鐵路工程測量中GPS的應(yīng)用

張星

摘要：GPS技術(shù)在近年來發(fā)展迅速，其具體的工作方法較為靈活，不僅工作效率高，而且其誤差累積也較少，有較高的定位精度，由于其優(yōu)良的特點(diǎn)，GPS技術(shù)目前已在工程測量等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。本文簡要分析了鐵路工程測量中的GPS應(yīng)用，為我國鐵路工程測量事業(yè)的快速發(fā)展提供有效的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鐵路工程測量；GPS應(yīng)用

1導(dǎo)言

當(dāng)前，隨著工程測量的廣泛應(yīng)用，人們對高速鐵路質(zhì)量需求的進(jìn)一步上升，我國鐵路工程測量也迎來了自身的高要求。為了迎合鐵路工程測量的進(jìn)一步需要，從傳統(tǒng)的常規(guī)測量方法，到采用先進(jìn)技術(shù)、儀器或設(shè)備，再到現(xiàn)階段的GPS技術(shù)等，都為我國鐵路工程測量事業(yè)的發(fā)展帶來很大方便。隨著鐵路跨越式發(fā)展的逐步深入，勘測手段和方法也日新月異。對此，本文概述了GPS系統(tǒng)在鐵路工程測量中的應(yīng)用。

2 GPS測量原理

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統(tǒng)，是由美國建立的一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，用戶不但可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維導(dǎo)航定位和測速；而且還可以進(jìn)行高精度的時(shí)間傳遞和高精度的精密定位。它由三大部分組成：空間部分——GPS衛(wèi)星、地面控制部分——地面監(jiān)控系統(tǒng)、用戶設(shè)備部分——GPS信號接收機(jī)；在GPS定位中，空間部分的GPS衛(wèi)星發(fā)射測距信號和導(dǎo)航電文（導(dǎo)航電文中含有衛(wèi)星的位置信息），用戶用GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻同時(shí)接收3顆以上的GPS衛(wèi)星信號，測量出測站點(diǎn)（接收機(jī)天線中心）至3顆以上GPS衛(wèi)星的距離并解算出該時(shí)刻GPS衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，據(jù)此利用距離交會法解算出測站的位置。

3 GPS在鐵路工程測量中的實(shí)際應(yīng)用分析

3.1動(dòng)態(tài)定位模式測量

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位模式測量技術(shù)是以載波相位觀測值為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS技術(shù)，是GPS測量技術(shù)應(yīng)用在鐵路測量事業(yè)中的重要技術(shù)體現(xiàn)，同時(shí)也在鐵路測量事業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的技術(shù)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測量系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站組成，在實(shí)際應(yīng)用中其基準(zhǔn)點(diǎn)是點(diǎn)位精度較高的首級控制點(diǎn)，其參考站是接收機(jī)。完成好設(shè)備裝置后，對GPS衛(wèi)星動(dòng)態(tài)進(jìn)行連續(xù)觀測，從而通過接收衛(wèi)星所傳回的數(shù)據(jù)，獲得流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測量精度。通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模式測量的工作過程方便用戶實(shí)時(shí)監(jiān)測待測點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量，并為客戶根據(jù)待測點(diǎn)的精度指標(biāo)確定觀測時(shí)間提供了依據(jù)，從而減少不必要的觀測項(xiàng)目，提高測量效率。

參考站相關(guān)工作：第一步確定控制點(diǎn)、GPS接收機(jī)、天線，并將其架設(shè)完好，使一切準(zhǔn)備工作就緒。第二部設(shè)置GPS接收機(jī)上的室內(nèi)參數(shù)并錄入接收機(jī)，建立相應(yīng)的配置集。第三步在明確參考站坐標(biāo)和天線高的情況下，輸入其準(zhǔn)確的信息，這樣參考站的接收機(jī)就能通過上述的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，或轉(zhuǎn)換為其他目標(biāo)，接下來便可以連續(xù)接收可視GPS衛(wèi)星的信號。第四部在能接收到信號之后，將觀測站的坐標(biāo)以及觀測值等相關(guān)信息數(shù)據(jù)發(fā)送出去，待電臺的指示燈發(fā)出通訊信號，流動(dòng)站便開始開展工作。

流動(dòng)站相關(guān)工作：與參考站工作流程類似，設(shè)置流動(dòng)站也需要在GPS接收機(jī)上新建相關(guān)工作項(xiàng)目，并建立與參考站相適應(yīng)的配置集。流動(dòng)站的接收機(jī)通過跟蹤GPS衛(wèi)星來接收從參考站發(fā)出的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而將之轉(zhuǎn)換為三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，最后將數(shù)據(jù)顯示在所設(shè)定流動(dòng)站的終端上。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)在鐵路測量中主要用于鐵路工程前期建設(shè)中的地形圖測繪、中樁測量、橫斷面測量，以及工程施工建設(shè)中的放樣、復(fù)核和變形觀測等，其定位技術(shù)涵蓋了GPS技術(shù)的大量優(yōu)點(diǎn)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)應(yīng)用中，便能發(fā)現(xiàn)此技術(shù)與其他測量儀器和測量方法的更多優(yōu)勢，在節(jié)省人力、物力的情況下，提高工作效率，是鐵路工程測量的最佳技術(shù)選擇之一。

