鐵路工程測(cè)量論文鐵路建設(shè)論文.doc

鐵路工程測(cè)量論文鐵路建設(shè)論文淺談GPS技術(shù)在鐵路工程測(cè)量中的應(yīng)用【摘要】近年來(lái)，隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展，GPS技術(shù)在鐵路工程測(cè)量中的應(yīng)用也得到了普及，本文結(jié)合作者自身的工作特點(diǎn)，分析并闡述GPS在鐵路工程測(cè)量中的應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】GPS；鐵路測(cè)量；應(yīng)用1 引言近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，國(guó)家在鐵路建設(shè)方面投入了大量的資金，尤其是近幾年來(lái)對(duì)高速鐵路的建設(shè)，其勢(shì)頭迅猛，在建設(shè)的同時(shí)也對(duì)鐵路工程測(cè)量提出了更高的要求。目前鐵路測(cè)量中雖已采用電子全站儀等先進(jìn)儀器設(shè)備，但其方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制，作業(yè)強(qiáng)度雖然很大，但效率卻并不高，由于我國(guó)的特殊地質(zhì)，在某些鐵路施工段的周圍地勢(shì)起伏波動(dòng)較大，建設(shè)鐵路需要穿越大范圍的森林、河流、山川，而且還需要跨越多處的鐵路和公路線，其難度可想而知，測(cè)量任務(wù)艱巨且工程量也非常大。如果采用傳統(tǒng)的常規(guī)方法，耗時(shí)費(fèi)力而且需要大量的人力和財(cái)力的投入，難以滿足現(xiàn)代鐵路施工建設(shè)的需要。近年來(lái)，GPS技術(shù)在鐵路工程測(cè)量方面的發(fā)展非常迅速，其作業(yè)方法也非常的靈活，工作效率比較高，誤差率較傳統(tǒng)方法相比，有了很大幅度的降低，其定位的精度也非常高，在工程測(cè)量等領(lǐng)域迅速得到推廣應(yīng)用。尤其是在對(duì)復(fù)雜路段的測(cè)量方面，GPS技術(shù)顯示了其優(yōu)越性。2 GPS技術(shù)概述全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positing System)是美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) ，具有全球性、全天候、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定位和定時(shí)功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。單點(diǎn)導(dǎo)航定位與相對(duì)測(cè)地定位(差分定位)是應(yīng)用的兩個(gè)方面；單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺(tái)接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測(cè)量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。相對(duì)定位(差分定位)是根據(jù)兩臺(tái)以上接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定觀測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)位置的方法，它既可采用偽距觀測(cè)量也可采用相位觀測(cè)量，大地測(cè)量或工程測(cè)量均應(yīng)采用相位觀測(cè)值進(jìn)行相對(duì)定位。GPS已在測(cè)繪領(lǐng)域引起了革命性的變化，目前，范圍上數(shù)公里至幾千公里的控制網(wǎng)或形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)，精度上從百米至毫米級(jí)的定位，一般都將GPS作為首選手段，隨著技術(shù)的日趨成熟，已開始向分米乃至厘米級(jí)的放樣、高精度動(dòng)態(tài)定位等領(lǐng)域滲透1。2.1 GPS測(cè)量的原理GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過(guò)紀(jì)錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到。利用GPS系統(tǒng)，用戶不但可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維導(dǎo)航定位和測(cè)速；而且還可以進(jìn)行高精度的時(shí)間傳遞和高精度的精密定位，它由三大部分組成：空間部分-GPS衛(wèi)星-地面控制部分-地面監(jiān)控系統(tǒng)-用戶設(shè)備部分-GPS信號(hào)接收機(jī)；在GPS定位中，空間部分的GPS衛(wèi)星發(fā)射測(cè)距信號(hào)和導(dǎo)航電文（導(dǎo)航電文中含有衛(wèi)星的位置信息），用戶用GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻同時(shí)接收3顆以上的GPS衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)量出測(cè)站點(diǎn)（接收機(jī)天線中心）至3顆以上GPS衛(wèi)星的距離并解算出該時(shí)刻GPS衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，據(jù)此利用距離交會(huì)法解算出測(cè)站的位置1。