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铁路工程测量论文铁路建设论文浅谈GPS技术在铁路工程测量中的应用【摘要】近年来，随着我国铁路建设的不断发展，GPS技术在铁路工程测量中的应用也得到了普及，本文结合作者自身的工作特点，分析并阐述GPS在铁路工程测量中的应用。【关键词】GPS；铁路测量；应用1 引言近年来，随着我国经济建设的飞速发展，国家在铁路建设方面投入了大量的资金，尤其是近几年来对高速铁路的建设，其势头迅猛，在建设的同时也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，作业强度虽然很大，但效率却并不高，由于我国的特殊地质，在某些铁路施工段的周围地势起伏波动较大，建设铁路需要穿越大范围的森林、河流、山川，而且还需要跨越多处的铁路和公路线，其难度可想而知，测量任务艰巨且工程量也非常大。如果采用传统的常规方法，耗时费力而且需要大量的人力和财力的投入，难以满足现代铁路施工建设的需要。近年来，GPS技术在铁路工程测量方面的发展非常迅速，其作业方法也非常的灵活，工作效率比较高，误差率较传统方法相比，有了很大幅度的降低，其定位的精度也非常高，在工程测量等领域迅速得到推广应用。尤其是在对复杂路段的测量方面，GPS技术显示了其优越性。2 GPS技术概述全球定位系统GPS(Global Positing System)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。2.1 GPS测量的原理GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到。利用GPS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1。2.2 GPS测量的优点GPS测量技术相对于常规的测量作业理念而言，是一个革命性的技术创新，它具有以下几点优点：（1）定位精度高；（2）可全天候作业，不受时差的影响；（3）各个测量站之间不需要通视；（4）观测时间很短；（5）可以提供三维坐标；（6）操作简单，容易上手。3 实时动态定位技术的应用3.1 RTK概述RTK（Real-time kinematic）实时动态差分法。这是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（伪距观测值，相位观测值）及已知数据传输给流动站接收机，数据量比较大，一般都要求9600的波特率，这在无线电上不难实现。随着科学技术的不断发展，RTK技术已由传统的1+1或1+2发展到了广域差分系统WADGPS，有些城市建立起CORS系统，这就大大提高了RTK的测量范围，当然在数据传输方面也有了长足的进展，由原先的电台传输发展到现在的GPRS和GSM网络传输，大大提高了数据的传输效率和范围。在仪器方面，现在的仪器不仅精度高而且比传统的RTK更简洁、更容易操作。3.2 RTK的实际应用实时动态定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合,在铁路工程中的应用可以覆盖铁路勘测、施工放样、施工监理、竣工测量等方面。快速静态定位模式要求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。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1。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。RTK系统的数据流程图如下所示：图1RTK系统的数据流程3.3 RTK的优点相对于常规测量比较而言，RTK用于工程测量主要有以下特点：3.3.1 在进行RTK测量时，动态相对定位仅需要短短的几秒钟，可以在很大程度上提高观测的效率；3.3.2 RTK技术的测量误差分布均匀，彼此之间是独立的，精度可靠度较高，不存在误差积累的现象；3.3.3 可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪器各自在铁路工程测量当中的优势。4 总