杨闯辉

中铁七局四公司襄北项目部湖北襄阳441100

摘要：随着测量技术的不断发展，铁路设计和施工的测量方法正在逐步改进，其中GPS 系统在大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个方面都已经有了广泛的应用。随着铁路跨越式发展的逐步深入，勘测手段和方法也是日新月异，本文就通过分析GPS系统的测量原理以及优势来了解其在铁路工程测量中的应用。

关键词：GPS 技术；铁路测量；应用分析

前言：

随着我国经济建设的飞速发展，高速铁路建设的发展也更加迅猛，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。而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。

1、GPS 技术及测量原理

GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，它不仅具有良好的抗干扰性和保密性，而且具有全球性、全天候、连续性、实时性的精密三维导航与定位能力，并且可以进行高精度的时间传递和高精度的精密定位，为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。它由空间部分———GPS 卫星、地面控制部分———地面监控系统、用户设备部分———GPS 信号接收机这三部分组成；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。GPS 系统采用高轨测距体制，以观测站至GPS 卫星之间的距离作为基本观测量。为了获得距离观测量，主要采用两种方法：一是测量GPS 卫星发射的测距码信号到达用户接收机的传播时间，即伪距测量：二是测量具有载波多普勒频移的GPS 卫星载波信号与接收机产生的参考载波信号之___________间的相位差，即载波相位测量。采用伪距观测量定位速度最快，而采用载波相位观测量定位精度最高。

3、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：

3.1 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。

3.2 定位精度高。一般双频GPS 接收机基线解精度为5mm1ppm，而红外仪标称精度为5mm5ppm，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。

3.3 观测时间短。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。

3.4 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。

3.5 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。

3.6 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。

4、GPS 技术在实际测量中的应用

铁路工程测量中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备，但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，且效率低，特别是长大隧道的控制测量，不但费时费力，还得不到高精度的测量成果。而由于GPS 技术具有作业方法灵活、工作效率高、误差累积少、定位精度较高等特点，迅速在工程测量中得到广泛应用。

4.1 静态测量方法在铁路工程测量中的应用

首级控制网在铁路测量中属于等级较高的控制网，它主要的目的就是控制线路走向，从而为下面的测量做好铺垫。首级控制网一般用于国家三角点加密，在国家三角点上进行高精度的补充加密测量，铁路导线点就可再联测到加密的等级点。采用全站仪进行导线测量一般是行不通的，因为其在30km 内，就无法观测到国家三角点，进而不能进行联测，且其受客观因素的影响较大，无法正常完成联测工作。而GPS 静态或快速静态定位模式则可轻松解决这一问题。静态测量方法的工作原理是在每一流动站上，GPS 接收机必须进行静止观测，在观测中还应接受基准站和卫星的同步观测数据，对周未知数和用户站的三维坐标进行实时解算，若解算结果的变化及精度满足要求，便完成了实时观测。一般应用在控制测量中，如控制网加密，若采用常规测量方法，如全站仪测量，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，而采用快速静态测量，可起到事半功倍的效果。单点定位只需要10-20 分钟，而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。

4.2 动态定位模式测量

动态定位模式测量与常规__________测量仪器相比，其测量铁路线路导线的精度不占优势，但其测量一般线路导线的效率要比快速静态测量技术高得多。测量2～4S，精度就可以达到1～3cm，且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器（如全站仪）不可比拟的优点。可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作。动态定位模式在铁路工程测量前需要在控制点上静止观测一段时间，有的GPS 测量仪器只需在进行初始化工作之后，流动基站记手机就可以按预定的采样间隔时间自动进行观测并采样，并连同基准站的同步观测数据，实时确定采样点的空间坐标位置。

4.3 推广建议

GPS 静态定位技术和动态定位技术相结合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制测量。若在生产过程中采用常规方法和GPS 技术相结合生产流程可以极大地提高生产效率。随着GPS 技术的特点及发展，各个厂家也相继推出了具有自主专利技术的仪器，其初始化时间越来越短，跟踪能力也越来越强，精度越来越高，可靠性越来越强，有着良好的性价比，在勘察设计单位具有代替全站仪的趋势，单位设备更新时应考虑这一因素。

5、结语

GPS 技术应用于铁路测量是铁路外业勘测的一项重大技术革命，其应用前景十分广阔。通过GPS 技术在铁路控制测量中的优越性可以发现，只有充分发挥其在铁路施工测量中的作用，有效的利用其高精度的定位原理与方法，才能使GPS 技术在铁路施工测量过程中发挥应有的作用，从而提高铁路测量工作的效率和质量，改善铁路测量结果的准确性和精确度。

参考文献:

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[2]张希黔、黄声享编著.《GPS 在建筑施工中的应用》中国建筑工业出版社出版

[3]王国祥，梅熙．GPS RTK 在工程测量中的应用[J].四川测绘，2001．