GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)在鐵路導(dǎo)線測量中的應(yīng)用

李盛明

【摘 要】論文對GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)在鐵路導(dǎo)線測量中的應(yīng)用作了介紹，即用其來收集相關(guān)的數(shù)據(jù)，并對于GPS測量構(gòu)網(wǎng)技術(shù)在鐵路工程中的應(yīng)用進行了探究，GPS定位技術(shù)的鐵路工程實踐表明GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)在鐵路導(dǎo)線測量中的應(yīng)用可以大大提升測量的工作效率，極大節(jié)省人力和物力。

【Abstract】This paper introduces the application of GPS rapid static positioning technology in railway traverse， which is used to collect the relevant data， and explores the application of GPS network measurement technology in railway construction， the railway engineering practical of GPS rapid static technology shows that it can greatly enhance the measurement efficiency greatly， save manpower and material resources in a large extent.

【關(guān)鍵詞】GPS快速靜態(tài)定位；鐵路；導(dǎo)線測量； 應(yīng)用

【Keywords】 GPS fast static positioning； railway； traverse survey； application

【中圖分類號】P228.4 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）07-0167-02

1 引言

鐵路的施工要求很高，在鐵路施工的過程中要對需要的導(dǎo)線進行準確的測量，這樣才能保證鐵路的順利通行，鐵路導(dǎo)線的控制點對導(dǎo)線的各個點之間的邊長和角度的要求很高，但是由于鐵路的地形不一，有的鐵路地形較為復(fù)雜，為鐵路導(dǎo)線的測量帶來了困難，施工人員不能靈活方便地去測量導(dǎo)線，對測量人員的技術(shù)要求較高。但是越來越普及的GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)可以彌補這一缺點，GPS靜態(tài)定位系統(tǒng)主要應(yīng)用在基于鐵路四等控制點的一級加密和二級加密，因為GPS系統(tǒng)快速靜態(tài)定位系統(tǒng)的效率較高，可以節(jié)省時間成本，降低了重復(fù)設(shè)站的可能性，如果沒有較高的精度要求，可以采用這種技術(shù)。

2 GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)的原理

GPS快速靜態(tài)定位系統(tǒng)是GPS靜態(tài)定位系統(tǒng)中的一種測量方法，其目的都是為了獲取某個點位的WGS-84坐標系下的經(jīng)緯度坐標值。GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)的效率之所以高，是因為GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)是在犧牲一定精度及可信度的前提下，減少觀測時間，獲取坐標值，一般對于雙頻GPS接收機而言，快速靜態(tài)的觀測時間為15～20分鐘。這種技術(shù)通過GPS系統(tǒng)同時接收4顆及以上衛(wèi)星的信號，先算出GPS接收信號的設(shè)備到通訊衛(wèi)星的距離，再由衛(wèi)星的地心坐標系來得出GPS設(shè)備的地心坐標系位置，最后可解到更多的GPS設(shè)備的地心相對位置。在鐵路工程中，相關(guān)導(dǎo)線的測量應(yīng)用該技術(shù)可以快速準確的得到結(jié)果。GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)應(yīng)用了靜態(tài)絕對定位原理和靜態(tài)相對定位原理，以通訊衛(wèi)星到衛(wèi)星觀測站之間的偽距為參照物進行測量，根據(jù)已得出的通訊衛(wèi)星瞬時坐標，在同一時間內(nèi)來觀測4顆及以上衛(wèi)星，用以確定觀測站的地理位置坐標，靜態(tài)絕對定位顧名思義就是要求信號接收機靜止不動，在接收機靜止不動的基礎(chǔ)上可以得到更多的觀測量，靜態(tài)絕對定位的觀測精度完全取決于觀測量的多少，觀測量越多，靜態(tài)定位得到的數(shù)據(jù)就越精確。鐵路導(dǎo)線數(shù)量較多并且錯綜復(fù)雜，用靜態(tài)絕對系統(tǒng)可以在數(shù)據(jù)精確的基礎(chǔ)上同時得到較多的測量數(shù)據(jù)。而靜態(tài)相對定位系統(tǒng)的別名為差分定位，這種靜態(tài)定位技術(shù)需要至少兩臺信號接收機，通過對相同衛(wèi)星的觀測檢測來得出接收機之間的位置參數(shù)，靜態(tài)相對定位原理的基本觀測量一般用載波相位觀測值的數(shù)據(jù)。

