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摘要：GPS系统已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个方面。随着铁路跨越式发展的逐步深入，勘测手段和方法也日新月异，GPS技术在铁路测量中的应用，是铁路测量的一项革命性的技术革新。本文概述了GPS系统在铁路工程测量中的应用。
关键词：GPS定位系统；铁路工程；测量；应用；
近年来，随着我国经济建设的飞速发展，高速铁路的建设更加发展迅猛，这就对铁路工程测量提出了更高的要求。目前铁路测量中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备，但其方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，且效率低。汉宜铁路HYZQ-6标（86km）其路段周围地势起伏较大，穿越大范围的密林、河流且需跨越多处铁路线、公路线，使通视较为困难，其测量任务艰巨且工程量浩大。如果采用常规方法，耗时费力而且需要大量的财力，难以满足铁路施工建设的需要。近年来，GPS技术发展迅速，其作业方法灵活，工作效率高，误差累积少，定位精度较高，在工程测量等领域迅速得到推广应用。当前，GPS技术在铁路控制测量、中线测设、开口线放样、征地线放样以及断面复测等方面，更能显示它的优越性。以下就GPS在汉宜铁路HYZQ-6标（86km）的测量中的一些应用进行简单的介绍。
一、GPS技术概述及测量原理
1.1GPS技术概述
全球定位系统GPS(GlobalPositingSystem)是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，具有全球性、全天候、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。单点导航定位与相对测地定位(差分定位)是应用的两个方面；单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位(差分定位)是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。GPS已在测绘领域引起了革命性的变化，目前，范围上数公里至几千公里的控制网或形变监测网，精度上从百米至毫米级的定位，一般都将GPS作为首选手段，随着技术的日趋成熟，已开始向分米乃至厘米级的放样、高精度动态定位等领域渗透
1.2GPS测量原理
GPS（GlobalPositioningSystem）即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户不但可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；而且还可以进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。它由三大部分组成：空间部分――GPS卫星、地面控制部分――地面监控系统、用户设备部分――GPS信号接收机；在GPS定位中，空间部分的GPS卫星发射测距信号和导航电文（导航电文中含有卫星的位置信息），用户用GPS接收机在某一时刻同时接收3颗以上的GPS卫星信号，测量出测站点（接收机天线中心）至3颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站的位置。
二、GPS测量技术的优点
GPS技术在铁路测量中的应用，是铁路测量的一项革命性的技术革新，它将对传统的作业理念予以更新。相对于常规的测量方法来讲，GPS测量有以下优点：
（1）测站之间无需通视。
测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。GPS静态定位技术和动态定位技术相结合的方法可以高效、高精度地完成铁路平面控制测量。
（2）定位精度高。
一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。
（3）观测时间短。
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采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30～40min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。例如使用Timble4800GPS接收机的RTK法可在5s以内求得测点坐标。
（4）提供三维坐标。
GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。
（5）操作简便。
GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。
（6）全天候作业。
GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。
三、GPS系统在实际测量工作中的应用
3.1使用动态定位模式测量
实时动态(RTK)定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS(RTDGPS)技术，它是GPS测量技术发展的一个新突破，在铁路工程中有广阔的应用前景。实时动态定位(RTK)系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证。其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。实时动态(RTK)定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，动态定位测量前需要在一控制点上静止观测数分钟(有的仪器只需2～10s)进行初始化工作，之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时确定采样点的空间位置。目前，其定位精度可以达到厘米级。
3.2使用静态或快速静态测量方法进行国家三角点加密
在铁路和公路测量中，首级控制网用来控制线路走向，为下一流程测量提供方便，是等级相对较高的控制网。对于一般等级铁路，铁路测量规范没有规定要进行首级控制网测量。但是，现在国家三角点毁损严重，在使用全站仪进行导线测量时，往往30km之内，找不到国家三角点来进行联测。因此，首先要在较为稀少的国家三角点上，进行较高精度的补充加密测量，得到新的比国家三角点等级稍低的加密点，然后，铁路导线点再联测到加密的等级点。现在，公路测量、高速铁路测量中，规定了要进行首级控制网测量。
使用全站仪来进行加密测量，受客观因素影响较大，在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难，其工作量将会十分巨大，因此常常用GPS静态或快速静态定位模式来测量。要求GPS接收机在每一流动站上，静止的进行观测。在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标，如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以结束实时观测。而采用RTK快速静态测量，单点定位只需要5-10min(随着技术的不断发展，定位时间还会缩短)，不及静态测量所需时间的五分之一，在铁路测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。
结语
GPS测量技术具有技术先进、外业进度快等优点，同时随着实践应用的摸索，在总结GPS铁路测量的新思路及科学操作方法和工作流程的基础上，我们可对有效的工作方法和作业流程制定相应的规范和细则，使之在外业测量中可操作性强，数据处理更方便。通过以上对GPS测量的应用事例的探讨，可以看出GPS在铁路工程的测量上具有很大的发展前景。
参考文献：
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[5]丁海鹏，杨云鸿，李如仁.GPS测量在铁路施工控制网中的应用[J].中国煤炭地质，2010
论文作者:庞宇
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/2/26
标签：测量论文; 接收机论文; 铁路论文; 精度论文; 实时论文; 技术论文; 静态论文; 《基层建设》2017年第33期论文;