一种航站楼钢结构安装测量方法及系统

技术领域

本发明属于建筑测量领域，具体是涉及到一种航站楼钢结构安装测量方法及系统。

背景技术

机场航站楼的建造中存在大量的钢结构，钢结构是由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一，结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，并采用硅烷化、纯锰磷化、水洗烘干、镀锌等除锈防锈工艺，各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。

当航站楼的钢结构施工区域面积较大，且不同的施工队伍较多的情况下，在航站楼单元或整个钢结构的拼装过程中，现有技术采用的传统测量方法会使得施工区域内控制点混乱，从而容易导致每个施工队伍的测量精度降低，而测量精度的降低会导致支座预埋位置偏差较大，进而出现钢结构拼装就位困难的问题。对于较大的预埋偏差难以进行修正，只能强行使得钢结构拼装就位或将预埋板与支座底板焊死，但强行就位容易造成构件弯曲或产生很大的次应力，并改变钢结构支承的约束条件，产生一定的施工安全隐患。

发明内容

本发明提供一种航站楼钢结构安装测量方法及系统，以解决钢结构施工区域测量精度较低导致钢结构安装精度较低的问题。

基于上述目的，本发明提供一种航站楼钢结构安装测量方法，包括如下步骤：

以钢结构施工区域为基准布设多个控制点，形成施工控制网；

通过联合测量方法联测多个所述控制点，得到观测数据；

基于所述观测数据并根据平差理论约束条件对所述施工控制网进行平差计算，并根据所述平差计算的计算结果调整所述控制点以提升所述施工控制网的施工放样精度；

采集所述钢结构施工区域的环境温度，并基于所述环境温度构建所述钢结构施工区域中钢结构的形变与所述环境温度的变化之间的关系模型；

结合所述环境温度和所述关系模型计算得到所述钢结构的形变误差；

根据所述形变误差调整所述钢结构的安装位置；

以所述施工控制网为基准安装所述钢结构。

可选的，所述以钢结构施工区域为基准布设多个控制点，形成施工控制网包括如下步骤：

在钢结构施工区域外布设基准控制点；

在所述钢结构施工区域内的边缘位置处分散布设多个施工控制点，所述基准控制点和多个所述施工控制点形成首级控制网；

基于所述首级控制网在所述钢结构施工区域内布设多个自由控制点，所述首级控制网和多个所述自由控制点形成施工控制网。

可选的，所述联合测量方法包括GNSS测量法、高标塔测点法和无固定测站边角网测法。

可选的，所述平差理论约束条件包括圆周条件、图形条件和固定方位角条件。

可选的，所述基于所述观测数据并根据平差理论约束条件对所述施工控制网进行平差计算，并根据所述平差计算的计算结果调整所述控制点以提升所述施工控制网的施工放样精度包括如下步骤：

以至少三个所述施工控制点和多个所述自由控制点中的基准自由控制点处的所述观测数据为基准，通过所述圆周条件进行圆周平差计算，并根据所述圆周平差计算的计算结果调整所述基准自由控制点以提升所述施工控制网的施工放样精度；

以任意两个所述施工控制点和所述基准自由控制点处的所述观测数据为基准，通过所述图形条件和所述固定方位角条件进行固定平差计算，并根据所述固定平差计算的计算结果调整所述基准自由控制点以提升所述施工控制网的施工放样精度。

可选的，所述观测数据包括所述控制点处的观测角数据和任意两个所述施工控制点之间的直线距离数据，所述以任意两个所述施工控制点和所述基准自由控制点处的所述观测数据为基准，通过所述图形条件和所述固定方位角条件进行固定平差计算，并根据所述固定平差计算的计算结果调整所述基准自由控制点以提升所述施工控制网的施工放样精度包括如下步骤：

以任意两个所述施工控制点和所述基准自由控制点处的所述观测角数据为基准，通过所述图形条件进行第一固定平差计算，并根据所述第一固定平差计算的计算结果调整所述基准自由控制点以提升所述施工控制网的施工放样精度；

