GPS在铁路工程测量中的应用探讨

摘要：本文从GPS技术的基本原理及运用优点方面入手，结合中铁一局德大铁路项目部GPS测量使用实例，主要针对GPS在铁路工程测量中实时静态或快速静态定位技术与动态定位技术的应用进行了具体的分析，阐明GPS在铁路工程测量中的优势，以供参考。

关键词：GPS技术；铁路工程测量；应用中图分类号：X731

文献标识码： A一、GPS技术概述1、GPS技术简介GPS是一种能够实现定位与跟踪的卫星导航系统，通过该系统在工程测量中的应用能够对地理空间距离进行测量，并且然后再利用计算机系统对所获取的信息进行全面分析从而保证其测量的精准性，以便于工程项目后期的设计与施工。GPS技术的引进可以直接获取平面坐标和高程，发挥巨大作用的有经纬仪、水准仪、电子经纬仪、光电测距仪和全站仪等对地形测量、直线放样和高程放样等进行测量工作，获得数据准确操作简便在整个工作中，测绘人员只需要了解计算机技术的操作方法、并将全球定位系统所获取的数据信息进行分析并转变之后导出来即可，对于测绘人员的技术要求并不高降低了测绘人员的工作强度。2、基本原理GPS的定位原理，与传统的后方交会原理很相似，比如说，在某个位置点架设GPS接收机，选一个时间点同时接收3个GPS卫星所发射的信号，这样就可以通过GPS卫星测到这个架设GPS接收机到卫星的距离，再根据后方交会的原理计算出GPS接收机所在位置的三维坐标。3、GPS技术的运用优点（1）运用广泛GPS技术在国民经济的各个领域都有被运用到，在各种测量工程中：大地的测量、地震的形变监测、各种工程的检测网等都有运用GPS。同时，GPS技术在工程测量中的应用还有着很广泛的前景，在工程施工过程中自动控制系统也是未来研究GPS定位技术应用的一大方向。（2）自动化程度高在工程测量的时候，用GPS接收机进行测量时，只需要一个人把天线准确的安置在测站上，接收机能够自动的测量天线的高度，接通电源，启动接受信号，工作人员只需要的就是在接收机结束测量的时候关闭电源，这时候接收机就已经完成了数据的采集了。如果是一个测站点需要工作人员不断地采集数据，还需要数据的传输，将采集的数据传输到数据处理中心，才能够进行计算和测量的话，不仅仅是耗费人力，还耗费时间，这过程就不能体现GPS技术处理的及时性。（3）定位精度高GPS技术测量在十五公里内的短距离精度可以达到毫米级，在几十公里甚至是几百公里的距离相对精度可以达到厘米级。大型的建筑物、构筑物变形监测，在运用一些特殊的观测措施、精密的计算和处理模型和软件之后，平面的精度还可以达到亚毫米。如此的数据就说明了GPS技术的定位精度是比较高的。（4）观测时间短就目前的GPS技术在实际中的运用，采用静态的定位模式，观测在二十公里以内的距离，对于单频的接收机可能需要一个小时左右，但是对于双频的来说，只需要十几分钟就好了。如果要采用实时动态的定位模式，时间就更短了，流动站初始化观测需要几分钟（不超过5分钟）后，便可以随时定位，每站观测只需要几秒钟。这些时间数据就充分说明了运用GPS定位技术的便捷性。（5）全天候实时动态观测GPS卫星比较多，并且在空间的分布也很均匀，基本能够保证全球的地面都被连续覆盖，因此，在地球上的任何一点，任何时候要进行观测工作，一般都是不会受到天气的影响。不过，在雷雨天气是不适合观测的。进一步的说明，GPS技术的测量技术还是有发展的空间的。（6）可消除或削弱系统误差影响GPS技术在变形监测中所关注的是两期变形量，并非是我们要检测的站点的三维坐标。虽然在检测的过程中，系统对影响两期坐标值，但是它不会影响所求得变形量。以此可以推出，在变形监测过程中，即使GPS接收机天线对整体的误差、量天线高的误差等都是不会影响监测的结果的。只要天线在监测的过程中能够一直保持不动，就能够在很大程度上削弱系统所带来的误差影响。二、GPS在铁路工程测量中的实际应用分析1、静态或快速静态定位模式测量在铁路工程测量中，使用静态或快速静态定位模式对国家三角点加密测量，即是对铁路线路的控制网测量。