2.2 GPS測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)GPS測(cè)量技術(shù)相對(duì)于常規(guī)的測(cè)量作業(yè)理念而言，是一個(gè)革命性的技術(shù)創(chuàng)新，它具有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）定位精度高；（2）可全天候作業(yè)，不受時(shí)差的影響；（3）各個(gè)測(cè)量站之間不需要通視；（4）觀測(cè)時(shí)間很短；（5）可以提供三維坐標(biāo)；（6）操作簡(jiǎn)單，容易上手。3 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的應(yīng)用3.1 RTK概述RTK（Real-time kinematic）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法。這是一種新的常用的GPS測(cè)量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測(cè)圖，各種控制測(cè)量帶來(lái)了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時(shí)要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)地把觀測(cè)數(shù)據(jù)（偽距觀測(cè)值，相位觀測(cè)值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動(dòng)站接收機(jī)，數(shù)據(jù)量比較大，一般都要求9600的波特率，這在無(wú)線電上不難實(shí)現(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，RTK技術(shù)已由傳統(tǒng)的1+1或1+2發(fā)展到了廣域差分系統(tǒng)WADGPS，有些城市建立起CORS系統(tǒng)，這就大大提高了RTK的測(cè)量范圍，當(dāng)然在數(shù)據(jù)傳輸方面也有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，由原先的電臺(tái)傳輸發(fā)展到現(xiàn)在的GPRS和GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸，大大提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率和范圍。在儀器方面，現(xiàn)在的儀器不僅精度高而且比傳統(tǒng)的RTK更簡(jiǎn)潔、更容易操作。3.2 RTK的實(shí)際應(yīng)用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位有快速靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種測(cè)量模式，兩種定位模式相結(jié)合,在鐵路工程中的應(yīng)用可以覆蓋鐵路勘測(cè)、施工放樣、施工監(jiān)理、竣工測(cè)量等方面?？焖凫o態(tài)定位模式要求GPS接收機(jī)在每一流動(dòng)站上，靜止的進(jìn)行觀測(cè)。在觀測(cè)過(guò)程中，同時(shí)接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo)，如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設(shè)計(jì)要求，便可以結(jié)束實(shí)時(shí)觀測(cè)。一般應(yīng)用在控制測(cè)量中，如控制網(wǎng)加密，若采用常規(guī)測(cè)量方法，如全站儀測(cè)量，受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區(qū)實(shí)施比較困難，而采用快速靜態(tài)測(cè)量，可起到事半功倍的效果。單點(diǎn)定位只需要10-20分鐘，而隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，定位時(shí)間還會(huì)縮短，不及靜態(tài)測(cè)量所需時(shí)間的五分之一，在鐵路測(cè)量中可以代替全站儀完成導(dǎo)線測(cè)量等控制點(diǎn)加密工作1。動(dòng)態(tài)定位模式在鐵路工程測(cè)量前需要在控制點(diǎn)上靜止觀測(cè)一段時(shí)間，有的GPS測(cè)量?jī)x器只需在進(jìn)行初始化工作之后，流動(dòng)基站記手機(jī)就可以按預(yù)定的采樣間隔時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)并采樣，并連同基準(zhǔn)站的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)確定采樣點(diǎn)的空間坐標(biāo)位置。RTK系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖如下所示：圖1RTK系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程3.3 RTK的優(yōu)點(diǎn)相對(duì)于常規(guī)測(cè)量比較而言，RTK用于工程測(cè)量主要有以下特點(diǎn)：3.3.1 在進(jìn)行RTK測(cè)量時(shí)，動(dòng)態(tài)相對(duì)定位僅需要短短的幾秒鐘，可以在很大程度上提高觀測(cè)的效率；3.3.2 RTK技術(shù)的測(cè)量誤差分布均勻，彼此之間是獨(dú)立的，精度可靠度較高，不存在誤差積累的現(xiàn)象；3.3.3 可與全站儀聯(lián)合作業(yè)，充分發(fā)揮RTK與全站儀器各自在鐵路工程測(cè)量當(dāng)中的優(yōu)勢(shì)。4 總