以所述基准自由控制点处的所述观测角数据和所述直线距离数据为基准，通过所述固定方位角条件进行第二固定平差计算，并根据所述第二固定平差计算的计算结果调整所述基准自由控制点以提升所述施工控制网的施工放样精度。

可选的，所述采集所述钢结构施工区域的环境温度，并基于所述环境温度构建所述钢结构施工区域中钢结构的形变与所述环境温度的变化之间的关系模型包括如下步骤：

在所述钢结构施工区域构建均匀采集网格；

分别采集所述均匀采集网格中各个网格点处的环境温度；

结合所有所述环境温度拟合计算得到施工环境系数集，并拟合出所述钢结构施工区域的施工环境温度场；

基于所述施工环境温度场构建所述钢结构施工区域中钢结构的形变与所述环境温度的变化之间的关系模型。

可选的，所述关系模型具体为：

Df＝B×(z-Z

式中：Df为所述钢结构的线性形变量，B为所述钢结构的线性膨胀系数，Z为将所述钢结构的位置坐标代入所述施工环境温度场所得到的施工环境温度，Z

可选的，所述根据所述形变误差调整所述钢结构的安装位置包括如下步骤：

采集所述钢结构上任意两个点位的点位坐标；

根据两个所述点位坐标计算所述钢结构的线性方向；

分别计算所述线性方向与三个基准分量方向之间的方向夹角；

结合所述形变误差和三个所述方向夹角计算所述钢结构在三个所述基准分量方向上的线性形变量；

基于所述线性形变量调整所述钢结构的安装位置。

基于同一发明构思，本发明还提供一种航站楼钢结构安装测量系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前述的方法。

本发明的有益效果是：从上面所述可以看出，本发明提供一种航站楼钢结构安装测量方法，包括如下步骤：以钢结构施工区域为基准布设多个控制点，形成施工控制网；通过联合测量方法联测多个所述控制点，得到观测数据；基于所述观测数据并根据平差理论约束条件对所述施工控制网进行平差计算，并根据所述平差计算的计算结果调整所述控制点以提升所述施工控制网的施工放样精度；采集所述钢结构施工区域的环境温度，并基于所述环境温度构建所述钢结构施工区域中钢结构的形变与所述环境温度的变化之间的关系模型；结合所述环境温度和所述关系模型计算得到所述钢结构的形变误差；根据所述形变误差调整所述钢结构的安装位置，从而提升钢结构安装过程的安装精度；以所述施工控制网为基准安装所述钢结构，可以进一步提升钢结构安装过程的安装精度。

附图说明

图1为本发明其中一实施例中航站楼钢结构安装测量方法的流程示意图。

图2为本发明其中一实施例中施工控制网的布设示意图。

图3为本发明其中一实施例中航站楼钢结构安装测量方法的流程示意图。

图4为本发明其中一实施例中航站楼钢结构安装测量方法的流程示意图。

图5为本发明其中一实施例中航站楼钢结构安装测量方法的流程示意图。

图6为本发明其中一实施例中航站楼钢结构安装测量方法的流程示意图。

图7为本发明其中一实施例中航站楼钢结构安装测量方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开一种航站楼钢结构安装测量方法，参照图1，航站楼钢结构安装测量方法具体包括如下步骤：

S101.以钢结构施工区域为基准布设多个控制点，形成施工控制网。

其中，钢结构施工区域为包含所有钢结构安装施工的区域，控制点主要包括基准控制点、施工控制点和自由控制点，参照图2，图2为本实施例其中一种实施方式中的控制点布设方法。边界4所围成的区域为钢结构施工区域，位于边界4之外的多个三角形1即为基准控制点，基准控制点作为高等级控制点，是整个项目的基准点。在基准控制点的基础上，沿钢结构施工区域内边缘分别布置6个施工控制点，且6个施工控制点分别布置于钢结构施工区域内的六个不同方位，图2中的三角形2、6、7以及位于钢结构施工区域下边缘处的三个三角形均为施工控制点。基准控制点和施工控制点的布设即可形成钢结构施工区域的首级控制网。

