GPS在鐵路工程測量中的應用及發(fā)展趨勢

楊恩希

（中鐵武漢勘察設計研究院有限公司，武漢 430073）

1 引言

現(xiàn)如今，隨著人們生活水平的不斷提高，使得人們對鐵路運行質量提出了更高的需求，我國鐵路工程建設也需要不斷提升自身的實力，才能更加適應社會的進步和發(fā)展。為了提高鐵路工程測量的質量，需要對傳統(tǒng)的測量方法進行優(yōu)化。在信息時代發(fā)展越來越快的當下，GPS技術為我國鐵路工程測量事業(yè)的發(fā)展帶來了極大的優(yōu)勢，其不僅提高了鐵路測量的效率，還解決了傳統(tǒng)測量費人力、費財力的現(xiàn)象。同時，GPS技術還存在誤差累積也較少,有較高的定位精度等優(yōu)越的性質，極大地促進了GPS技術在相關工程測量領域的廣泛應用。

2 GPS技術概述

GPS技術被稱為全球定位系統(tǒng)，能夠在工程測量過程中實現(xiàn)地理空間距離的準確測量，并通過信息系統(tǒng)對測量獲得的數(shù)據(jù)進行分析從而最大程度地保障測量數(shù)據(jù)的準確性、安全性和可靠性，以便為工程后期的設計和施工提供數(shù)據(jù)支持。GPS技術的工作原理，可以簡單闡述為通過將GPS接收機設置在固定位置，并向GPS衛(wèi)星發(fā)送信號，隨后通過信息技術和計算機設備進行接收數(shù)據(jù)的處理和分析，從而確定GPS接收機的具體位置。GPS技術包括兩種坐標系統(tǒng)，分別是地固坐標系統(tǒng)和空間固定坐標系統(tǒng)，這兩種坐標系統(tǒng)能夠實現(xiàn)相互轉換，從而能夠更加準確地對控制點的具體位置進行判斷，從而提高鐵路工程測量結果的可靠性和準確性。除此之外，GPS技術還可以按照具體方式進行定位方式的劃分，即絕對定位和相對定位。其中，絕對定位是指通過已知的經(jīng)緯度和海拔高度等具體信息，從而判斷測量點準確的具體空間坐標；而相對定位則是以空間幾何理論及相關數(shù)學理論作為基礎，結合已知的GPS測量點及距離三顆衛(wèi)星的基礎上，判斷測量點的實際具體位置。另外，GPS技術在鐵路工程測量中的應用過程中，對測量人員沒有較高的技術要求，并且測量方式簡單方便，能夠有效降低測量人員的工作強度，提高鐵路工程測量的效率。

3 鐵路工程測量過程中GPS技術的優(yōu)越性

隨著我國經(jīng)濟水平和科技實力的不斷提升，數(shù)字化采集技術及自動化處理技術在各個領域都得到了廣泛應用。在鐵路工程測量過程中，GPS測量技術得到了較為廣泛的應用，鐵路工程在實際的測量過程中，需要考慮加大對經(jīng)緯儀、全站儀、水準儀等儀器設備的投入和使用力度。

在此結合多年來GPS技術在鐵路工程測量中的實踐情況，能夠充分總結出GPS技術的應用優(yōu)越性。首先，在進行鐵路工程測量過程中，GPS技術能夠實現(xiàn)對具體物體的多角度定位和測量，從而準確把握其數(shù)據(jù)的真實性和可靠性，尤其適用于地質條件復雜的鐵路工程建設；其次，GPS測量技術有利于土地權屬界點的測定，不僅極大地節(jié)約了測量人員的工作強度和工作量，減少了人工測量的時間，提高了鐵路工程測量數(shù)據(jù)的精準性，還有效提高了鐵路工程建設企業(yè)的人力資源利用率，從而節(jié)約了人力成本的投入；再次，GPS技術的應用極大程度地改善了測量過程中點和位之間通視困難的缺陷，實現(xiàn)了靈活選點，需要高標，同時能夠實現(xiàn)全天候作業(yè)，不受時間、空間、氣候等因素的影響，因此在通視條件較差的情況下得到了廣泛應用。并且，由于GPS測量技術不會受到通視條件的限制，因此在鐵路工程的測量過程中通常采用小范圍的測量形式，不會被工程成本所限制；最后，GPS技術除了具有高精度和高效益的優(yōu)勢之外，還在鐵路工程臨時水準點測量以及實地測量等各個方面體現(xiàn)了極大的優(yōu)越性。

