GPS 测绘技术在铁路工程测量中的应用

夏旭东

（中铁二十一局集团第二工程有限公司，甘肃兰州 730000）

近年来，GPS 测绘技术发展迅速，由于其自身无须通视、精度高、测绘时间短、操作便捷以及功能多等优势，现已被广泛应用到铁路工程测量工作中。本文就GPS 测绘技术在新建宣城至绩溪高速铁路站前工程XJZQ-4 标段（25.326km）段的应用进行分析。

1 案例概况

新建宣城至绩溪高速铁路站前工程XJZQ-4 标段（25.326km）设计速度350km/h，线路穿越崇山峻岭，地形起伏大、地质条件复杂。特别是全标段长大隧道（金沙隧道：4607m、蒙山一号隧道：3662.85m）洞口施工条件差、危岩落石、人为坑洞、岩爆、高地应力、岩溶等不良地质显著，围岩围护结构工序复杂；由于通视条件较差，工程量大且任务艰巨，如果使用常规的测绘技术既耗时又费力，且难以满足本工程项目的建设需求，故而使用GPS 测绘技术完成测量工作。

2 GPS 测绘技术原理

GPS 测绘技术指的是一种全球性的定位系统，它最早是由美国军方研究和制造而成的卫星导航系统，通过该系统用户可以在全球范围内实现全天候、连续性以及实时性的导航定位。

GPS 系统主要由以下三个部分组成，即：空间部分（GPS 卫星）、地面控制部分（地面监控系统）以及用户设备部分（GPS 信号接收机）。在GPS 定位系统下，先由空间部分的GPS 卫星发出测距信号，用户再使用GPS 信号接收机接收3 颗及以上的GPS 卫星信号，最后得出准确的空间坐标和测站点，并通过使用距离交会法计算侧测量站的精确位置。GPS 测绘技术在本工程项目中的应用可以准确判断出测量点的具体位置，提高测量数据的精准性和可靠性。

3 GPS 测绘技术特点

在传统的测绘工作中，因人为操作和其他外界因素的影响加大了测绘数据的误差，而GPS 测绘技术具有无须通视、精度高、操作便捷、观测时间短以及功能多等特点，既增强数据信息的准确性，又实现测绘工作的实效性。

3.1 无须通视

测量点与测量点之间的相互通视一直以来是本工程项目中需要攻克的重难点问题，GPS 测绘技术的应用巧妙解决了这一问题。但测量点上空必须开阔，在接收卫星信号的过程中才不会受到任何干扰。

3.2 精度高

一般情况下，双频GPS 信号接收机的精度为5mm+1ppm，红外仪的精度为5mm+5pmm，而GPS 测绘技术的测量精度与双频信号接收与红外仪的测量精度相当。但是，随着监测距离的不断增长，GPS 测绘技术的优越性愈加突出。相关数据显示：在小于50km 的铁路基线上，GPS 测绘技术的测量精度可达1ppm，而在500～1000km 内的铁路基线上其精度可达0.001ppm。

3.3 操作便捷

由于GPS 测绘技术在研究和开发过程中已经具备了超高的自动化水平，在具体应用时只需安装相应的开关设备即可监测，操作便捷，其所搜集到的数据信息全面、准确且利用价值极高。比如在对本工程项目建设过程中的气象数据采集时，系统中的所有设备全部处于高度监视的工作状态，同时与GPS 信号接收机连接于一起，保证监测工作的自动完成。如果在同一监测点内连续观测，GPS 系统还将采集到的气象数据信息存储并传送至数据信息处理中心，实现了数据信息采集与处理的自动化。

3.4 观测时间短

GPS 测绘技术在本工程项目具体的测量工作中，采用的是静态定位的方法，以其中的一条基线为标准，结合所需要的观测数据完成全部测量工作，时间一般为2h 左右。如果使用快速定位法仅需要在几分钟内便可以完成。当前，随着GPS 测绘技术的不断发展，过去的铁路工程测量可能需要几天才能完成，如今几个小时便能完成，既节省了观测时间，又提高了监测工作人员的工作效率。比如，升级后的GPS 测绘系统可在20km 范围内达到静态定位，且仅需要16～20min 就能完成全部测量工作。

3.5 应用领域广

GPS 测绘技术可以为各行业领域提供连续性和实时性的三维位置和时间信息，因此它不仅可以用于测量工作，还能完成测速和测时。目前，在GPS 测绘技术不断发展的大背景下，其应用领域也不断扩张，比如运动目标监测与管理方面均取得理想的成绩。

4 铁路工程测量中GPS 测绘技术的可行性

大量实践证明：GPS 测绘技术在铁路铁路工程测量中的应用已足够体现出其自身的可行性，这也足以说明GPS 测绘技术在铁路工程测量中有着十分广阔的发展前景。运用GPS 测绘技术即缩短了人工测量的时间，又提高了人力资源的利用效率，且提高了工程项目测量的准确性。GPS 测绘技术在本工程项目中的应用帮助设计人员快速完成基础设计工作，进而改善传统设计工作中的缺陷，增强测绘的效果并提高质量。

