CC BY
162
УДК 528.48
КОМПЛЕКСНЫЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ
Роман Владимирович Шульц
Киевский национальный университет строительства и архитектуры, 03680, Украина, г. Киев, Воздухофлотский пр., 31, доктор технических наук, декан факультета ГИС и управления территориями, профессор кафедры инженерной геодезии, тел. (044)243-26-71, e-mail: r-schultz@mail.ru
Андрей Александрович Анненков
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, 86123, Украина, Донецкая область, г. Макеевка, ул. Державина, 2, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной геодезии, тел (067)275-13-00, e-mail: geodez@mail.ru
Николай Васильевич Белоус
Дочернее предприятие «Укргеодезмарк» ПубАО «Киевметрострой» корпорации «Укрметро-тоннельстрой», 01601, Украина, г. Киев, ул. Прорезная, 8, кандидат технических наук, директор «Укргеодезмарк», тел. (044)27948-74, e-mail: geodezmark@metrobud.kiev.ua
Валентин Яковлевич Ковтун
Дочернее предприятие «Укргеодезмарк» ПубАО «Киевметрострой» корпорации «Укрметро-тоннельстрой», 01601, Украина, г. Киев, ул. Прорезная, 8, главный маркшейдер «Укргеодезмарк», тел. (044)592-14-00, e-mail: vkovtun@metrobud.kiev.ua
Представлены результаты четырёх циклов комплексного геодезического мониторинга за креном высотного торгово-офисного центра «Гулливер» в центре Киева. Результаты включают данные наблюдений с использованием электронного тахеометра и ГНСС-оборудования. При этом для контроля ГНСС-наблюдения выполнялись двумя различными комплектами ГНСС-оборудования. Анализ измерений показал высокую точность ГНСС-измерений и их полную совместимость с результатами измерений электронным тахеометром. Подтверждено, что комплексное использование ГНСС-измерений и традиционных линейно-угловых измерений позволяет достигнуть требуемой точности и существенно повысить надежность результатов.
Ключевые слова: GNSS-наблюдения, высотное здание, крен, электронный тахеометр, точность.
COMPLEX GEODETIC MONITORING OF HIGH-RISE BUILDINGS
Roman V. Schultz
Kyiv National University of Construction and Architecture, 03680, Ukraine, Kyiv, 31 Vozduchoflotski ave, Dr. of Science, dean faculty of GIS and territory management, professor Department Engineering Geodesy, tel. (044) 241-54-71, e-mail: r-schultz@mail.ru
Andrey A. Annenkov
Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture, 86123, Ukraine, Donetsk region, Makiyivka, 2 Derzhavin str., Ph. D., associate professor of Department Engineering Geodesy, tel. (067)275-13-00, e-mail: geodez@mail.ru
Nick V. Belous
The associated company «Ukrgeodezmark» of Public company «Kyivmetrobud» is corporations «Ukrmetrotonnel'bud», 01601, Ukraine, Kiev, 8 Proreznaya, Ph. D., director «Ukrgeodezmark», tel. (044)279-48-74, e-mail: geodezmark@metrobud.kiev.ua
Valentine J. Kovtun
The associated company «Ukrgeodezmark» of Public company «Kyivmetrobud» is corporations «Ukrmetrotonnel'bud», 01601, Ukraine, Kiev, 8 Proreznaya, main surveyor «Ukrgeodezmark», tel. (044)592-14-00, e-mail: vkovtun@metrobud.kiev.ua
The results of four cycles of the complex geodetic monitoring on turn of height commercial and office center «Gulliver» in a center of Kiev are presented . Results are included by information about observations with the use of electronic tacheometry and GNSS-equipment. Thus for control of GNSS- observations executed two different types of GNSS-equipment. The analysis of measurements rotined high accuracy of GNSS- observations and their complete compatibility with the results of measurements by electronic tacheometry. It is confirmed that the complex use of GNSS-observations and traditional line-angular measurements allows to attain the required accuracy and substantially to promote reliability of results.
