GPS測(cè)繪技術(shù)在鐵路測(cè)量工作中的發(fā)展

李亞男

(同煤集團(tuán)鐵路運(yùn)營有限公司礦山鐵路分公司，山西 大同 037003)

0 前 言

當(dāng)前，我國正處于一個(gè)高速發(fā)展的階段，無論是社會(huì)發(fā)展建設(shè)還是經(jīng)濟(jì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，都是我國快速發(fā)展的生動(dòng)體現(xiàn)。高速鐵路是交通運(yùn)輸中重要的組成部分之一，對(duì)于社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步有著重要的作用和價(jià)值。在高速發(fā)展的背景下，我國社會(huì)各行各業(yè)的生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)以及民眾的日常生活出行，對(duì)于鐵路的需求和要求越來越高。在鐵路建設(shè)中，鐵路測(cè)量工作是極其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)和部分。在目前我國鐵路測(cè)量工作中，傳統(tǒng)測(cè)量手段在鐵路不斷發(fā)展的背景下，其弊端和不足逐漸顯露出來。GPS測(cè)繪技術(shù)作為近些年來高速發(fā)展的一種新型測(cè)繪技術(shù)，有著多種優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用在鐵路測(cè)量工作中，可以很好地幫助測(cè)量工作高效、高質(zhì)量的開展。因此，本文對(duì)GPS測(cè)繪技術(shù)在鐵路測(cè)量工作中的發(fā)展進(jìn)行分析研究，有著現(xiàn)實(shí)的價(jià)值和意義。

1 GPS測(cè)繪技術(shù)概述

GPS,即Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)，其最早是美國國防部為了軍事行動(dòng)和軍事秘密所使用的一種測(cè)繪技術(shù)。早在1973年，美國即組織相應(yīng)的專家學(xué)者研發(fā)出了軍用的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，但是在當(dāng)時(shí)，這一技術(shù)處于保密階段。到了20世紀(jì)80年代，GPS技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)了商品化，這項(xiàng)技術(shù)得以快速推廣。利用GPS全球定位系統(tǒng)，用戶可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)的三維定位測(cè)速導(dǎo)航。而將GPS技術(shù)應(yīng)用在測(cè)繪中，形成GPS測(cè)繪技術(shù)，則有著定位方法精度高、測(cè)量準(zhǔn)確、方便靈活等多方面的優(yōu)點(diǎn)。除此之外，GPS測(cè)繪技術(shù)在鐵路測(cè)量中的運(yùn)用，能夠規(guī)范鐵路測(cè)量，為測(cè)量工作提供技術(shù)支持，節(jié)省人力資源。

GPS測(cè)繪技術(shù)按照實(shí)際測(cè)繪測(cè)量的待定點(diǎn)狀態(tài)可以分為靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種類型。靜態(tài)定位主要指的是測(cè)量位置固定，不會(huì)發(fā)生空間位置上的變化變動(dòng)，例如在高空中利用GPS技術(shù)對(duì)大地表面的附著物進(jìn)行測(cè)繪。而動(dòng)態(tài)定位主要指的是待定點(diǎn)在實(shí)際的測(cè)繪測(cè)量工作中空間上的位置是不斷變化的，在一定的運(yùn)動(dòng)載體上如GPS在鐵路車輛的運(yùn)用。除此之外，近些年來，GPS技術(shù)的發(fā)展，催生出了一種新的定位類型，即快速靜態(tài)定位。快速靜態(tài)定位顧名思義，相較于靜態(tài)定位，其所需要花費(fèi)的時(shí)間更短，能夠在有限的時(shí)間內(nèi)快速獲取坐標(biāo)位置，但是這一定位方式，犧牲了一定的定位精度和可信度。