關(guān)于任意時間的GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)中的載波相位觀測量實際值的組成，是由兩部分相加得到的，一種是整周計數(shù)的，另外一種是不足整周計數(shù)部分，不足整周計數(shù)的部分優(yōu)點是能夠以很高的精確度來測定，而整周計數(shù)會自動生成信號跟蹤期間的載波相位整個周期變化，前提是信號接收機對所測定衛(wèi)星信號的跟蹤不會在中途斷開。然而，因為現(xiàn)實中對鐵路導(dǎo)線的測量過程中的干擾因素有很多，所以會導(dǎo)致接收器對衛(wèi)星的跟蹤出現(xiàn)中斷，如此會影響到整個周期的計數(shù)情況，即使信號接收機恢復(fù)了正常工作也不能完全彌補錯過數(shù)據(jù)，雖然這一短暫的中斷過程不會影響到所測數(shù)據(jù)的小數(shù)部分，但是本應(yīng)完整的計數(shù)周期卻不能再連續(xù)起來，這樣會導(dǎo)致整周計數(shù)后的相位觀測量有一定的整周測量誤差，這種現(xiàn)象稱為整周跳變現(xiàn)象，又名“周跳”。周跳的出現(xiàn)并不會影響到載波相位觀測數(shù)據(jù)的正確性，但是如果測量出了周跳發(fā)生的具體時間并且得出遺失的整周數(shù)則可以對中斷的數(shù)據(jù)進行調(diào)整，使其恢復(fù)為正確的數(shù)值。GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)在鐵路導(dǎo)線中進行應(yīng)用時，周跳的產(chǎn)生是在所難免的，所以鐵路GPS技術(shù)人員要及時對周跳情況進行探測與修復(fù)，隨著GPS觀測器的工作的時間增加，周跳情形所帶來的影響程度會越來越大，從而影響GPS快速靜態(tài)定位的精確度，使鐵路導(dǎo)線的測量結(jié)果不夠準確。單差觀測值是探測并修復(fù)周跳這一故障最常用的方法，因為GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)同步探測的數(shù)量較多，并且探測出來的載波相位觀測值中擁有相同的誤差偏值，為了消除此項誤差要對衛(wèi)星間探測的數(shù)值進行求差，由此可得到鐵路導(dǎo)線測量的較為準確數(shù)據(jù)。

3 GPS快速靜態(tài)定位在鐵路導(dǎo)線測量中的應(yīng)用

GPS快速靜態(tài)定位系統(tǒng)在鐵路導(dǎo)線測量中用于測量導(dǎo)線控制點，導(dǎo)線控制的網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)線線路分布情況，GPS的網(wǎng)絡(luò)分布方式主要有三種，分別是：單三角形網(wǎng)式、線路邊點連式和星狀網(wǎng)。鐵路的導(dǎo)線分布一般采用線狀布設(shè)，線路沿著鐵路線來分布，附合導(dǎo)線一般在首級的GPS定位技術(shù)控制網(wǎng)基礎(chǔ)上面設(shè)置，用2臺及以上的GPS設(shè)備來進行對信號的快速靜態(tài)觀測，觀測過程大約需要20min，三邊形網(wǎng)或者四邊形網(wǎng)可以有效地提高控制網(wǎng)的可靠性。經(jīng)過數(shù)據(jù)觀測和理論分析，采用GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)來對鐵路上導(dǎo)線的測量可行性是很高的。美國光譜GPS設(shè)備可以采用雙參考站的形式來進行應(yīng)用，例如E級GPS控制網(wǎng)需要3臺這種GPS接收機的參與，用GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)來對鐵路導(dǎo)線進行觀察檢測，經(jīng)數(shù)據(jù)的記錄整理發(fā)現(xiàn)每一個時間段所同時觀測到的通訊衛(wèi)星數(shù)量均大于5顆，而系統(tǒng)對衛(wèi)星的數(shù)據(jù)采樣時間間隔設(shè)置為5秒，經(jīng)觀測發(fā)現(xiàn)所有觀測到的有效衛(wèi)星的高度角平均都大于15°，并且PDOP的數(shù)值均小于6，而系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的每一條觀測線的圖像整周模糊度倍率因子均在1.5倍及以上，這個倍率使GPS接收機和有效衛(wèi)星之間的圖形清晰程度有了保障。再來看鐵路導(dǎo)線單元內(nèi)參考站的連續(xù)觀測情況，時間長度為15min，并且使用GPS量高尺對儀器的高進行測量，精準到毫米，如果前后兩次的較差小于3mm則取其中數(shù)，將最后測量的較差小于3mm的數(shù)據(jù)采取中數(shù)來作為此站的最終站高度。GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)在鐵路導(dǎo)線測量中之所以占很重要的地位，就是因為此項技術(shù)所觀測出的圖像清晰并且誤差較小[1]。

4 GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)在鐵路導(dǎo)線測量中的應(yīng)用方法

在對鐵路導(dǎo)線測量的過程中，首先要準備多臺基準站，用計算機和無線信息通訊設(shè)備來連接，這樣可以確保對相關(guān)數(shù)據(jù)信息的收集和檢測，還可以將收集到的鐵路導(dǎo)線數(shù)據(jù)進行分門別類的整理和儲存。另外，在對鐵路導(dǎo)線進行測量之前要先對GPS設(shè)備進行檢查，這樣才能保證收集導(dǎo)線數(shù)據(jù)的質(zhì)量和速度。還要對相關(guān)的測量儀器的精確度進行科學(xué)選擇，在應(yīng)用GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)測量鐵路導(dǎo)線時要保證用來接收信號的天線位置的相對靜止，這樣才能接收到正確的數(shù)據(jù)信號[2]。

5 結(jié)語

GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)在鐵路導(dǎo)線測量中的應(yīng)用有絕對的優(yōu)勢，它測量的范圍大，精度高，時間短，完全可以滿足一級、二級測量的精度要求，這種定位技術(shù)使鐵路導(dǎo)線的設(shè)站重復(fù)次數(shù)減少，極大地減少了技術(shù)人員的工作量，并且節(jié)約了鐵路導(dǎo)線測量的成本，為鐵路企業(yè)創(chuàng)造了更大的經(jīng)濟利益。

【參考文獻】

【1】李洋.GPS 快速靜態(tài)定位技術(shù)在鐵路導(dǎo)線測量中的應(yīng)用分析[J].地球，2016（4）：15-16.

【2】吳迪.GPS快速靜態(tài)定位在城市控制測量中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2014（6）：12-14.endprint