在铁路工程测量中，首级控制网用来控制相对较高的控制网，然而目前我国的一般等级铁路测量中并未规范对首级控制网的测量手段与必要方法。受一些客观因素的影响，国家三角点毁损严重，一些铁路测量中使用全站仪进行导线联测，无法实现对国家三角点的联测。因此，在国家三角点上进行加密测量，进而对铁路线路的首级控制网有效测量，为铁路测量流程提供便利是有必要的。目前，主要用GPS静态或快速静态定位模式来进行测量。在具体的观测过程中，每一流动站上的GPS接收机在进行静止观测的同时接收基准站和卫星的同步观测数据，并实时解算出用户站的三维坐标数据。使用这一定位模式的测量方法，可以很快地测量所需的精准的数据，此测量方法可以完全替代全站仪完成导线测量等控制点的加密工作。在中铁一局德大铁路工程测量中，运用到的GPS静态和快速静态定位测量技术，顺利完成了共约78km的控制网复测及控制点加密工作，加快了铁路的建设进程。2、动态定位模式测量实时动态定位模式测量技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS技术，是GPS测量技术应用在铁路测量事业中的重要技术体现，同时也在铁路测量事业中应用十分广泛的技术。实时动态定位测量系统主要由基准站和流动站组成，在实际应用中其基准点是点位精度较高的首级控制点，其参考站是接收机。完成好设备装置后，对GPS卫星动态进行连续观测，从而通过接收卫星所传回的数据，获得流动站的三维坐标和测量精度。通过实时动态模式测量的工作过程方便用户实时监测待测点的数据观测质量，并为客户根据待测点的精度指标确定观测时间提供了依据，从而减少不必要的观测项目，提高测量效率。实时动态定位模式测量技术运用在铁路工程测量中时，主要包含如下两个环节的作业流程：参考站相关工作：第一步确定控制点、GPS接收机、天线，并将其架设完好，使一切准备工作就绪。第二部设置GPS接收机上的室内参数并录入接收机，建立相应的配置集。第三步在明确参考站坐标和天线高的情况下，输入其准确的信息，这样参考站的接收机就能通过上述的转换参数进行自动调节，或转换为其他目标，接下来便可以连续接收可视GPS卫星的信号。第四部在能接收到信号之后，将观测站的坐标以及观测值等相关信息数据发送出去，待电台的指示灯发出通讯信号，流动站便开始开展工作。流动站相关工作：与参考站工作流程类似，设置流动站也需要在GPS接收机上新建相关工作项目，并建立与参考站相适应的配置集。流动站的接收机通过跟踪GPS卫星来接收从参考站发出的数据信息，进而将之转换为三维坐标数据，最后将数据显示在所设定流动站的终端上。实时动态定位技术在铁路测量中主要用于铁路工程前期建设中的地形图测绘、中桩测量、横断面测量，以及工程施工建设中的放样、复核和变形观测等，其定位技术涵盖了GPS技术的大量优点。经过实践检验，在实施动态定位模式的应用中，主要需要注意以下方面内容：首先参考站要架设在开阔、位置较高的地区；其次GPS接收机获得一个导航解时才能记录为有效数据，对于浮点解时误差较大、特别是高程测误差较大的数据不宜使用；最后电台信号不能太远，适宜在15km以内。在重点注意以上问题的实时动态定位技术应用中，便能发现此技术与其他测量仪器和测量方法的更多优势，在节省人力、物力的情况下还提高了工作效率，是铁路工程测量的最佳技术选择之一。

结束语：综上所述，GPS作为一项全新的测量手段，较其他测量技术有不可比拟的优势，节约了大量的人力、物力、时间及成本，提高了工作效率与经济效益，是现代铁路测量技术的重大革命创新成果。此外，在规范铁路测量单位在铁路工程测量中GPS系统的应用，并降低成本，提高经济效益，从而推动铁路工程测量事业的发展，为铁路工程建设发挥强有力的保障作用。

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