在首级控制网的基础上，继续在钢结构施工区域内布设多个自由控制点，如图2中的圆形3、5均为自由控制点，自由控制点在满足施工放样测站点的前提下，也可以在仪器顶部架设棱镜进行后视。以首级控制网为基础，结合多个自由控制点在整体区域形成施工控制网，所形成的施工控制网为三级控制网。

S102.通过联合测量方法联测多个控制点，得到观测数据。

其中，联合测量方法包括GNSS测量法、高标塔测点法和无固定测站边角网测法，GNSS测量法的原理为：将用户接收机放置于控制点，可以测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。GNSS测量数据是卫星和接收机之间的距离。通过测量得到的接收机和卫星之间的距离，能够计算出接收机的精确位置，也就是控制点的位置。GNSS测量得到的控制点平面坐标精度较导线测量、三角测量的精度高，为施工过程中的控制与放样提供了高精度的基准。

在首级控制网中控制点的布设中，可以采用高标塔测点法，在控制点处设置高标塔作为测站，有别于传统的地面控制点，高标塔是一种高出于地面10-15m的塔状或柱状控制点，这种塔的特点是点位稳定、由于高出地面，视线范围较大，便于观测，可以作为后视测量点，也可以作为测站点进行施工过程中的点位放样。

无固定测站边角网测法则是在首级控制网的基础上，在任意控制点自由架设仪器，通过后方交会的原理来确定测站点的坐标，从而方便进行施工放样。观测数据包括各个控制点处所测量的所有施工测量数据，包括但不限于控制点处的观测角数据、任意两个控制点之间的直线距离数据。

S103.基于观测数据并根据平差理论约束条件对施工控制网进行平差计算，并根据平差计算的计算结果调整控制点以提升施工控制网的施工放样精度。

其中，平差理论约束条件包括圆周条件、图形条件和固定方位角条件。圆周条件的约束释义为：如果施工控制网中含有多个控制点形成的中点多边形，就有可能存在圆周条件。具体能否列出圆周条件，具体需要直接观测或间接计算中点多边形的中点上所有角度是否存在。如果存在中点多边形且中点上的所有角度都存在，那么对于该图形便就可以列出圆周条件。如图2中，位于钢结构施工区域内的6个施工控制点与自由控制点5即可列出圆周条件，从而约束自由控制点5的位置，以提高自由控制点5的设站精度。

图形条件的约束释义为：在施工控制网中，若三个控制点形成了三角网，在进行三角网测量时，如果这个三角网中单三角形的三个内角都进行了观测，同时得到了必要的数据，那么就存在图形条件。只要单三角形中存在任意一个内角没有得到充分的观测，就无法列出图形条件。图形条件具体内容则是通过三角形内角和等于180°这一条件对控制点进行约束，因此也称为内角和条件。如图2中，施工控制点6、施工控制点7和自由控制点5即可列出图形条件，从而约束自由控制点5的位置，以提高自由控制点5的设站精度。

固定方位角条件的约束释义为：在施工控制网中，两个控制点之间所连接形成的最短直线作为已知边，在两个控制点之外以第三个控制点为基准，观测已知边所对应的方位角。通过观测计算已知边的长度和方位角的角度，基于三角函数并通过已知边长度和方位角角度构建固定方位角条件。如图2中，施工控制点6、施工控制点7和自由控制点5即可构建固定方位角条件，从而约束自由控制点5的位置，以提高自由控制点5的设站精度。

S104.采集钢结构施工区域的环境温度，并基于环境温度构建钢结构施工区域中钢结构的形变与环境温度的变化之间的关系模型。

其中，在本实施例中，可以通过在钢结构施工区域均匀铺设网格，在网格的网格点位处设置温度传感器，从而可以网格式均匀采集到钢结构施工区域的多个环境温度，根据采集到的多个环境温度以及网格点位坐标构建施工区域温度场，最后结合施工区域温度场以及钢结构的线性结构、相关系数、初始温度等数据信息构建关系模型，关系模型体现钢结构施工区域中钢结构的形变与环境温度的变化之间的关系。