總的來說，GPS技術的充分運用對于優(yōu)化鐵路工程基礎結構設計，實現(xiàn)更加便利的觀測時段設計，以及對設計強度和監(jiān)測周期設計等方面進行全方位監(jiān)測，有利于改善鐵路工程測量存在的技術缺陷，從而實現(xiàn)鐵路工程測量效率和質量的提升。

4 GPS在鐵路工程測量中的具體應用

4.1 靜態(tài)或快速靜態(tài)定位模式測量

GPS技術中靜態(tài)或快速靜態(tài)定位模式的應用對于鐵路線路的控制網(wǎng)測量有重要意義。鐵路線路控制網(wǎng)的測量即國家三角點的加密測量，其中，首級控制網(wǎng)是進行相對較高控制網(wǎng)的控制的，但是目前我國一般等級鐵路工程測量并沒有嚴格規(guī)范首級控制網(wǎng)的具體測量手段和相應的方法，造成其容易受到其他客觀因素的影響，從而造成國家三角點受到嚴重損壞。其中，還存在部分鐵路工程在測量過程中應用全站儀進行導線聯(lián)測，這樣則無法聯(lián)測國家三角點。因此，在國家三角點上進行加密測量，進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[1]。在具體的觀測過程中，每一流動站上的GPS接收機在進行靜止觀測的同時接收基準站和衛(wèi)星的同步觀測數(shù)據(jù)，并實時解算出用戶站的三維坐標數(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的數(shù)據(jù)，此測量方法可以完全替代全站儀完成導線測量等控制點的加密工作[2]。

4.2 動態(tài)定位模式測量

實時動態(tài)定位模式測量技術是以載波相位觀測值為根據(jù)的實時差分GPS技術，是GPS測量技術在鐵路工程測量中的重要技術之一，其也在鐵路工程測量過程中發(fā)揮著較為重要的作用。實時動態(tài)定位測量系統(tǒng)的主要組成部分為基準站和流動站，基準點是點位精度較高的首級控制點，其參考站是接收機。完成好設備裝置后，對GPS衛(wèi)星動態(tài)進行連續(xù)觀測，從而通過接收衛(wèi)星所傳回的數(shù)據(jù)，獲得流動站的三維坐標和測量精度。通過實時動態(tài)模式測量的工作過程方便用戶實時監(jiān)測待測點的數(shù)據(jù)觀測質量，并為客戶根據(jù)待測點的精度指標確定觀測時間提供了依據(jù)，從而減少不必要的觀測項目，提高測量效率。該技術在鐵路工程測量過程中的應用主要包括兩個部分，一是參考站的工作，二是流動站的工作。

參考站的工作分為四個步驟。第一，需要進行GPS接收機、控制點以及天線的設置，確保準備工作完善；第二，將GPS接收機上的相關參數(shù)進行設置和錄入，同時建立相應的配置集；第三，在天線高度和參考站坐標已知的情況下，輸入其準確的信息，使得參考站接收機能夠自動進行參數(shù)的轉換，同時連續(xù)不斷地進行GPS衛(wèi)星信號的接收；第四，在實現(xiàn)信號的接收后，通過相應設備將觀測站坐標和數(shù)值發(fā)送出去，待電臺的指示燈發(fā)出通訊信號，參考站的工作就完成了，隨即開展流動站的工作。流動站的工作流程主要包括接收機通過跟蹤GPS衛(wèi)星進行數(shù)據(jù)信息的接收，并將其轉化為三維坐標數(shù)據(jù)，顯示在所設定流動站的終端上[3]。

5 結語

綜上所述，GPS技術具有數(shù)據(jù)準確性高、外業(yè)工作效率高等優(yōu)勢，隨著其在鐵路工程測量的實踐工作的應用實踐，從中不斷總結出GPS技術在鐵路工程測量中應用的新思路和新技術，從而不斷對其進行工作方法和作業(yè)流程的創(chuàng)新和細化，促進GPS技術在鐵路工程測量外業(yè)工作中的可操作性，并提高數(shù)據(jù)處理的效率，由此可以充分看出GPS技術在鐵路工程測量中具有廣闊的發(fā)展前景。