3.2靜態(tài)或快速靜態(tài)定位模式測量

在鐵路工程測量中，使用靜態(tài)或快速靜態(tài)定位模式對國家三角點(diǎn)加密測量，即是對鐵路線路的控制網(wǎng)測量。在鐵路工程測量中，首級控制網(wǎng)用來控制相對較高的控制網(wǎng)，然而目前我國的一般等級鐵路測量中并未規(guī)范對首級控制網(wǎng)的測量手段與必要方法。受一些客觀因素的影響，國家三角點(diǎn)毀損嚴(yán)重，一些鐵路測量中使用全站儀進(jìn)行導(dǎo)線聯(lián)測，無法實(shí)現(xiàn)對國家三角點(diǎn)的聯(lián)測。因此，在國家三角點(diǎn)上進(jìn)行加密測量，進(jìn)而對鐵路線路的首級控制網(wǎng)有效測量，為鐵路測量流程提供便利是有必要的。目前，主要用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)定位模式來進(jìn)行測量。在具體的觀測過程中，每一流動(dòng)站上的GPS接收機(jī)在進(jìn)行靜止觀測的同時(shí)接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的同步觀測數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)解算出用戶站的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。使用這一定位模式的測量方法，可以很快地測量所需的精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，此測量方法可以完全替代全站儀完成導(dǎo)線測量等控制點(diǎn)的加密工作。如：在漢宜鐵路某段鐵路工程測量中，運(yùn)用到的GPS靜態(tài)和快速靜態(tài)定位測量技術(shù)，順利完成了共約86 km的控制網(wǎng)復(fù)測及控制點(diǎn)加密工作，加快了漢宜鐵路的建設(shè)進(jìn)程。

4 GPS系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)注意事項(xiàng)

4.1充分考慮鐵路工程測量的自身特點(diǎn)以及經(jīng)濟(jì)效益

對于鐵路工程測量而言，GPS系統(tǒng)在其上的應(yīng)用，必須要充分考慮到鐵路工程測量中自身的特點(diǎn)以及所要達(dá)到的經(jīng)濟(jì)效益，這樣才能充分發(fā)揮GPS系統(tǒng)的整體功能，才能真正服務(wù)于鐵路工程的測量工作。

由于各鐵路工程測量時(shí)所處的位置、天氣等因素不同，就可能出現(xiàn)不同的情況，如：不同路段鐵路工程測量其轉(zhuǎn)換參數(shù)的選擇就不同，同一個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)不能同時(shí)應(yīng)用于各個(gè)情況下的測量。更何況由于少數(shù)地面的重合點(diǎn)而計(jì)算出來的局部的轉(zhuǎn)換參數(shù)，其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也值得商榷。

此外，在GPS系統(tǒng)的應(yīng)用中，還必須要考慮經(jīng)濟(jì)效益的問題。因?yàn)镚PS技術(shù)的應(yīng)該主要就是要降低工程測量的難度、工作量及提高工作效率，倘若使用了GPS系統(tǒng)，而又達(dá)不到節(jié)省成本的效果，則失去了應(yīng)用GPS系統(tǒng)解決鐵路工程測量問題的意義。

4.2注意隧道洞外控制測量的一些問題

在GPS技術(shù)的應(yīng)用之中關(guān)鍵問題之一是高程問題，高程問題的解決，能為整個(gè)工程測量帶來極大的經(jīng)濟(jì)效益，尤其對于隧道中的高程測量更是如此。而在隧道的控制測量之中解決這個(gè)高程問題確實(shí)存在一定難度。為了解決好這一問題，可以選擇不同方法，如，對于隧道的洞外控制測量，其高程控制就可以采用國家的重力異常圖以及一些重力的測量方法來解決，其精準(zhǔn)度達(dá)到0.01m。

5結(jié)語

本文簡要就GPS系統(tǒng)應(yīng)用的注意事項(xiàng)進(jìn)行相關(guān)的介紹，旨在規(guī)范鐵路測量單位在鐵路工程測量中GPS系統(tǒng)的應(yīng)用，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，從而推動(dòng)鐵路工程測量事業(yè)的發(fā)展，為鐵路工程建設(shè)發(fā)揮強(qiáng)有力的保障作用。

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（作者單位：中鐵二十局第二工程有限公司）