淺談鐵路工程測量中的GPS測繪技術(shù)與應(yīng)用

孫 巖

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司東北分院，黑龍江 哈爾濱 150000）

1.引言

在鐵路工程測量工作中，應(yīng)用GPS測繪技術(shù)，既有許多的優(yōu)點和優(yōu)勢，又能夠?qū)㈣F路測量工作中的缺點克服。分析和研究鐵路測量中應(yīng)用GPS測繪技術(shù)的發(fā)展，能夠?qū)⒖煽康谋Ｕ咸峁┙o鐵路測量工作的順利開展，創(chuàng)造出最大化的社會效益和經(jīng)濟效益，具有至關(guān)重要的現(xiàn)實意義[1]。

2.概述GPS測繪技術(shù)和工作原理

2.1 概述GPS測繪技術(shù)

GPS測繪技術(shù)屬于全球定位系統(tǒng)，該技術(shù)最早由美國國防部應(yīng)用于軍事秘密和軍事行動中。二十世紀80年代，GPS測繪技術(shù)已經(jīng)快速地推廣。運用GPS全球定位系統(tǒng)，在全球的范圍內(nèi)，用戶能夠?qū)崟r連續(xù)三維定位測速導(dǎo)航實現(xiàn)。在測繪中應(yīng)用GPS技術(shù)，使GPS測繪技術(shù)形成，既具有測量準(zhǔn)確和定位方法精度高的優(yōu)勢，又具有靈活方便等特點[2]。

根據(jù)實際測繪測量特定點狀態(tài)，GPS測繪技術(shù)可以分為兩種類型：動態(tài)定位和靜態(tài)定位。其一，動態(tài)定位，就是實際測量工作中，特定點空間上的位置不斷地變化，在一定運動載體上應(yīng)用GPS測繪技術(shù)；其二，靜態(tài)定位，就是固定測量的位置，空間位置上不會有變動出現(xiàn)，例如，在高空中，應(yīng)用GPS技術(shù)測繪大地表面的附著物[3]。另外，科學(xué)技術(shù)在快速地發(fā)展，GPS測繪技術(shù)也在不斷地進步和發(fā)展，一種新的快速靜態(tài)定位的定位類型脫穎而出，其在比較短的時間內(nèi)，能夠找到坐標(biāo)的位置。

2.2 GPS測繪技術(shù)的工作原理

GPS測繪技術(shù)的原理是由衛(wèi)星實現(xiàn)的，各種定位信號由衛(wèi)星接收以后，快速傳輸，計算得到處理的數(shù)據(jù)，與各種信息互相融合，建立起三維立體模型并展現(xiàn)出現(xiàn)，將更加快速便捷的服務(wù)提供給人們。操作GPS測繪技術(shù)，空間坐標(biāo)系統(tǒng)和地面固定坐標(biāo)系統(tǒng)兩個測繪坐標(biāo)必須要明確，2個系統(tǒng)協(xié)調(diào)性應(yīng)該保證，從而使定位更加準(zhǔn)確，傳達信息更加明確。GPS測繪技術(shù)工作的過程中，空間坐標(biāo)系統(tǒng)和地面固定坐標(biāo)系統(tǒng)互相轉(zhuǎn)換，借助坐標(biāo)使控制定位形成，從而使準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)提升[4]。此外，GPS測繪技術(shù)工作的過程中，還要應(yīng)用定位法劃分，形成兩種形態(tài)，即使相對定位和絕對定位，有關(guān)數(shù)據(jù)采用空間集合進行分析和計算，使坐標(biāo)位置能夠絕對定位，結(jié)合經(jīng)緯度及高度的位置，將物體定位。GPS工作原理圖，見圖1所示。

3.GPS測繪技術(shù)應(yīng)用在鐵路測量中的優(yōu)勢

3.1 提高數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確度

鐵路測繪準(zhǔn)確度必須要高，科學(xué)數(shù)據(jù)才能夠規(guī)劃和設(shè)計鐵路工程的建設(shè)，在鐵路測量中應(yīng)用GPS測繪技術(shù)，準(zhǔn)備工作必須要做好，將更好地保障提供給準(zhǔn)確的測繪數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)獲得，空間衛(wèi)星和用戶儀器以及和監(jiān)控站等設(shè)備必須配置好。測繪技術(shù)工作者需要對多顆衛(wèi)星進行操作，從多個角度，通過各顆衛(wèi)星得到數(shù)據(jù)為依據(jù)，以防一些負面的影響因素發(fā)生，從而得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)誤差縮小?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，使各種技術(shù)的融合度提升了，測繪數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率也提高了，GPS測繪技術(shù)也不斷地進步，GPS測繪技術(shù)得到的數(shù)據(jù)越來越準(zhǔn)確，對于鐵路測量的需求能夠全面地滿足[5]。

