一种基于北斗超高层建筑高程及轴线获取方法与流程

本发明涉及建筑施工，具体涉及一种基于北斗超高层建筑高程及轴线获取方法。

背景技术：

1、建筑轴线放样及高程测量是建筑施工中关键技术，特别是高层建筑轴线放样有偏差，会导致整个建筑的偏斜，甚至会倒塌。对于低层建筑放样，一般都是采用全站仪，对于高程建筑则采用激光铅直仪，激光铅直仪是利用红色激光在地面轴线点，向垂直地面铅直方向将红色激光投射到高处接收靶上，其光斑中心即为建筑轴线中心点。瑞士莱卡公司生产的激光铅直仪精度可高达10万分之一，九十年代末我国北京拉特激光精密仪器有限公司，申请了液体双光契自动光学补偿专利，其申报的技术使激光铅直仪精度达到30万分之一，居于国际领先水平，为我国高层建筑施工放样做了重要贡献。

2、精度达到30万分之一激光铅直仪，对于100米高度的建设物在核心筒内激光比较稳定环境下，其中心光班直经为7mm，点位精度为+/-1mm，可满足+/-3mm的精度要求。

3、随着国家经济的飞速发展，我国建筑向超高层方向发展，最高的己达到600多米，对于超高层建筑轴线放样面临着新的考验，把激光铅直仪用到超高层轴线放样遇到以下几方面的问题：

4、1)建筑物太高，超过200米，激光光斑大，光亮度低，测量精度降低，达不到施工精度要求；

5、2)现代超高层建筑常采用钢筋混凝土结构。在钢柱中间用混凝土，钢柱轴线放样条件受施工环境影响比较大，施工现场复杂施工杆架会影响激光传播、激光在超高层大气中穿过，受大气湍流影响，激光抖动严重，定位精度明显降低。

6、3)超过100米以上建筑，只能采用激光铅直仪接力的办法，由于仪器安置误差、对点误差、大气抖动等误差累积，很难满足超高程建筑轴线放样要求。

7、建设物高程测量一般采用高精度水准测量，对于超高层建筑无法采用水准测量，采用钢尺量距或激光测距己满足不了高程测量要求。

8、基于我国北斗30颗全球卫星全面运行，在我国接收北斗卫星可多达12—14颗，随着卫星高精度定位技术迅速发展，卫星定位技术与高精度惯导精密融合，可以实现在施工过程中对钢柱进行快速、高精度定位。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种基于北斗超高层建筑高程及轴线获取方法，解决了复杂施工环境下超高层建筑高程及轴线的获取问题。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种基于北斗超高层建筑高程及轴线获取方法，包括以下步骤：

4、步骤一、在超高层建筑施工顶层选择多个点为监测点，在监测点上安置放样接收机天线；

5、步骤二、在放样接收机天线旁安放北斗超高层建筑放样终端；

6、步骤三、在超高层建筑地面施工控制网中选择三个控制点，并安置北斗高精度接收机；

7、步骤四、利用北斗超高层建筑放样终端内的北斗接收机实时接收监测点处的北斗卫星原始观测数据，并存储在接收机存储器内；利用北斗高精度接收机实时接收控制点处的北斗卫星原始观测数据，并存储在接收机存储器内；

8、步骤五、利用设置在北斗超高层建筑放样终端内的惯导，实时接收由惯导提供的监测点处的惯导数据，并存储在接收机存储器内；利用设置在北斗高精度接收机内的惯导，实时接收由惯导提供的控制点处的惯导数据，并存储在接收机存储器内；

9、步骤六、北斗超高层建筑放样终端通过显示屏显示定位概略位置；

10、步骤七、通过4g通信网将接收的北斗卫星原始观测数据以及惯导数据传输至地面服务中心；

11、步骤八、地面服务中心使用定位算法对北斗卫星原始观测数据和惯导测量数据进行数据处理，消除卫星定位测量数据中的周跳，电离层和对流层延迟和干扰信号，将处理后的三个控制点北斗卫星原始观测数据和惯导数据，组成多基线卫信定位方程进行联合平差，获取监测站处平面坐标和大地高；