2 GPS測(cè)繪技術(shù)在鐵路測(cè)量中的運(yùn)用

2.1 動(dòng)態(tài)定位模式測(cè)量

動(dòng)態(tài)定位模式測(cè)量技術(shù)是依據(jù)載波，根據(jù)載波相位觀測(cè)值對(duì)GPS技術(shù)實(shí)時(shí)進(jìn)行分析。在動(dòng)態(tài)定位模式測(cè)量中，其測(cè)量系統(tǒng)主要由流動(dòng)站和基準(zhǔn)站兩部分組成，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，基準(zhǔn)點(diǎn)是一個(gè)點(diǎn)位精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)，參考站則是接收機(jī)。當(dāng)GPS測(cè)繪的設(shè)備裝置安裝完成后，需要連續(xù)觀測(cè)GPS衛(wèi)星動(dòng)態(tài)進(jìn)展，根據(jù)接收衛(wèi)星的所傳遞的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過分析得到流動(dòng)站的測(cè)量精度以及三維坐標(biāo)。

在鐵路的測(cè)量工作中，利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模式測(cè)量，能夠?qū)﹁F路中正在工作的鐵路車輛環(huán)境情況進(jìn)行分析，為鐵路的運(yùn)行行駛提供保障。對(duì)于動(dòng)態(tài)定位模式測(cè)量而言，RTK技術(shù)也已經(jīng)有著廣泛地實(shí)際應(yīng)用，一般來說，GPS-RTK技術(shù)在鐵路測(cè)量中的運(yùn)用主要過程步驟和表現(xiàn)為：①監(jiān)理測(cè)區(qū)控制網(wǎng)，規(guī)劃鐵路的路線，設(shè)計(jì)平面控制網(wǎng)，同時(shí)考慮到天氣條件對(duì)于定位測(cè)量工作的影響；②雙頻接收機(jī)的選擇設(shè)置與預(yù)測(cè)的結(jié)果相關(guān)，用于靜態(tài)測(cè)量的工作中，可以根據(jù)控制網(wǎng)中設(shè)計(jì)的已知點(diǎn)與國家聯(lián)網(wǎng)獲得控制點(diǎn)的坐標(biāo)，從而獲得相關(guān)的需要的數(shù)據(jù)信息；③鐵路路線的測(cè)量利用專業(yè)的電腦軟件，通過GPS的數(shù)據(jù)傳輸，在電腦和衛(wèi)星之間進(jìn)行相互傳遞，提高GPS測(cè)繪和鐵路測(cè)量的精度。

2.2 靜態(tài)或快速靜態(tài)定位模式測(cè)量

在鐵路的測(cè)量之中，首級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)來控制線路的走向，從而使測(cè)量工作的下一階段能夠更加順利、方便地進(jìn)行開展，這樣的情況是針對(duì)于等級(jí)較高的鐵路而言。對(duì)于一般的鐵路線路而言，首級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量沒有規(guī)范的規(guī)則和規(guī)定。但是現(xiàn)在我國的鐵路線中，三角點(diǎn)損毀情況較為嚴(yán)重的情況下，全站儀測(cè)量導(dǎo)線需要保持在30 km內(nèi)，確保無法找到國家三角點(diǎn)。因此，在較高的GPS測(cè)繪技術(shù)支持的高測(cè)量精度下，需要挑選較為稀少的國家三角點(diǎn)，獲得等級(jí)較低的加密點(diǎn)后，將鐵路導(dǎo)線點(diǎn)聯(lián)測(cè)到加密的等級(jí)點(diǎn)上。在鐵路的測(cè)量中，由于全站儀往往會(huì)受到惡劣自然環(huán)境的影響，實(shí)施的過程較為困難，工作量巨大。在這樣的情況下，GPS靜態(tài)或者快速靜態(tài)定位模式有著極大的運(yùn)用價(jià)值。