3.2 GPS測繪技術(shù)的操作簡便

GPS測繪技術(shù)的操作比較簡便，能夠良好地應(yīng)用于許多個領(lǐng)域，具有非常廣泛的范圍。三維坐標(biāo)可以由運用GPS測繪技術(shù)進行測量，給予物體準(zhǔn)確的時間速度信息，許多測繪工作應(yīng)用前景都比較好。GPS測繪技術(shù)比較先進，但是，操作比較簡便，在測量人員專業(yè)化技能方面也沒有很高的要求。GPS測繪技術(shù)運用的過程中，測繪人員只要帶著比較小的設(shè)備儀器，就能夠?qū)⒐ぷ魍瓿伞PS觀測必須在相應(yīng)的位置上放置好，對儀器的變化認真地進行關(guān)注，簡便操作就能夠提取數(shù)據(jù)，在動態(tài)定位上，GPS測量也非常準(zhǔn)確，幾秒鐘就能夠測量好動態(tài)物體，工作效率比較高[6]。空間和時間都無法限制GPS測繪技術(shù)，操作指令隨時都能夠?qū)崿F(xiàn)，致使工作效率得以保證。

3.3 自動化操作全面實現(xiàn)

鐵路測繪比較復(fù)雜，各種地形地勢都比較復(fù)雜，需要將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)給予建設(shè)規(guī)劃鐵路工程。應(yīng)用GPS測繪技術(shù)能夠使操作的速度全面地提高，使鐵路測繪既智能化，又自動化，從而使鐵路工程建設(shè)技術(shù)具有更大的能力。在規(guī)劃鐵路工程建設(shè)方面，傳統(tǒng)人力完成復(fù)雜的測繪任務(wù)具有很大的難度，應(yīng)用GPS測繪技術(shù)，能夠使比較復(fù)雜操作變得簡單，改進GPS測繪的工具，操作步驟比較簡便，從而提高了鐵路測量的效率。

4.GPS測繪技術(shù)在鐵路測量中的應(yīng)用

4.1 靜態(tài)定位模式的測量

鐵路進行測量中，線路走向采用運用首級控制網(wǎng)絡(luò)進行控制，致使測量的后續(xù)工作能夠順利地開展，主要在等級比較高的鐵路上應(yīng)該此情況。普通鐵路線路，首級控制網(wǎng)絡(luò)測量的規(guī)定和規(guī)則都不規(guī)范。從當(dāng)前來看，我國鐵路線中損壞三角點非常嚴重，全站儀測量的導(dǎo)線必須要在30公里以內(nèi)，使國家三角點無法找到。所以，在很高GPS測繪技術(shù)對高測量精度進行支持的情況下，必須將比較少的國家三角點進行挑選，低等級加密點得到以后，在加密等級點上聯(lián)測鐵路導(dǎo)線點[7]。鐵路測量的過程中，通過惡劣的自然環(huán)境會影響全站儀，實施的難度和工作量都很大。這種情況運用GPS靜態(tài)定位模式具有非常大的價值。

4.2 測量動態(tài)定位模式

針對于動態(tài)定位模式測量技術(shù)而言，載波就是主要的依據(jù)，根據(jù)載波的觀測值，對GPS測繪技術(shù)進行分析。測量動態(tài)定位模式中，測量系統(tǒng)由兩部分組成，即基準(zhǔn)站和流動站，運用的過程中，基準(zhǔn)點屬于一個首級控制點，具有很高的精度點位，接收機為參考站。安裝GPS測繪設(shè)備完成以后，GPS衛(wèi)星動態(tài)的情況必連續(xù)地進行觀測，結(jié)合衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息的傳遞進行分析，得到流動站的測量精度和三維坐標(biāo)。