S105.结合环境温度和关系模型计算得到钢结构的形变误差。

其中，需要先测量得到钢结构的位置数据，再将位置数据代入施工区域温度场中获取到钢结构所在区域的温度数据，将获取到的温度数据作为环境温度代入关系模型中，从而计算得到钢结构的形变误差。

S106.根据形变误差调整钢结构的安装位置。

其中，计算得到形变误差之后，还需要根据钢结构的线性结构，计算钢结构在三轴分量上的线性形变量，以更加精确地根据形变误差调整钢结构的安装位置。

S107.以施工控制网为基准安装钢结构。

本实施例其中一种实施方式的实施原理为：

在构建施工控制网之后，通过平差理论约束条件对施工控制网中的控制点进行平差计算，根据平差计算的计算结果调整控制点以提升施工控制网的施工放样精度，有利于提升后续钢结构安装时的安装精度。在钢结构安装过程中，还会采集钢结构施工区域的环境温度，并基于环境温度构建钢结构施工区域中钢结构的形变与环境温度的变化之间的关系模型，从而结合环境温度和关系模型计算得到钢结构的形变误差，并根据形变误差调整钢结构的安装位置，进一步提升钢结构安装时的安装精度。

在本实施例的其中一种实施方式中，参照图3，步骤S101即以钢结构施工区域为基准布设多个控制点，形成施工控制网具体包括如下步骤：

S201.在钢结构施工区域外布设基准控制点。

其中，基准控制点的数量可以根据施工项目的具体需求进行确定，基准控制点通常作为整个施工项目的基准点，在图2所示的示例中，位于边界4之外的四个三角形均为基准控制点。

S202.在钢结构施工区域内的边缘位置处分散布设多个施工控制点。

其中，在图2所示的示例中，位于边界4之内的6个三角形均为施工控制点，钢结构施工区域外的基准控制点和钢结构施工区域内的多个施工控制点可以形成首级控制网。

S203.基于首级控制网在钢结构施工区域内布设多个自由控制点。

其中，自由控制点的点位可以布满整个钢结构施工区域，在自由控制点处埋设强制对中杆，采用的棱镜能左右、上下自由旋转或者直接采用360度棱镜，自由控制点上不设测站，采用闭合导线设置主路线后，在主控点上采用多测回测角程序利用支导线方式观测所能观测的任何棱镜。在施工过程中，自由控制点的选点还可根据具体情况随时变化。首级控制网和多个自由控制点形成施工控制网，所形成的施工控制网为三级控制网。

本实施例其中一种实施方式的实施原理为：

联合基准控制点、施工控制点和自由控制点所形成的施工控制网具有较高的施工放样精度，且由于自由控制点的布设，可以满足多个施工队在任意施工区域采用后方交会测量的方式进行施工放样，大幅节约时间成本和人员投入，并提高了测量放样效率。

在本实施例的其中一种实施方式中，参照图4，步骤S103即基于观测数据并根据平差理论约束条件对施工控制网进行平差计算，并根据平差计算的计算结果调整控制点以提升施工控制网的施工放样精度具体包括如下步骤：

S301.以至少三个施工控制点和多个自由控制点中的基准自由控制点处的观测数据为基准，通过圆周条件进行圆周平差计算，并根据圆周平差计算的计算结果调整基准自由控制点以提升施工控制网的施工放样精度。

其中，以图2所示举例说明，自由控制点5位于钢结构施工区域的中心位置处，可以作为基准自由控制点，自由控制点5在施工测量中使用次数较多，因此需要更高的位置精度。自由控制点5和边界4内的6个施工控制点可以构建圆周条件约束，在自由控制点5同时观测6个施工控制点，得到6个水平观测角度，所构建的圆周条件约束即为6个水平观测角度之和为360°，根据圆周条件约束可以对自由控制点5进行圆周平差计算以调整自由控制点5，从而提升自由控制点5的位置精度。

