gps技术在铁路测量中的应用

GPS 技术在铁路测量中的应用 【摘 要】 GPS 测量，在带状铁路地形地籍测量中应用，能充分发辉它的快捷、灵活、精度高的特点， 具有广泛的实用价值。 【关键词】 GPS 测量 铁路地形地籍测量 0 引言 从 1999 年至 2006 年，我院承接了柳州铁路局辖区湘桂铁路（872km），黔桂铁路（388km），枝柳 铁路（260km），黎湛铁路（320km），河茂铁路（62km），南昆铁路（520km）等 1：1 千地形地籍图的 测量工作。如果采用规范要求锁网形做四等首级控制，工程浩大，耗时费力而且需要大量的财力，大大提 高每幅地形地籍图的成本，难以满足柳州铁路局对所辖区铁路改造、土地换证的需要。近年来，GPS 设备 国产化程度和性价比进一步提高，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，航测外业控制等领域迅速得到推广应用。GPS 静态 C、D、E 级控制测量在狭长 控制测量中，更能显示它的优越性。以下就 GPS 静态 D 级控制测量在湘桂铁路（江西至崇左段）的应用 进行探讨。 1 测量原理 GPS （Global Positioning System）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。 2 在铁路（西江至崇左段）首级控制测量中的应用 为满足铁路 1：1 千地形、地籍测图的需要，并使铁路地籍图与沿线各县城、城市地籍图相接，根据 城市测量规范，和全球定位系统（GPS）铁路测量规程规定：D 级 GPS 点必须符合四等锁（网）的要求： 最弱边边长中误差1/45000，高程不得低于四等水准点的精度。 江西至崇左 D 级 GPS 控制测量： 江西至崇左 D 级 GPS 联测备图 江西至崇左段 GPS 网联测略图 从上图可以看出，如果采用四等锁（网）控制测量，图形强度根本无法满足数学精度的需要。从而体 现 GPS 控制测量的优越性。 江西至崇左段长约 97km，共观测 60 个点。本网有同步环 190 个，异步环 177 个。D 级 GPS 点 49 个，1 个过渡点，联测 C 级 GPS 点 4 个，有一个不兼容，在本网进行最终成果计算时，只用三个作为起 算点。 计算精度流计： a 、同步环：本网最大坐标分量闭合差=8.70mm ，限差12.53mm；环总量闭合差（最大）=9.68mm， 限差27.70mm。 b、异步环：本网最大坐标分量闭合差 Yw= -11.09mm，限差74.29mm； 环闭合差（最大）w=39.40mm，限差331.42mm； 环坐标分量闭合差（最大）Xw=38.70m，限差322.10mm c 、重复基线：较差（最大）ms=13mm，限差101.96mm； 较差（最大）ds=0.805mn ，限差 166.734mm。 d、约束：无约束平差 e 、三维无约束平差：边长相对中误差（最大）=1/87843，限差（四等） 1/45000； 点位中误差（最大）=13.7mm，限差（四等）50mm。 f、二维约束平差：边长相对中误差（最大）=1/137436，限差（四等）1/4500； 点位中误差（最大）=5.1mm，限差（四等）50mm。 g、重合点的坐标、高程比较情况： 点名 网点 差值X（m） 差值Y（m） 差值H（m） 本网 D102 崇左至友谊关网 0.008 0.005 0.027 本网 D103 崇左至友谊关网 0.006 0.005 0.024 本网 NM23 崇左至友谊关网 0.008 -0.007 0.020 本网 江西至百色网 -0.055 0.006 0.031 D215 南宁市区网 -0.027 0.028 0.039 本网 0.028 江西至百色网 -0.045 -0.006 D216 南宁市网 -0.013 0.026 0.038 本网 江西至百色网 -0.041 -0.009 M05 南宁市网 -0.017 0.012 0.002 注：从上表的比较结果可以看出，平面坐标的比较差值和高程的比较差值都较小，小于 2 倍中误差 （平面限差小于 0.1m，高程限差小于 0.04m）。 h、GPS 点与点之间检测精度对比表： 测站 觇点 观测平距 坐标反算 较差 相对互差 检测高 计算高差 较差 （m） 平距 （m） （mm） 差（m） （mm） D105 D104 866.523 866.824 1 1/866523 -22.320 -22.336 16 D102 D103 1011.45 1011.447 8 1/126431 -4.049 -14.074 25 D040 D041 1355.010 1355.006 4 1/338752 -31.485 -31.483 2 D044 D045 1150.935 1150.927 8 1/143866 12.763 12.832 69 精度分析 从上述所统计的各项误差与限差的比较可知，本网的网图形条件不太好，但各项数学指标完全满足了 四等锁网的精度。 3 结论 在狭长工程首级控制测量中，不受地形限制，不受图形强度限制，不受通视条件限制（但一对点必 须通视，以利于测图控制测量的起闭定向），不受气候条件的限制。 GPS 点平面、高程精度完全满足 1：500，1：1000 大比例尺地面，地籍测量的首级控制。 GPS 首级控制测量比较其它锁网测量：省时、省财、省力的优越性。 中国北斗一号双星导航定位系统的建成，将为 GPS 测量在我国的应用，具有广阔的前景。 【参考文献】 1 CJJ899 城市测量规范 2