12、步骤九、利用三个控制点的二等水准高程，求控制点和施工区高程异常，利用高程异常和监测点处大地高，求解监测点处海拔高；

13、步骤十、利用监测点处的平面坐标求超高层建筑轴线位置，并进行施工放样。

14、优选的，所述惯导数据包括三方向加速度数据和三方向角速度数据。

15、优选的，在所述步骤八中，定位算法具体为：

16、b1、地面服务端下载放样终端接收的北斗卫星原始观测数据和广播星历及从国家数据中心下载精密轨道和钟差修正数据；

17、b2、地面服务端对修正后的观测数据进行北斗双/三频周跳探测与修复；

18、b3、地面服务端进行区域电离层建模；

19、b4、地面服务端标定同频率码偏差和频间码偏差；

20、b5、地面服务端发送广域差分导航电文编码至北斗卫星。

21、b6、用户终端接收广域差分导航电文编码；

22、b7、用户终端进行双/三频周跳探测与修复，得到双/三频精密单点定位；

23、b8、用户终端根据双/三频精密单点定位，得到双/三频ppp浮点解坐标、接收机钟差、模糊度。

24、优选的，在所述步骤八中，监测点处平面坐标和大地高获取步骤为：

25、s1、地面服务中心下载轴线放样接收机天线的bds/gnss双/三频观测数据和广播星历，通过4g接收精密星历和钟差改正数；

26、s2、地面服务中心对轴线放样接收机天线接收的bds/gnss双/三频数据进行周跳探测与修复；

27、s3、地面服务中心进行区域电离层建模和对流层建模；

28、s4、地面服务中心标定同频率码偏差和频间码偏差；

29、s5、地面服务中心接收地面基准站北斗卫星信号；

30、s6、地面服务中心对地面基准站北斗卫星信号进行双/三频周跳探测与修复；

31、s7、地面服务中心对经过修复后的双/三频观测数据进行多基线双差方程解算，得到双/三频固定解，接收机钟差、模糊度，获得超高层建筑轴线gnss大地坐标；

32、s8、将获得gnss大地坐标和惯导观测数据进行联合处理，并进行投影变换，得到测试点施工平面坐标和大地高；

33、s9、将测试点施工平面坐标和轴线设计坐标比较，可得到施工过程轴线偏差。

34、优选的，在所述s2中，对bds/gnss双/三频数据进行周跳探测与修复的具体步骤为：基于北斗卫星数据时间差分模型估计周跳值，采用lambda方法进行固定，进而修复相位观测值中的周跳。

35、优选的，在所述步骤十中，轴线施工放样方法包括如下步骤：

36、a1、将轴线放样接收机安置在超高层建筑的钢柱顶或钢柱边；

37、a2、通过轴线放样接收机接收北斗卫星数据并存贮在接收机存贮器内；

38、a3、通过轴线放样接收机采集机内惯导三方向加速度、三方向角速度，并存在接收机的存贮器内；

39、a4、惯导自动采集温度，并对惯导进行温度补偿；

40、a5、通过轴线放样接收机显示屏显示定位概略坐标和电池电压；

41、a6、通过4g将轴线放样接收机采集的北斗卫星数据和imu惯导数据传输至计算中心；

42、a7、在超高层建筑周围选择三个基准站，安置高精度接收机，在超高层建筑上安置轴线放样接收机并与超高层建筑的控制点联测，获得和待测超高层建筑平面坐标和大地高；

43、a8、基准站高精度接收机和轴线放样接收机同步接收北斗卫星数据，并将北斗卫星数据存在接收机内，同时通过网络传输到数据中心；

44、a9、数据中心接收高精度接收机数据、轴线放样接收机同步接收卫星定位数据和imu惯导数据，采用超高层建筑北斗多基站与惯导组合高精度定位算法，得到在超高层建筑的钢柱上安置卫星天线基座的坐标；

45、a10、将天线坐标归算到钢柱中心坐标；

46、a11、将所测钢柱中心坐标与钢柱设计坐标相比得到超高层建筑的轴线偏离量。

47、优选的，在所述a9中，超高层建筑的钢柱上安置卫星天线基座的坐标具体获取步骤为：

48、a90、数据处理中心接收三个基准站和接收机发送所采集的北斗卫星接收数据并对观测值文件进行周跳探测与修复；

49、a91、数据处理中心进行区域电离层建模；

50、a92、数据处理中心标定同频率码偏差和频间码偏差；

51、a93、数据处理中心通过网络接收卫星精密星历和卫星精密钟差改正值；

52、a94、数据处理中心进行周跳探测与修复解坐标、估计接收机钟差和模糊度；

53、a95、用户终端进行精密单点定位；

54、a96、用户终端进行多基线定位，得到安置卫星天线基座的坐标。

55、本发明中，使用超高层建筑北斗多基站与惯导组合高精度定位算法，采用三个控制点与多个监测点，安置轴线放样接收机天线同步接收卫星信号，数据存在轴线放样接收机天线内，利用北斗卫星定位技术与惯导组合，不受层高和大气环境影响，获取三个控制点和二个监测点的高精度平面坐标和大地高，利用三个控制点的二等水准高程，求控制点及监测点高程异常，从而获得监测点海拔高及轴线位置并进行施工放样，解决了超高程建筑在复杂观测条件下轴线高精度放样的难题，为我国城市建筑的发展、超高层建筑施工起到保障作用，在深圳600米平安大厦施工中试用，得到良好的效果。

56、超高层建筑北斗多基站与惯导组合高精度定位算法综合考虑北斗卫星星座以及跟踪站网的空间分布，设计不同的北斗跟踪站构网方案，收集并整理亚太及国内外不同地区的北斗跟踪站的观测数据，为分析观测数据质量，标定同频率码偏差和频间码偏差，估计非差相位小数偏差准备数据源。下载北斗卫星的精密星历和精密卫星钟差数据，为后续的理论和方法研究、结果验证和软件算法调试做准备。

57、从多频数据组合的理论出发，寻找低噪声、弱电离层、长波长、对周跳敏感的组合观测值作为周跳检验量，综合运用多普勒信息、平差解算残差信息等，提出新的适用于双/三频ppp的数据预处理的方法，提高周跳探测的准确性和成功率，实现了非网络条件下的高精度定位。

58、在超高层建筑物周围地面己有工程控制网中选择已知地面坐标和水准高程的控制点，在超高层建筑施工顶层选择设置监测点，在控制点和监测点处均安置北斗卫星轴线放样接收机天线和接收机，卫星接收机通过卫星天线，接收北斗卫星信号，同时采集惯导数据，将所接收的数据存入接收机内存或利用4g传输到数据处理中心，将控制点和监测点接收数据联合解算，获得监测点平面坐标和大地高，然后放出轴线位置和楼层高程。