GPS快速静态定位技术在铁路导线测量中的应用

李盛明

【摘 要】论文对GPS快速静态定位技术在铁路导线测量中的应用作了介绍，即用其来收集相关的数据，并对于GPS测量构网技术在铁路工程中的应用进行了探究，GPS定位技术的铁路工程实践表明GPS快速静态定位技术在铁路导线测量中的应用可以大大提升测量的工作效率，极大节省人力和物力。

【Abstract】This paper introduces the application of GPS rapid static positioning technology in railway traverse， which is used to collect the relevant data， and explores the application of GPS network measurement technology in railway construction， the railway engineering practical of GPS rapid static technology shows that it can greatly enhance the measurement efficiency greatly， save manpower and material resources in a large extent.

【關键词】GPS快速静态定位；铁路；导线测量； 应用

【Keywords】 GPS fast static positioning； railway； traverse survey； application

【中图分类号】P228.4 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0167-02

1 引言

铁路的施工要求很高，在铁路施工的过程中要对需要的导线进行准确的测量，这样才能保证铁路的顺利通行，铁路导线的控制点对导线的各个点之间的边长和角度的要求很高，但是由于铁路的地形不一，有的铁路地形较为复杂，为铁路导线的测量带来了困难，施工人员不能灵活方便地去测量导线，对测量人员的技术要求较高。但是越来越普及的GPS快速静态定位技术可以弥补这一缺点，GPS静态定位系统主要应用在基于铁路四等控制点的一级加密和二级加密，因为GPS系统快速静态定位系统的效率较高，可以节省时间成本，降低了重复设站的可能性，如果没有较高的精度要求，可以采用这种技术。

2 GPS快速静态定位技术的原理

GPS快速静态定位系统是GPS静态定位系统中的一种测量方法，其目的都是为了获取某个点位的WGS-84坐标系下的经纬度坐标值。GPS快速静态定位技术的效率之所以高，是因为GPS快速静态定位技术是在牺牲一定精度及可信度的前提下，减少观测时间，获取坐标值，一般对于双频GPS接收机而言，快速静态的观测时间为15～20分钟。这种技术通过GPS系统同时接收4颗及以上卫星的信号，先算出GPS接收信号的设备到通讯卫星的距离，再由卫星的地心坐标系来得出GPS设备的地心坐标系位置，最后可解到更多的GPS设备的地心相对位置。在铁路工程中，相关导线的测量应用该技术可以快速准确的得到结果。GPS快速静态定位技术应用了静态绝对定位原理和静态相对定位原理，以通讯卫星到卫星观测站之间的伪距为参照物进行测量，根据已得出的通讯卫星瞬时坐标，在同一时间内来观测4颗及以上卫星，用以确定观测站的地理位置坐标，静态绝对定位顾名思义就是要求信号接收机静止不动，在接收机静止不动的基础上可以得到更多的观测量，静态绝对定位的观测精度完全取决于观测量的多少，观测量越多，静态定位得到的数据就越精确。铁路导线数量较多并且错综复杂，用静态绝对系统可以在数据精确的基础上同时得到较多的测量数据。而静态相对定位系统的别名为差分定位，这种静态定位技术需要至少两台信号接收机，通过对相同卫星的观测检测来得出接收机之间的位置参数，静态相对定位原理的基本观测量一般用载波相位观测值的数据。