GPS 测绘技术与传统的测绘技术相比较，具有速度快、效率高、成本低等优势。从目前的情况来看，GPS 测绘技术已在铁路工程项目中得到迅速的推广和应用，逐渐发展成为具有多用途、多功效以及多领域的高新技术。另外，GPS 测绘技术也在本工程项目中取得了良好的效果，不仅有效解决了点和位之间的通视难题，更实现了灵活选点、无须坐标以及外施作业不受任何天气影响等目标。

5 GPS 测绘技术在铁路工程测量中的应用实践

5.1 动态定位模式测量

动态定位模式测量是GPS 测绘技术发展至今的一个全新突破，动态定位（RTK）系统主要由基准站和移动站两个部分组成。其中，移动站是实时动态定位模式测量的根本保证，原理是将精度较高的取位点作为基准点，并安装一台GPS 信号接收机作为参考站，对不同卫星实施连续性的观测，当移动站上的GPS 信号接收机在接收到卫星信号时，再通过无线电传输设备观测所接收到的数据信息，通过计算机计算和显示移动站中的三维坐标。基于以上分析，GPS 测绘技术在本工程项目中的应用，项目主要负责人可以完成对测试点的数据观测，确定观测时间，减少沉冗观测，进而提高监测效率。但在使用动态定位模式测量之前需对其进行初始化工作，并静止观测控制点数分钟以上，此时移动站即可按照预定的采样目标并连同基准站实现同步数据观测，以此确定空间位置，目前动态定位模式测量的精确度已达到厘米级。由于其高效、精准、干扰小的优点，目前动态定位测量被广泛运用于铁路工程地形图测绘、土石方复测、施工过程构筑物放样等方面。

5.2 快速静态测量模式

运用快速静态测量可以实现对铁路工程项目控制网的测量，而在本工程项目中，控制网主要用来控制线路的走向，为下一步测量提供方便，是目前等级较高的控制网。但是，由于目前国家三角点毁损情况较为严重，如果仅仅使用全站仪测量，在30km范围之内基本找不到三角点实现联测。因此，需要在国家三角点上完成加密测量，进而完成对铁路控制网的测量，这对于铁路工程项目的蓬勃发展来说是十分有必要的。

在具体的测量过程中，每一移动站上的GPS 信号接收机在静止观测状态下可以同时接收到基准站和移动站发出的数据信息，迅速帮助用户计算出三维坐标数据。快速静态测量模式在本工程项目中的应用可以很快得到准确又可靠的数据，加快本工程项目的建设进程。目前，铁路工程施工中常用的静态测量有CP I、CP II 控制网复测、加密控制网复测、CP Ⅲ控制网复测、桥梁墩台身监测、路基沉降及位移监测等方面。

6 GPS 测绘技术应用的注意事项

6.1 注重加强高程问题

GPS 测绘技术在本工程项目中的应用，高程问题是最关键和最重要的问题之一，因此如何处理和解决好高程问题尤为重要。一旦高程问题得到根本性的解决，能为本工程项目创造巨大的经济效益。但实际的高程问题在解决过程中有一定难度，需要相关人员结合工程项目的实际情况灵活选择和应用不同的方法。比如在对本项目隧道洞外测量工作中，高程问题的解决可通过重力测量方法和重力异常图解决，以此提高测量数据的准确性，提高监测效率。

6.2 综合考虑项目特点

在铁路工程测量工作中，由于测量的位置不同、天气不同等因素影响，其所选择的转化参数也不尽相同，同一个转换参数不得同时运用到不同的监测位置上。基于这一情况，GPS 测绘技术在本工程项目中的应用，应充分考虑自身的特点科学合理地选择参数，充分发挥GPS 测绘技术中的优势和作用，这也是铁路工程测量事业开展的目的所在。否则，GPS 测绘技术在铁路工程项目中应用便失去了应有的意义。为了使GPS 测绘技术更好地服务于铁路工程项目的测量工作中，还需要在考虑自身特点的基础上不断优化和完善GPS 测绘技术，这也是铁路工程测量事业需要重视的内容之一。

7 结束语

2020 年，随着我国北斗3 号的全球组网，GPS 技术必将深度融入国民经济和人民生活的各个领域，对国家产业转型、数字中国的建设中做出重要贡献，同时也给铁路工程测量带来了日新月异的变化。GPS 测绘技术作为一项新形势下应用广泛的测量手段，较其他传统测量技术相比具有无法比拟的优势，既帮助施工企业节约了大量的人力、财力和物力资源，又提高了测量工作的效率，是现代铁路工程测量中的一次重大革命。