测需要选择合理的时间，测站的天线朝向和相应数据要精确控制。合理安排数据采集的间隔时间，根据规范要求进行数据采集工作。在观测中，认真监视检测情况，做好对各个环节的掌握，对于出现观测效果不足的情况，做好合理的调整，延长观测时间。
（二）数据处理
对于GPS测量工作中的相关数据，测量人员要做好记录和备份工作，对测量数据做好复查工作，以便保证测量数据的安全和准确。在数据测量过程中，要及时检查观测数据，保证测量过程中数据的准确性，对相应误差进行处理和核算，保證观测数据的质量。测量工作人员对于测量工作要提高认识，重视整体测量数据的准确性保证，对于相应影响误差的环境因素、人为因素等进行控制。在点高程的控制上要提高精度，保证联测高程点的数量，控制好点三维坐标，保证整体测量的精度。
参考文献
[1]徐绍铨，张华海，杨志强，等．GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2007．
[2]李征航，黄劲松．GPS测量与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社2005.
[3]张春雨.GPS 定位原理及其在工程测量中的应用[J].中小企业管理与科技，2007(10).
[4]高尚.GPS定位技术的应用分析[J].天中学刊，2007，12(5).
[5]刑忠堂，张丽.GPS定位技术及其在公路勘测中的应用探讨[J].科技信息，2009(27).
[6]郝福恒.浅谈测量工程中GPS定位技术的推广与应用[J].科技与经济，2006(19).
关键词：GPS；方格网测量；建筑
Abstract: grid architecture is the basis of construction lofting, because of the requirement of high precision, coordinates, preset constraints, such as layout difficult, the traditional measurement method shows many drawbacks, instead, the GPS measurement technology. As a new form of measurement technology, it has the traditional measurement method is incomparable superiority. This paper introduces the basic principle of GPS technology, analyzes the advantage of the architectural grid using GPS surveying, and the use of GPS positioning technology, the measurement of building grid measuring technique are summarized.
Key words: GPS; Grid measuring; building
中图分类号： P228.1 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、GPS技术基本原理
GPS是指利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，它是采用距离交会法以三角测量的定位原理来进行。GPS所采用的是多星高轨测距体制，并且将GPS卫星和接收机的距离量作为基本观测量。只有在地面GPS接收机接受的卫星信号同时在3颗以上之后，才可以利用位距测量或者是载波相位测量，来进行测算，然后得出卫星信号到接收机所花费的的距离以及时间，最后再根据各卫星所处的位置信息，把卫星到用户的多个等距离球面相交后，就能够获得用户的三维(经度、纬度、高度) 数据坐标、速度以及时间等相关参数。GPS的测量中最常通常使用的两类坐标系统是在空间固定的坐标系统和与地球体相固联的坐标系统，又被称作地固坐标系统。在实际应用过程中坐标系统的变换需要根据坐标系统间的转换参数进行，一次来进行坐标系统坐标的推算。这么一来便使得表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果更加容易。
二、建筑方格网测量采用GPS的优越性
1、采用GPS技术测设方格网，比常规方法适应性更强。网形构造简单，点的疏密和边的长短可灵活选取，即使离已知控制点较远也可以连接，并进行控制网的定位和定向。另外，它解决了点位之间无法通视的困难，选点灵活，不需要高标，同时还可以保证外业施测不受天气影响。测设大型(长边)方格网和通视条件特别困难时，尤其能够显示其优越性。尽管GPS本身在进行测量时不受到通视条件的限制，但是，工程测量一般为小范围测量并受到工程成本的限制。因此，在实际的工程测量中，仍然要考虑使用全站仪、经纬仪、水准仪等常用且投入较少的仪器。这些常用的仪器一般都需要点与点之间相互通视，特别是在布设控制网时，点与点不能通视将会给测量工作带来较多的麻烦和困难。特别是大型桥梁控制网中，如果点与点不通视，势必影响网的强度和精度，进而影响到桥梁本身的精度。因此，在工程测量中布设GPS控制网时，必要时应当尽量使较多的点互相通视。
2、GPS方格网点位精度高、误差分布均匀，不但能够满足规范要求，而且具有较大的精度储备。
3、采用点位中误差作为方格网测量精度指标是可行的，它比用相对中误差表示精度指标更为合理。
4、采用GPS方法布设大地控制网，因其图形强度系数高，能够有效地提高点位趋近速度。网形优化比较方便。