关于任意时间的GPS快速静态定位技术中的载波相位观测量实际值的组成，是由两部分相加得到的，一种是整周计数的，另外一种是不足整周计数部分，不足整周计数的部分优点是能够以很高的精确度来测定，而整周计数会自动生成信号跟踪期间的载波相位整个周期变化，前提是信号接收机对所测定卫星信号的跟踪不会在中途断开。然而，因为现实中对铁路导线的测量过程中的干扰因素有很多，所以会导致接收器对卫星的跟踪出现中断，如此会影响到整个周期的计数情况，即使信号接收机恢复了正常工作也不能完全弥补错过数据，虽然这一短暂的中断过程不会影响到所测数据的小数部分，但是本应完整的计数周期却不能再连续起来，这样会导致整周计数后的相位观测量有一定的整周测量误差，这种现象称为整周跳变现象，又名“周跳”。周跳的出现并不会影响到载波相位观测数据的正确性，但是如果测量出了周跳发生的具体时间并且得出遗失的整周数则可以对中断的数据进行调整，使其恢复为正确的数值。GPS快速静态定位技术在铁路导线中进行应用时，周跳的产生是在所难免的，所以铁路GPS技术人员要及时对周跳情况进行探测与修复，随着GPS观测器的工作的时间增加，周跳情形所带来的影响程度会越来越大，从而影响GPS快速静态定位的精确度，使铁路导线的测量结果不够准确。单差观测值是探测并修复周跳这一故障最常用的方法，因为GPS快速静态定位技术同步探测的数量较多，并且探测出来的载波相位观测值中拥有相同的误差偏值，为了消除此项误差要对卫星间探测的数值进行求差，由此可得到铁路导线测量的较为准确数据。

3 GPS快速静态定位在铁路导线测量中的应用

GPS快速静态定位系统在铁路导线测量中用于测量导线控制点，导线控制的网络和导线线路分布情况，GPS的网络分布方式主要有三种，分别是：单三角形网式、线路边点连式和星状网。铁路的导线分布一般采用线状布设，线路沿着铁路线来分布，附合导线一般在首级的GPS定位技术控制网基础上面设置，用2台及以上的GPS设备来进行对信号的快速静态观测，观测过程大约需要20min，三边形网或者四边形网可以有效地提高控制网的可靠性。经过数据观测和理论分析，采用GPS快速静态定位技术来对铁路上导线的测量可行性是很高的。美国光谱GPS设备可以采用双参考站的形式来进行应用，例如E级GPS控制网需要3台这种GPS接收机的参与，用GPS快速静态定位技术来对铁路导线进行观察检测，经数据的记录整理发现每一个时间段所同时观测到的通讯卫星数量均大于5颗，而系统对卫星的数据采样时间间隔设置为5秒，经观测发现所有观测到的有效卫星的高度角平均都大于15°，并且PDOP的数值均小于6，而系统网络中的每一条观测线的图像整周模糊度倍率因子均在1.5倍及以上，这个倍率使GPS接收机和有效卫星之间的图形清晰程度有了保障。再来看铁路导线单元内参考站的连续观测情况，时间长度为15min，并且使用GPS量高尺对仪器的高进行测量，精准到毫米，如果前后两次的较差小于3mm则取其中数，将最后测量的较差小于3mm的数据采取中数来作为此站的最终站高度。GPS快速静态定位技术在铁路导线测量中之所以占很重要的地位，就是因为此项技术所观测出的图像清晰并且误差较小[1]。

4 GPS快速静态定位技术在铁路导线测量中的应用方法

在对铁路导线测量的过程中，首先要准备多台基准站，用计算机和无线信息通讯设备来连接，这样可以确保对相关数据信息的收集和检测，还可以将收集到的铁路导线数据进行分门别类的整理和储存。另外，在对铁路导线进行测量之前要先对GPS设备进行检查，这样才能保证收集导线数据的质量和速度。还要对相关的测量仪器的精确度进行科学选择，在应用GPS快速静态定位技术测量铁路导线时要保证用来接收信号的天线位置的相对静止，这样才能接收到正确的数据信号[2]。

5 结语

GPS快速静态定位技术在铁路导线测量中的应用有绝对的优势，它测量的范围大，精度高，时间短，完全可以满足一级、二级测量的精度要求，这种定位技术使铁路导线的设站重复次数减少，极大地减少了技术人员的工作量，并且节约了铁路导线测量的成本，为铁路企业创造了更大的经济利益。

【参考文献】

【1】李洋.GPS 快速静态定位技术在铁路导线测量中的应用分析[J].地球，2016（4）：15-16.

【2】吴迪.GPS快速静态定位在城市控制测量中的应用[J].建筑工程技术与设计，2014（6）：12-14.endprint