3 GPS測(cè)繪技術(shù)在鐵路測(cè)量中的發(fā)展應(yīng)用前景

相對(duì)測(cè)試定位通過載波相位測(cè)量局域差分法實(shí)現(xiàn)：在接收機(jī)中求一次差，在接收機(jī)和衛(wèi)星觀測(cè)之間求二次差，通過兩次差分的不同計(jì)算出待定基線的長度；在這個(gè)的過程中，求解整周模糊度是其關(guān)鍵技術(shù)和要點(diǎn)，根據(jù)算法模型，設(shè)計(jì)靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)以及RTK等作業(yè)模式。靜態(tài)作業(yè)主要用于地殼變形觀測(cè)、大地表面觀測(cè)、大壩變形觀測(cè)等方面的高精度觀測(cè)；快速靜態(tài)測(cè)量則有著高效的特點(diǎn)，其作業(yè)的效率毫無疑問是最高的，雖然精度相對(duì)較差，但是厘米級(jí)的精度也能夠廣泛地應(yīng)用于一般的工程測(cè)量中；動(dòng)態(tài)測(cè)量則在鐵路的實(shí)際行駛過程中有著廣泛的應(yīng)用，能夠有效地幫助鐵路的實(shí)際行駛工作開展運(yùn)行；RTK測(cè)量則憑借其快速實(shí)時(shí)、同樣厘米級(jí)別的精度，能夠應(yīng)用于鐵路數(shù)據(jù)的采集測(cè)量和工程放樣中。

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國鐵路的需求不斷上升，鐵路的建設(shè)迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，這對(duì)于鐵路測(cè)量工作提出了更高的要求。隨著鐵路建設(shè)設(shè)計(jì)和測(cè)繪行業(yè)軟硬件設(shè)備器材的發(fā)展進(jìn)步，鐵路測(cè)量已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了CAD化，還有一部分的鐵路測(cè)量工作中，通過GPS測(cè)繪技術(shù)的靈活應(yīng)用和融合，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、信息化。

4 GPS測(cè)繪技術(shù)在鐵路測(cè)量中的發(fā)展建議

隨著科技手段進(jìn)步，我國測(cè)繪通過技術(shù)改造和創(chuàng)新，GPS測(cè)繪已經(jīng)進(jìn)入到了廣泛普及、實(shí)際應(yīng)用的階段。雖然我國GPS測(cè)繪技術(shù)發(fā)展迅速，在鐵路測(cè)量中也有著極大的應(yīng)用價(jià)值和意義。但是相較于國際先進(jìn)水平，仍有著一定的差距，具體表現(xiàn)在空間數(shù)據(jù)獲取的資源手段匱乏、新技術(shù)在鐵路測(cè)量中受實(shí)際環(huán)境影響因素大等。因此，我國GPS測(cè)繪技術(shù)在鐵路測(cè)量中，還有著廣闊的發(fā)展空間。對(duì)此，本文提出了一些GPS測(cè)繪技術(shù)在鐵路測(cè)量中的發(fā)展建議如下：①要加強(qiáng)專業(yè)高素質(zhì)人才培養(yǎng)，建立相關(guān)的產(chǎn)學(xué)研體系，對(duì)現(xiàn)階段已經(jīng)工作的相關(guān)人員，加強(qiáng)專業(yè)的培訓(xùn)，更多的專業(yè)測(cè)繪人才掌握最為先進(jìn)的GPS測(cè)繪技術(shù)，便于在實(shí)際的鐵路測(cè)量中進(jìn)行應(yīng)用；②要加大測(cè)繪技術(shù)創(chuàng)新，在傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的基礎(chǔ)上，以GPS技術(shù)為創(chuàng)新的切入點(diǎn)，進(jìn)行深入的挖掘和創(chuàng)新，讓新技術(shù)能夠適用到實(shí)際的鐵路測(cè)量需要中；③要加大GPS測(cè)繪宣傳力度，通過大力宣傳推廣，讓社會(huì)了解GPS測(cè)繪技術(shù)的巨大作用和廣闊空間，從而推動(dòng)GPS測(cè)繪技術(shù)乃至眾多行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。

5 結(jié) 語

在我國鐵路測(cè)量工作的需求愈發(fā)提升，相關(guān)要求不斷提高的背景下，應(yīng)用新型的GPS測(cè)繪工作對(duì)于提升鐵路測(cè)量工作的效率和質(zhì)量有著關(guān)鍵的作用和價(jià)值。本文以此出發(fā)進(jìn)行分析研究，對(duì)GPS測(cè)繪技術(shù)在鐵路測(cè)量工作中的應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)行闡述，希望有助于我國測(cè)繪工作和鐵路建設(shè)的發(fā)展。

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