5、采用GPS-RTK测设建筑。方格网与常规测量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作业人员的劳动强度。一个参考站可有多台流动站作业，流动站不需基准站指挥，单人即可独立作业。
三、GPS定位技术进行建筑方格网测量
（一）方格网设计
在设计建筑方格网时应对整个建筑的平面布置、施工总体规划、原有测量资料等相关资料有一个全面的了解。根据上述资料和现场的地形情况，其设计步骤为：首先选择主轴线，其次选择方格网点。建筑方格网的主轴线应考虑控制整个场地，当场地较大时，主轴线可适当增加。因此，主轴线的位置应当在总平面布置图上选择。选择时应考虑以下因素：第一，主轴线原则上应与建筑的主轴线或主要设备基础的轴线一致或平行，主轴线中纵横轴线的长度应在建筑场地采用最大值，即纵横轴线的各个端点均应布置在场区的边界上；第二，应避开地下管线、管沟，避免落入建筑物、构筑物上或者土方工程区内，并使其不受邻近挖掘基础壕沟的影响，以便于施测和保存；第三，主轴线的数量及布设采用的图形，应满足图形强度相关要求；第四，标桩能够长期保存。
（二）建筑方格网点坐标测定方法
首级控制可采用轴线法或布网法，具体要求分别为：
1、轴线法
宜位于场地中央，与主要建筑物平行；长轴线上的定位点不得少于3个；轴线点的点位中误差不大于5cm；放样后的主轴线点，要进行角度观测，检查直线度；测定交角的中误差不大于2.5″；直线度的限差在180°±5″以内；轴交点应在长轴线上丈量全长后确定；短轴线，根据长轴线定向后确定，精度同长轴线，交角的限差在90°±5″以内。
2、布网法
加测对角线的三边网，平均边长≤2Km，测距中误差≤20mm，相对中误差≤1/100000。角度观测采用方向观测法，仪器选用J2级的中短程全站仪，测回数按3个控制，较差≤9″。边长测定按4次控制。
（三）建筑方格网主轴线的测设
建筑方格网主轴线点的定位是根据测量控制点来测设的。
1、调整坐标系，使测量控制坐標系统和施工坐标系统一致；
2、按极坐标放样法，计算测设数据，对全站仪测设而言，也是必要的。
3、用全站仪测设A、O、B点的概略位置A′、O′、B′，用混凝土桩标定，同时在桩顶设置一块100mm×100mm的铁板供调整点位用；
4、J2级仪器精确测定∠A′0′B′，看是否在180°±10″范围内，若超限，则作微小调整使其在一直线上，调整方法依现场实际和测量经验，不必按正规方法测设；
5、定好A、O、B三个主点后，将仪器安置在O点，再测设与AOB垂直的另一主轴线COD，采用相对坐标测定和改正；
6、纠偏CD点位；
7、最后精确测定O点与A、B、C、D点的距离，在桩顶刻出相应的点位。
（四）建筑方格网点的归化改正
方格网点经实测和平差计算后的实际坐标往往与设计坐标不一致，则需要在标桩的标板上进行调整，其调整的方法是先计算出方格点的实际坐标与设计坐标的坐标差，计算式是：
△x=x设计-x实际 △y=y设计-y实际
然后以实际点位至相邻点在标板上方向线来定向，用三角尺在定向边上量出位△x与△y，如图1所示，并依据其数值平行推出设计坐标轴线，其交点A即为方格点正式点位。标定后，将原点位消去。
图1
（五）建筑方格网的加密和最后检查
1、方格网的加密
在建立方格网时，应先建立边长较长的方格网，然后再加密中间的方格网点，方格网的加密，常采用下述两种方法：
(1)直线内分点法
在一条方格边上的中间点加密方格点时，如图2所示，从已知点A沿AB方向线按设计要求精密丈量定出M点，由于定线偏差得M′。置经纬仪于M′。测定AM′B的角值β，按下式求得偏差值：
式中 S——AM′的距离，
△β=180゜- β0
按δ值对M′进行纠正，得M0。
图2 图3
(2)方向线交会法
如图3所示，在方格点Nl和N2上置经纬仪瞄准N4和N3，此两方向线相交，得a点，即方格网加密点。
2、检测和纠正
检测和纠正的方法是在a点置经纬仪，先把a点纠正到N，N4直线上，再把新点a纠正到N2N3直线上，即得a的正确位置。
四、用GPS定位技术进行建筑方格网测量的控制
（一）外业测量的操作
通过计算机设备，对测量地点的周边情况、卫星情况、观测时间、角度等数据进行精确计算，指定科学合理的测量计划。全网同步观测需要选择合理的时间，测站的天线朝向和相应数据要精确控制。合理安排数据采集的间隔时间，根据规范要求进行数据采集工作。在观测中，认真监视检测情况，做好对各个环节的掌握，对于出现观测效果不足的情况，做好合理的调整，延长观测时间。
（二）数据处理
对于GPS测量工作中的相关数据，测量人员要做好记录和备份工作，对测量数据做好复查工作，以便保证测量数据的安全和准确。在数据测量过程中，要及时检查观测数据，保证测量过程中数据的准确性，对相应误差进行处理和核算，保證观测数据的质量。测量工作人员对于测量工作要提高认识，重视整体测量数据的准确性保证，对于相应影响误差的环境因素、人为因素等进行控制。在点高程的控制上要提高精度，保证联测高程点的数量，控制好点三维坐标，保证整体测量的精度。
参考文献
[1]徐绍铨，张华海，杨志强，等．GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2007．
[2]李征航，黄劲松．GPS测量与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社2005.
[3]张春雨.GPS 定位原理及其在工程测量中的应用[J].中小企业管理与科技，2007(10).
[4]高尚.GPS定位技术的应用分析[J].天中学刊，2007，12(5).
[5]刑忠堂，张丽.GPS定位技术及其在公路勘测中的应用探讨[J].科技信息，2009(27).
[6]郝福恒.浅谈测量工程中GPS定位技术的推广与应用[J].科技与经济，2006(19).