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鐵路工程測量論文鐵路建設(shè)論文淺談GPS技術(shù)在鐵路工程測量中的應(yīng)用【摘要】近年來，隨著我國鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展，GPS技術(shù)在鐵路工程測量中的應(yīng)用也得到了普及，本文結(jié)合作者自身的工作特點，分析并闡述GPS在鐵路工程測量中的應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】GPS；鐵路測量；應(yīng)用1 引言近年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，國家在鐵路建設(shè)方面投入了大量的資金，尤其是近幾年來對高速鐵路的建設(shè)，其勢頭迅猛，在建設(shè)的同時也對鐵路工程測量提出了更高的要求。目前鐵路測量中雖已采用電子全站儀等先進儀器設(shè)備，但其方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制，作業(yè)強度雖然很大，但效率卻并不高，由于我國的特殊地質(zhì)，在某些鐵路施工段的周圍地勢起伏波動較大，建設(shè)鐵路需要穿越大范圍的森林、河流、山川，而且還需要跨越多處的鐵路和公路線，其難度可想而知，測量任務(wù)艱巨且工程量也非常大。如果采用傳統(tǒng)的常規(guī)方法，耗時費力而且需要大量的人力和財力的投入，難以滿足現(xiàn)代鐵路施工建設(shè)的需要。近年來，GPS技術(shù)在鐵路工程測量方面的發(fā)展非常迅速，其作業(yè)方法也非常的靈活，工作效率比較高，誤差率較傳統(tǒng)方法相比，有了很大幅度的降低，其定位的精度也非常高，在工程測量等領(lǐng)域迅速得到推廣應(yīng)用。尤其是在對復(fù)雜路段的測量方面，GPS技術(shù)顯示了其優(yōu)越性。2 GPS技術(shù)概述全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positing System)是美國陸?？杖娐?lián)合研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) ，具有全球性、全天候、連續(xù)性、實時性導(dǎo)航定位和定時功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間。單點導(dǎo)航定位與相對測地定位(差分定位)是應(yīng)用的兩個方面；單點定位就是根據(jù)一臺接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。相對定位(差分定位)是根據(jù)兩臺以上接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應(yīng)采用相位觀測值進行相對定位。GPS已在測繪領(lǐng)域引起了革命性的變化，目前，范圍上數(shù)公里至幾千公里的控制網(wǎng)或形變監(jiān)測網(wǎng)，精度上從百米至毫米級的定位，一般都將GPS作為首選手段，隨著技術(shù)的日趨成熟，已開始向分米乃至厘米級的放樣、高精度動態(tài)定位等領(lǐng)域滲透1。2.1 GPS測量的原理GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，再將其乘以光速得到。利用GPS系統(tǒng)，用戶不但可以在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、連續(xù)、實時的三維導(dǎo)航定位和測速；而且還可以進行高精度的時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；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接收機在某一時刻同時接收3顆以上的GPS衛(wèi)星信號，測量出測站點（接收機天線中心）至3顆以上GPS衛(wèi)星的距離并解算出該時刻GPS衛(wèi)星的空間坐標，據(jù)此利用距離交會法解算出測站的位置1。2.2 GPS測量的優(yōu)點GPS測量技術(shù)相對于常規(guī)的測量作業(yè)理念而言，是一個革命性的技術(shù)創(chuàng)新，它具有以下幾點優(yōu)點：（1）定位精度高；（2）可全天候作業(yè)，不受時差的影響；（3）各個測量站之間不需要通視；（4）觀測時間很短；（5）可以提供三維坐標；（6）操作簡單，容易上手。3 實時動態(tài)定位技術(shù)的應(yīng)用3.1 RTK概述RTK（Real-time kinematic）實時動態(tài)差分法。這是一種新的常用的GPS測量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)（偽距觀測值，相位觀測值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機，數(shù)據(jù)量比較大，一般都要求9600的波特率，這在無線電上不難實現(xiàn)。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，RTK技術(shù)已由傳統(tǒng)的1+1或1+2發(fā)展到了廣域差分系統(tǒng)WADGPS，有些城市建立起CORS系統(tǒng)，這就大大提高了RTK的測量范圍，當然在數(shù)據(jù)傳輸方面也有了長足的進展，由原先的電臺傳輸發(fā)展到現(xiàn)在的GPRS和GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸，大大提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率和范圍。在儀器方面，現(xiàn)在的儀器不僅精度高而且比傳統(tǒng)的RTK更簡潔、更容易操作。3.2 RTK的實際應(yīng)用實時動態(tài)定位有快速靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩種測量模式，兩種定位模式相結(jié)合,在鐵路工程中的應(yīng)用可以覆蓋鐵路勘測、施工放樣、施工監(jiān)理、竣工測量等方面?？焖凫o態(tài)定位模式要求GPS接收機在每一流動站上，靜止的進行觀測。在觀測過程中，同時接收基準站和衛(wèi)星的同步觀測數(shù)據(jù)，實時解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標，如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設(shè)計要求，便可以結(jié)束實時觀測。一般應(yīng)用在控制測量中，如控制網(wǎng)加密，若采用常規(guī)測量方法，如全站儀測量，受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區(qū)實施比較困難，而采用快速靜態(tài)測量，可起到事半功倍的效果。單點定位只需要10-20分鐘，而隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，定位時間還會縮短，不及靜態(tài)測量所需時間的五分之一，在鐵路測量中可以代替全站儀完成導(dǎo)線測量等控制點加密工作1。動態(tài)定位模式在鐵路工程測量前需要在控制點上靜止觀測一段時間，有的GPS測量儀器只需在進行初始化工作之后，流動基站記手機就可以按預(yù)定的采樣間隔時間自動進行觀測并采樣，并連同基準站的同步觀測數(shù)據(jù)，實時確定采樣點的空間坐標位置。RTK系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖如下所示：圖1RTK系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程3.3 RTK的優(yōu)點相對于常規(guī)測量比較而言，RTK用于工程測量主要有以下特點：3.3.1 在進行RTK測量時，動態(tài)相對定位僅需要短短的幾秒鐘，可以在很大程度上提高觀測的效率；3.3.2 RTK技術(shù)的測量誤差分布均勻，彼此之間是獨立的，精度可靠度較高，不存在誤差積累的現(xiàn)象；3.3.3 可與全站儀聯(lián)合作業(yè)，充分發(fā)揮RTK與全站儀器各自在鐵路工程測量當中的優(yōu)勢。4 總