鐵路進行測量中，應(yīng)用動態(tài)模式測量，對于鐵路中的鐵路車輛環(huán)境狀況能夠進行分析，給予鐵路運行行駛更好地保障。在動態(tài)定位模式測量中，也廣泛地應(yīng)用了RTK技術(shù)，在鐵路測量中運用RTK技術(shù)的過程：其一，對測區(qū)控制網(wǎng)進行監(jiān)理，平面控制網(wǎng)進行設(shè)計，鐵路路線進行規(guī)劃，并且天氣條件影響定位測量工作也要考慮到。其二，選擇設(shè)置雙頻接收機與預(yù)測結(jié)果有關(guān)，在靜態(tài)測量中運用時，可以結(jié)合國家聯(lián)網(wǎng)和控制網(wǎng)中設(shè)計已知點，獲取控制點坐標(biāo)，致使有關(guān)數(shù)據(jù)信息獲得。其三，測量鐵路路線運用專業(yè)電腦軟件，通過傳輸GPS數(shù)據(jù)，在衛(wèi)星與電腦之間互相進行傳遞，從而使鐵路測量和GPS測繪的精度有效地提高。

5.鐵路測量中應(yīng)用GPS測繪技術(shù)的策略

我國的科學(xué)技術(shù)飛速地發(fā)展，測繪技術(shù)也在不斷地進步和發(fā)展，GPS測繪技術(shù)已在很大領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用和普及。我國GPS測繪技術(shù)在迅速地發(fā)展，針對于鐵路測量而言，也具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。但是，與國際先進技術(shù)水平相比較，差距還很大，獲得空間數(shù)據(jù)資源方法欠缺，以及鐵路測量中實際環(huán)境對新技術(shù)影響大等相關(guān)因素是主要的表現(xiàn)。所以，在鐵路測量中應(yīng)用GPS測繪技術(shù)，發(fā)展空間還很廣闊[8]。

其一，加強培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)人才，有關(guān)產(chǎn)學(xué)研體系建立健全，現(xiàn)時期的工作人員，專業(yè)培訓(xùn)方面應(yīng)該加強加大，更多的專業(yè)測繪工作者對先進的GPS測繪技術(shù)能夠掌握，以便更好地應(yīng)用在鐵路測量中。

其二，宣傳GPS測繪技術(shù)的力度必須加強加大，借助大力地宣傳和推廣，使社會能夠更加充分地了解GPS測繪技術(shù)的空間和重要作用，從而促進GPS測繪技術(shù)能夠健康可持續(xù)地發(fā)展。

其三，強化GPS測繪技術(shù)的創(chuàng)新，將傳統(tǒng)的測繪技術(shù)作為基礎(chǔ)，從GPS技術(shù)創(chuàng)新入手，進一步地進行創(chuàng)新和挖掘，使新技術(shù)能夠在鐵路測量中更好地應(yīng)用[9]。

6.鐵路測量中應(yīng)用GPS測繪技術(shù)的發(fā)展前景

相對于測試定位，運用載波相位測量的差分法有效地實現(xiàn)：一次差在接收機中求得，二次差在衛(wèi)星觀測和接收機中求得，通過不同的兩次差分，將待定基線長度計算出來，該過程進行的過程中，要點和關(guān)鍵技術(shù)就是對整周模糊度的求解。結(jié)合算法的模型，將動態(tài)、快速靜態(tài)、靜態(tài)及RTK等相關(guān)模式進行設(shè)計[10]。其一，動態(tài)測量，主要應(yīng)用于鐵路實際的行駛過程中，能夠協(xié)助鐵路開展實際行駛的運行；其二，快速靜態(tài)測量，既具有高效的特點，又具有很高的效率，精度雖然比較差，但是，在普通鐵路測量中，也能夠廣泛應(yīng)用厘米級精度；其三，靜態(tài)測量，主要在觀測大地表面和觀測地殼變形以及觀測大壩等相關(guān)方面運用；其四，RTK測量，既具有厘米級別的精度，又快速實時，無論在采集鐵路數(shù)據(jù)和測量上，還是鐵路工程的放樣上，都能夠應(yīng)用。

國民經(jīng)濟在不斷地發(fā)展，很大程度上提高了鐵路的需求，建設(shè)鐵路也具了發(fā)展的契機，鐵路測量工作的要求也更高了[9]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無論是鐵路的建設(shè)設(shè)計，還是測繪行業(yè)的設(shè)備也在不斷地進步和發(fā)展，針對于鐵路測量而言，CAD化已經(jīng)基本上實現(xiàn)了，在鐵路測量工作中，還有一部分靈活地融合和應(yīng)用GPS測繪技術(shù)，致使信息化和數(shù)字化實現(xiàn)了。

隨著我國鐵路測量需求的不斷提高，要求也更高了，有效運用GPS測繪技術(shù)，無論是鐵路測量的工作質(zhì)量，還是工作效率，都能夠得到有效的提高。