Key words: GNSS- observations, high-rise building, turn, accuracy.
При выполнении геодезического мониторинга за высотными зданиями наиболее часто наблюдаемой величиной является крен здания. Крен максимально характеризует положение здания. На сегодняшний день большинство традиционных методов определения крена, таких как: метод малых углов, метод проектирования, метод угловых засечек утратили свою актуальность. В условиях, когда использование электронных тахеометров стало повсеместным, наиболее популярным и одновременно эффективным стал координатный метод определения кренов. С другой стороны, широкое внедрение автоматизированных систем и комплексов позволяет при геодезическом мониторинге использовать различные источники измерительной информации. В случае мониторинга положения высотных зданий автоматизированный комплекс может включать: электронные тахеометры, двухкоординатные датчики, ГНСС-приемники и пр. Естественно, что использование различных типов измерительного оборудования в первую очередь повышает надежность и качество геодезического мониторинга.
В течение двух лет с 2012 по 2014 гг. нами были выполнены экспериментальные работы по наблюдению за кренами комплекса высотных зданий в центре г. Киева. Ниже представлены результаты комплексного геодезического мониторинга за самым высоким, действующим высотным зданием Украины -торгово-офисным центром «Гулливер», общей высотой 160 м. Система мониторинга состояла из комплексного использования ГНСС-наблюдений и пространственной линейно-угловой сети, измерений в которой выполнялись электронным тахеометром.
В силу своей специфики ГНСС-измерения могли выполняться только на крыше здания. С этой целью на крыше здания на отметке приблизительно 140
м, были установлены две системы принудительного центрирования для установки ГНСС-антенн (точки SP-1 и SP-2). Проектировщиками, также были определены две оси, вдоль которых на фасаде здания были установлены приз-менные отражатели, в четырех сечениях (точки СП1, СП2, СП3, СП4, СМ1, СМ2, СМ3, СМ4). Размещение станций спутникового наблюдения и призмен-ных отражателей показано на рис. 1.
Рис. 1. Размещение отражателей на фасаде здания
Вокруг комплекса зданий была создана простейшая геодезическая сеть из базиса длиной около 1 км. Пункты сети также оборудованы системами принудительного центрирования, на которых устанавливались как ГНСС-приемники, так и электронные тахеометры (рис. 2). Для наблюдений использовался высокоточный электронный тахеометр Торсоп с СКП измерения вертикальных и горизонтальных углов 1 угл. сек. и СКП измерения линий 2 мм + 2 мм/км. Для ГНСС-измерений использовались два комплекта ГНСС-оборудования. При этом оба комплекта использовались одновременно для контроля. Комплект
Topcon GB1000+PG-A1 был установлен на линии SP-1 - Киевский-2. Плановая точность данного комплекса составляет 3 мм + 1 мм/км, высотная точность 5 мм + 1,5 мм/км. Для контроля одновременно на линии SP-2 - Александровски-2 был установлен комплект Leica GX 1230 GG + AX1202 GG с точностью в плане - 3 мм+ 0,5 мм/км и по высоте 6 мм + 0,5 мм/км. Таким образом, по паспортным данным выполненные измерения можно считать практически равноточными.
и
Рис. 2. Размещение станции GNSS-наблюдений и тахеометрических измерений
Схема наблюдений за креном здания показана на рис. 3. Всего за два года было выполнено четыре цикла наблюдений. На пунктах наблюдений Александровский и Киевский-2 выполнялись наблюдения электронным тахеометром. Ориентирование тахеометра выполнялось на соседний пункт, а для контроля после каждого наблюдения выполнялись измерения двух контрольных направлений. По результатам этих измерений получались четыре значения крена в сутки, из которых выводилось среднее значение крена R. В случае с ГНСС-измерениями наблюдения выполнялись в течение 24 часов, из которых также выводилось усредненное значение крена. Точность ГНСС-измерений была оценена по суточным отклонениям от среднего. Результаты оценки точности представлены в табл. 1.
