浅谈GPS在铁路施工中的应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇浅谈GPS在铁路施工中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：随着 gps定位技术的出现和不断发展完善, 使测绘定位技术发生了革命性的变革, 为工程测量提供了崭新的技术手段和方法。尤其是长距离大范围的铁路工程，GPS有不可代替的优势，本位主要介绍GPS的组成、特点、原理以及GPS在铁路施工中的应用，对GPS为工程建设更好地服务具有一定的指导意义。

关键词：GPS；铁路施工；测量

铁路工程建设中，以往大多采用传统的测量方法进行控制网建立及施测，由于该类测量控制网大多以狭长形式布设，并且很多工程穿越山林，周围已知控制点很少，使得传统测量方法在网形式布设、误差控制等多方面带来很大问题。同时传统方法作业时间也比较长，直接影响了工程建设的正常进展。自从将GPS技术引入该领域以来，使其测量效率及测量精度得到可喜的提高。

一、GPS的组成

1 空间部分

GPS的空间部分是由24颗卫星组成(21颗工作卫星；3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6 个轨道面上,轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息。

2 地面控制系统

地面控制系统由监测站、主控制站、地面天线所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距离、大气校正等数据。

3 用户设备部分

其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。

二、GPS工作原理及特点

1 GPS卫星定位基本原理:卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。实际上是将卫星作为动态空间已知点，利用距离交会的原理确定接收机的三维位置。

2 GPS测量的主要特点：

⑴测站之间无需通视

GPS测量不要求观测站之间相互通视，只许保持观测站上空开阔即可，因此可大量节省造标费用。由于无需点位间通视，点位位置可根据需要灵活布设，这样就省去经典测量控制网中的传递点、过度点的测量工作。

⑵定位精度高

GPS定位技术的工程应用表明，其相对定位精度在50km以内时可达10-6，在100～500km时精度可达10-7，在300～1500m工程精密定位测量中，1h以上的观测的解其平均平面误差小于1mm。目前，GPS在测量工程领域的各种应用足以满足工程实际对定位测量的精度要求。

⑶观测时间短

随着GPS系统的不断完善，软件与硬件的不断更新，目前，在20km以内的相对静态定位，观测时间仅需120min；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15km以内时，流动站观测时间只需1～2min，然后随即定位，每站观测时间仅需几秒钟。

⑷提供三维坐标

传统测量控制是将平面和高程采用不同的方法分别施测，而GPS测量在精确测定观测站的平面位置时，还可以精确测定观测站的大地高程。

⑸操作简便

GPS测量的自动化程度非常高，有的已达到“傻瓜化”的程度。操作员只需安装并开关仪器、量取仪器高度和监视仪器的工作状态，其他工作则由GPS接收机自动完成。

⑹全天候作业

GPS定位观测可以在1天24小时内的任何时间、任何地点连续进行，且不受天气状况的影响。

三、GPS在铁路施工中的应用

1 静态GPS测量在铁路施工中的应用

⑴建立新的控制网

对于某工程区域内，由于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，耗时费力而且需要大量的财力，难以满足铁路施工建设的需要。因此应该考虑选用GPS技术来建网。这样可以降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率

⑵检核和改善已有控制网

对于现有的控制网由于经典观测手段的限制，精度指标和点位分布都不能满足施工的需要，但是考虑到原有的继承性，最经济、有效的方法就是利用高精度GPS技术对原有老网进行全面发行合理布设GPS网点，并昼与老网重合，再把GPS数据和经典控制网一并联合平差处理，从而达到对老的检核和改善的目的。

⑶对已有控制网进行加密

对于已有的控制网，除了本身点位密度不够以外，人为的破坏也相当严重，影响了工程测量的进度，常规控制测量如导线测量，要求点间通视，费工费时，且精度不均匀。为了满足基本建设的急需，采用GPS技术对重点地区进行控制点加密是一种行之有效的手段。布设加密网时要尽量和本区域的高等级控制点重合，以便较好地把新网同老网匹配好，从而避免控制点误差的传递。

⑷静态 GPS 用于水准测量

利用GPS 和水准测量成果确定似大地水准面的方法为GPS 水准。目前主要有GPS 水准高程(简称GPS 水准) 、GPS 重力高程和GPS 三角高程等方法。在实际运用中主要采用GPS 水准高程方法来确定似大地水准面。所谓GPS 水准就是在小区域的GPS 网中,用水准测量的方法联测网中若干GPS 点的正常高(这些联测点称为公共点) ,那么根据各GPS 点的大地高就可求得各公共点上的高程异常。然后由公共点的平面坐标和高程异常采用数值拟合计算方法,拟合出区域的似大地水准面,即可求出各点高程异常值,并由此求出各GPS 点的正常高。

2 动态GPS测量在铁路施工中的应用

⑴用地测量

在建设用地勘测定界测量中，RTK技术可实时地测定界桩位置，确定土地使用界限范围，计算用地面积。利用RTK技术进行勘测定界放样是坐标的直接放样，建设用地勘测定界中的面积量算，实际上由GPS软件包中的面积计算功能直接计算并进行检核。避免了常规的解析法放样的复杂性，简化了建设用地勘测定界的工作程序。

⑵线路中线定线

利用GPS进行线路中线放样，放样工作一人也可完成。将线路参数如线路起终点坐标、曲线转角、半径等输入RTK的外业控制器，即可放样。放样方法灵活，即能按桩号也可按坐标放样，并可以随时互换。放样时屏幕上有箭头指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移动，直到误差小于设定的为止。

⑶桥梁结构物放样

利用GPS进行桥梁结构物放样时，点与点之间不要求必须通视，两三分钟测一个点，简捷方便，精度高，大大提高了作业效率。它的平面坐标定位精度在5mm±1ppm左右，这完全满足施工要求。

⑷路基断面测量及土石方量计算

利用GPS进行数据采集，待所有数据通过校验后，将最终数据利用专业成图软件形成比较形象的数据，即我们所看到的成果――断面图，并根据断面图计算土石方量。

四、结语

GPS的出现，是测量史上的一次重大的革命，是测量技术进步的重要表现，它的出现，使得测量变得更加的简洁化，也为施工降低了人力、财力的消耗，为整个工程提供基础保证。现在GPS在铁路施工中得到普及，逐步取代传统测量模式，成为铁路施工中控制测量的首选。

参考文献：

[1]黄声享，郭英起，易庆林. GPS在测量工程中的应用[M].北京：测绘出版社，2007.

[2]郝彦青. GPS-RTK技术在工程测量中的应用与注意事项[J]. 现代企业文化.2009（30）：30-0169-02

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。