S302.以任意两个施工控制点和基准自由控制点处的观测数据为基准，通过图形条件和固定方位角条件进行固定平差计算，并根据固定平差计算的计算结果调整基准自由控制点以提升施工控制网的施工放样精度。

本实施例其中一种实施方式的实施原理为：

结合圆周平差计算和固定平差计算替代传统的平差计算方式，对使用频繁的自由控制点进行平差计算，可以提高自由控制点的点位精度，从而提高钢结构的施工放样精度。

在本实施例的其中一种实施方式中，参照图5，观测数据包括控制点处的观测角数据和任意两个施工控制点之间的直线距离数据，步骤S302即以任意两个施工控制点和基准自由控制点处的观测数据为基准，通过图形条件和固定方位角条件进行固定平差计算，并根据固定平差计算的计算结果调整基准自由控制点以提升施工控制网的施工放样精度具体包括如下步骤：

S401.以任意两个施工控制点和基准自由控制点处的观测角数据为基准，通过图形条件进行第一固定平差计算，并根据第一固定平差计算的计算结果调整基准自由控制点以提升施工控制网的施工放样精度。

其中，以图2所示举例说明，施工控制点6、施工控制点7和基准自由控制点5形成单三角形式的三角网，分别在施工控制点6、施工控制点7和基准自由控制点5处测量得到∠567、∠576和∠657三个观测角数据，从而构建图形条件约束∠567+∠576+∠657＝180°，根据图形条件约束可以对自由控制点5进行第一固定平差计算以调整自由控制点5，从而提升自由控制点5的位置精度。

S402.以基准自由控制点处的观测角数据和直线距离数据为基准，通过固定方位角条件进行第二固定平差计算，并根据第二固定平差计算的计算结果调整基准自由控制点以提升施工控制网的施工放样精度。

其中，以图2所示举例说明，施工控制点6和施工控制点7之间的最短直线可以作为固定方位角条件中的已知边，而基准自由控制点5对应已知边的观测角∠657可以作为固定方位角条件中的方位角，基于三角函数并结合已知边长度和方位角角度对基准自由控制点5进行第二固定平差计算以调整自由控制点5，从而提升自由控制点5的位置精度。

本实施例其中一种实施方式的实施原理为：

对于同一个三角网中的控制点，可以同时采用图形条件和固定方位角条件进行约束，通过联合约束可以提升平差计算的调整精度，从而提升控制点的位置精度。

在本实施例的其中一种实施方式中，参照图6，步骤S104即采集钢结构施工区域的环境温度，并基于环境温度构建钢结构施工区域中钢结构的形变与环境温度的变化之间的关系模型具体包括如下步骤：

S501.在钢结构施工区域构建均匀采集网格。

其中，在本实施例中，均匀采集网格的网格间距可以为10m*10m。

S502.分别采集均匀采集网格中各个网格点处的环境温度。

其中，在本实施例中，通过在各个网格点处设置温度传感器以采集到各个网格点处的环境温度。

S503.结合所有环境温度拟合计算得到施工环境系数集，并拟合出钢结构施工区域的施工环境温度场。

其中，根据所有网格点处的环境温度可以拟合出施工环境温度场Z＝f(x，y，A)，其中x和y为施工场地中任意点的二维坐标值，A为温度场的施工环境系数集，施工环境系数集也通过已知网格点的环境温度拟合算出。

S504.基于施工环境温度场构建钢结构施工区域中钢结构的形变与环境温度的变化之间的关系模型。

其中，关系模型具体为：

Df＝B×(Z-Z0)×L,

式中：Df为钢结构的线性形变量，B为钢结构的线性膨胀系数，Z为将钢结构的位置坐标代入施工环境温度场所得到的施工环境温度，Z

举例说明，假设某钢结构的线性长度为100m，线膨胀系数B＝1.2×10-5/℃，在车间加工时的标准温度为20℃，根据钢结构的位置数据代入施工环境温度场中计算出钢结构安装位置的环境温度为-15℃，则根据关系模型可以计算得到Df＝100×1.2×10-5×(-15-20)＝-0.042m，因此该钢结构的线性形变量为42mm。