Оценка точности ГНСС-измерений
Дата Тип приемника Средние квадратические погрешности
X, мм Y, мм Z, мм
28- Topcon GB1000 4,1 4,9 4,6
29.08.2012 Leica GX 1230 GG 3,6 1,8 5,8
24.12.2012 Topcon GB1000 2,5 3,2 7,9
Leica GX 1230 GG 6,1 2,5 9,2
20- Topcon GB1000 2,8 4,5 8,5
21.06.2013
До выполнения оценки точности наблюдений, была выполнена статистическая проверка рядов ГНСС-измерений на наличие грубых и систематических ошибок.
Рис. 3. Схема наблюдений 113
Прежде всего, встает вопрос об искажении результатов измерений грубыми ошибками. Для устранения их влияния необходимо проверить измерения с помощью одного из статистических критериев. Наиболее популярным в геодезии является критерий Греббса. Для проверки вычисляют статистики
X — X X — X
X _ X max X mean . X _ X mean X min . zmax = ; zmin = ;
m m
V Y — Y V Y — Y ■
Y _ max mean . Y _Amean -'min.
z m rtv ; z r
max min
mm -y 7 — 7 7 7 — 7
7 _ ^ max ^mean . 7 _ ^mean min zmax = ; zmin = •
mm
Критическая область определяется выражением z > zq. Для n = 24 и уровня значимости q = 0,01 будем иметь z = 3,05.
Ряд измерений одной величины наиболее просто проверить на наличие систематической погрешности с помощью известного критерия Аббе. Для каждой координаты образуем последовательные разности:
di = +1 — ; dJ = Yi+1 — Yi; di = +1 — .
По разностям измерений для каждой координаты вычисляют дисперсию
n—1 ,
T—d? 2 i=1
md =
2(n — 1)
Наличие в результатах измерений систематической погрешности определяют из соотношения:
2
8= m?
2 m
Наличие систематической погрешности проверяется по попаданию расчетной величины б в критическую область <5> 8д. Величину дд выбирают из
табл. [1], по количеству наблюдений п = 24 и уровню значимости q = 0,01. В
нашем случае дд = 0,57.
Выполненная проверка подтвердила отсутствие в результатах ГНСС-измерений грубых и систематических ошибок. Это позволяет представить окончательные результаты геодезического мониторинга. Для каждого отражателя на фасаде и точек спутниковых наблюдений на крыше были вычислены
горизонтальные смещения Я = л1 АХ2 + Ы2 по циклам.
Статистическая проверка измерений
Дата Критерий Греббса Критерий Аббе
г б
X Y Z X Y Z
28-29.08.2012 2,138 2,869 2,377 1,116 0,637 1,108
2,056 1,416 2,248
24.12.2012 1,496 2,464 1,717 1,400 1,095 1,114
2,665 1,965 2,254
20-21.06.2013 2,918 2,643 1,750 0,579 0,871 0,869
1,302 1,840 2,238
Критическое значение 3,05 0,57
Рис. 4. Измеренные перемещения в точках сооружения в плане
Анализ полученных результатов по точности подтверждает, что в условиях данного эксперимента точность линейно-угловых измерений и ГНСС-измерений является сравнимой и достаточной для измерения кренов высотных зданий. Важно отметить, что благодаря использованию ГНСС, в качестве дополнительного средства измерений, удалось установить общую тенденцию перемещения здания и указать на необходимость дополнительных измерений по некоторым контрольным отражателям на фасаде здания.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Видуев Н.Г., Кондра Г.С. Вероятностно-статистический анализ погрешностей измерений. - М.: Недра, 1969. - 320 с.
© Р. В. Шульц, А. А. Анненков, Н. В. Белоус, В. Я. Ковтун, 2015
