摘要：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。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。因此，本文对GPS在铁路工程测量中的应用及发展趋势进行分析。
关键词：GPS；铁路工程测量；应用；发展趋势
在信息时代发展越来越快的当下，GPS技术为我国铁路工程测量事业的发展带来了极大的优势，其不仅提高了铁路测量的效率，还解决了传统测量费人力、费财力的现象。同时，GPS技术还存在误差累积也较少，有较高的定位精度等优越的性质，极大地促进了GPS技术在相关工程测量领域的广泛应用。
1GPS基本原理
GPS即全球定位系统。该系统于1973年由美国政府组织研究，耗费巨资，历经约20年，于1993年全部建成。该系统是伴随现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星导航和定位系统，不仅具有全球性、全天候、连续的三维测速、导航、定位与授时能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。全球定位系统的卫星星座，由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。GPS接收机可以接收GPS卫星信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便计算出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，进而实时地计算出测站的三维位置。将无线电信号发射台从地面点搬到卫星上，组成一个卫星导航定位系统，应用无线电测距交会的原理，便可由三个以上地面已知点（控制站）交会出卫星的位置；反之利用三个以上卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点（用户接收机）的位置。这便是GPS卫星定位的基本原理。
2GPS技术特点
将GPS技术应用于铁路测量中，是对传统作业技术的更新、也是对铁路测量的技术改革，与传统测量方法相比，其具有以下优势：
2.1测站之间不需相互通视
测量学中面临最大的课题便是测站间的通视，这个问题导致很多技术都无法运用在铁路测量中。而GPS技术则能有效解决这一难题，选点更加灵活方便。但其要求保证测站上空的空间必须开阔，防止GPS卫星接收信号受到干扰。若想顺利完成铁路平面控制测量，可采用GPS静态定位技术和动态定位技术相结合的方式，高效、顺利的进行。
2.2定位精度高
一般情况下，双频GPS接收机基线解精度与红外仪标称精度分别为5mm+1ppm、5mm+5ppm，在短距离的环境下，GPS测量精度接近于红外仪，然而GPS测量的优越性会随着距离的拉长而逐渐显现出来。实践证明，基线低于50公里，则相对定位精度达12×10-6，而在100～500公里范围内的基线，可达10-6～10-7。
2.3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。
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2.4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。
2.5以三维坐标进行立体定位
一般的测量技术提供的是对象的平面坐标，而GPS技术在此基础上还会提供三维坐标，以便用户更加精确的了解到测量对象的具体情况。
2.6操作简便，自动化程度高
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。
3GPS在铁路工程测量中的应用
3.1在工程前期建设中的应用
首先是对铁路建设地段进行测量，如遇到特殊地形，就得利用GPS-RTK来对其进行测量，进行红线的放样等工作，以一个参考站加两个流动站的形式对当地地形进行测量，从而放样出施工占地范围，最终有利于征地的有效进行。传统的征地工作主要是利用皮尺进行测量，再制成草图，最后进行计算，而对于形状比较复杂的地形则比较容易出现误差，并且还造成了巨大工作量。可以设想得到的是，随着GPS技术在铁路工程前期的普及应用，为铁路建设打下良好的工作基础，这对于铁路工程建设的效率的提高来讲具有较大的帮助。
3.2在工程建设中的应用
在铁路工程建设中期，GPS技术同样起到不可忽视的作用，特别是在做路基工程时，仍旧需要进行测量放样。铁路工程建设的路基线一般会比较长，并且结构物种类比较多，在使用GPS技术进行放样工作时，一般是将CPI以及CPII点拟合匹配到相关的软件，然后在仪器中设置相应的放样软件，接着整条路基线路的的曲线特征将会不发送到手簿中。在运行中，只需在手簿中输入相应的数据就能进行准确的放样。这样对的路基涵洞、路堤坡脚线开挖等工程的提供了变美丽。GPS技术的引用在很大程度上减轻了测量放样的任务，缩短了路基放样工作等一系列工程的时间及人力的投入，并且降低了测量的成本。另外在铁路工程建设中期，测量复核工作以及变形观测工作都需要利用GPS技术来进行。在测量复核工作中，需要对结构物进行施工，需要PTK去对放样得来的模板进行校核，以便保证工作的高度精确性。在变形观测工作中，通常是需要通过设置RTK变形监测网，来对铁路工程建设中的栈桥、现浇梁、路基路堤、隧道施工等进行变形观测，该技术可以精确到毫米，得出较精确数据。
4GPS在铁路工程测量中的发展趋势
GPS技术具有数据准确性高、外业工作效率高等优势，随着其在铁路工程测量的实践工作的应用实践，从中不断总结出GPS技术在铁路工程测量中应用的新思路和新技术，从而不断对其进行工作方法和作业流程的创新和细化，促进GPS技术在铁路工程测量外业工作中的可操作性，并提高数据处理的效率，由此可以充分看出GPS技术在铁路工程测量中具有广阔的发展前景。
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。
参考文献：
[1]铁路工程测绘中GPS测绘技术的应用探析[J].李静.黑龙江科技信息.2015（03）
[2]GPS测量技术在铁路工程中的应用[J].何晓军，孙代峰.施工技术.2015（S1）
[3]GPS在铁路工程测量中的应用研究[J].蔺极平，张彦.科技创新导报.2014（22）
论文作者:刘沛丰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/20
标签：测量论文; 技术论文; 铁路工程论文; 工作论文; 铁路论文; 接收机论文; 路基论文; 《基层建设》2019年第9期论文;