本实施例其中一种实施方式的实施原理为：

通过采集钢结构施工区域的环境温度拟合出钢结构施工区域的施工环境温度场，从而可以根据钢结构的安装位置确认钢结构安装时的环境温度，再根据构建出的钢结构施工区域中钢结构的形变与环境温度的变化之间的关系模型即可精确计算出钢结构的线性形变量。

在本实施例的其中一种实施方式中，参照图7，步骤S106即据形变误差调整钢结构的安装位置具体包括如下步骤：

S601.采集钢结构上任意两个点位的点位坐标。

其中，可以通过全站仪采集钢结构上的点位坐标。

S602.根据两个点位坐标计算钢结构的线性方向。

S603.分别计算线性方向与三个基准分量方向之间的方向夹角。

其中，钢结构的三个基准分量方向指钢结构在空间三轴坐标轴中基于xyz三轴的向量方向。

S604.结合形变误差和三个方向夹角计算钢结构在三个基准分量方向上的线性形变量。

其中，可以构建钢结构的形变误差修正公式：Dfx＝Df×cosα，Dfy＝Df×fcosβ，Dfz＝Df×cosγ。式中：其中Dfx、Dfy、Dfz分别为钢结构三个基准分量方向上的分量，α、β、γ分别为钢结构线性方向与三个基准分量方向的方向夹角。

假设某钢结构的线性长度为100m，线膨胀系数B＝1.2×10-5/℃，在车间加工时的标准温度为20℃，该钢结构与x、y、z三个轴的夹角均为45°，根据钢结构的位置数据代入施工环境温度场中计算出钢结构安装位置的环境温度为-15℃。则根据关系模型可以计算得到Df＝100×1.2×10-5×(-15-20)＝-0.042m，因此该钢结构的线性形变量为42mm，再根据钢结构的形变误差修正公式可以计算得到Dfz＝29mm，Dfx＝Dfy＝20mm，因此该钢结构在z轴的线性形变量为29mm，在x轴和y轴的线性形变量为20mm。

S605.基于线性形变量调整钢结构的安装位置。

其中，线性形变量的计算程序可以内置于全站仪中，通过全站仪采集钢结构的安装位置，再通过内置程序并根据场地温度模型，进行空间插值得到钢结构安装处的环境温度。

本实施例其中一种实施方式的实施原理为：

在计算出钢结构的线性形变量之后，还需要根据钢结构的线性结构数据分别计算出钢结构在空间三轴中三轴分量的具体形变量，具体可以通过采集钢结构上任意两个点位的点位坐标以计算出钢结构的线性方向，再计算线性方向与三个基准分量方向之间的方向夹角，最后结合形变误差和三个方向夹角计算钢结构在三个基准分量方向上的线性形变量，从而基于线性形变量精准调整钢结构的安装位置。

本发明实施例还公开一种航站楼钢结构安装测量系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上任意一实施例所述的方法。

本实施例的实施原理为：

通过程序的调取，在构建施工控制网之后，通过平差理论约束条件对施工控制网中的控制点进行平差计算，根据平差计算的计算结果调整控制点以提升施工控制网的施工放样精度，有利于提升后续钢结构安装时的安装精度。在钢结构安装过程中，还会采集钢结构施工区域的环境温度，并基于环境温度构建钢结构施工区域中钢结构的形变与环境温度的变化之间的关系模型，从而结合环境温度和关系模型计算得到钢结构的形变误差，并根据形变误差调整钢结构的安装位置，进一步提升钢结构安装时的安装精度。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的保护范围限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上的本申请中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本申请中一个或多个实施例旨在涵盖落入本申请的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。