孫 巖

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

1.引言

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

2.概述GPS測(cè)繪技術(shù)和工作原理

2.1 概述GPS測(cè)繪技術(shù)

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

根據(jù)實(shí)際測(cè)繪測(cè)量特定點(diǎn)狀態(tài)，GPS測(cè)繪技術(shù)可以分為兩種類型：動(dòng)態(tài)定位和靜態(tài)定位。其一，動(dòng)態(tài)定位，就是實(shí)際測(cè)量工作中，特定點(diǎn)空間上的位置不斷地變化，在一定運(yùn)動(dòng)載體上應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)；其二，靜態(tài)定位，就是固定測(cè)量的位置，空間位置上不會(huì)有變動(dòng)出現(xiàn)，例如，在高空中，應(yīng)用GPS技術(shù)測(cè)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(cè)繪技術(shù)也在不斷地進(jìn)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(shí)間內(nèi)，能夠找到坐標(biāo)的位置。

2.2 GPS測(cè)繪技術(shù)的工作原理

GPS測(cè)繪技術(shù)的原理是由衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的，各種定位信號(hào)由衛(wèi)星接收以后，快速傳輸，計(jì)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(cè)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(gè)測(cè)繪坐標(biāo)必須要明確，2個(gè)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(dá)信息更加明確。GPS測(cè)繪技術(shù)工作的過(guò)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(cè)量數(shù)據(jù)提升[4]。此外，GPS測(cè)繪技術(shù)工作的過(guò)程中，還要應(yīng)用定位法劃分，形成兩種形態(tài)，即使相對(duì)定位和絕對(duì)定位，有關(guān)數(shù)據(jù)采用空間集合進(jìn)行分析和計(jì)算，使坐標(biāo)位置能夠絕對(duì)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(cè)繪技術(shù)應(yīng)用在鐵路測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)

3.1 提高數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確度

鐵路測(cè)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(jì)鐵路工程的建設(shè)，在鐵路測(cè)量中應(yīng)用GPS測(cè)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(cè)繪數(shù)據(jù)，通過(guò)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(cè)繪技術(shù)工作者需要對(duì)多顆衛(wèi)星進(jìn)行操作，從多個(gè)角度，通過(guò)各顆衛(wèi)星得到數(shù)據(jù)為依據(jù)，以防一些負(fù)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(cè)繪數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率也提高了，GPS測(cè)繪技術(shù)也不斷地進(jìn)步，GPS測(cè)繪技術(shù)得到的數(shù)據(jù)越來(lái)越準(zhǔn)確，對(duì)于鐵路測(cè)量的需求能夠全面地滿足[5]。

3.2 GPS測(cè)繪技術(shù)的操作簡(jiǎn)便

GPS測(cè)繪技術(shù)的操作比較簡(jiǎn)便，能夠良好地應(yīng)用于許多個(gè)領(lǐng)域，具有非常廣泛的范圍。三維坐標(biāo)可以由運(yùn)用GPS測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，給予物體準(zhǔn)確的時(shí)間速度信息，許多測(cè)繪工作應(yīng)用前景都比較好。GPS測(cè)繪技術(shù)比較先進(jìn)，但是，操作比較簡(jiǎn)便，在測(cè)量人員專業(yè)化技能方面也沒(méi)有很高的要求。GPS測(cè)繪技術(shù)運(yùn)用的過(guò)程中，測(cè)繪人員只要帶著比較小的設(shè)備儀器，就能夠?qū)⒐ぷ魍瓿?。GPS觀測(cè)必須在相應(yīng)的位置上放置好，對(duì)儀器的變化認(rèn)真地進(jìn)行關(guān)注，簡(jiǎn)便操作就能夠提取數(shù)據(jù)，在動(dòng)態(tài)定位上，GPS測(cè)量也非常準(zhǔn)確，幾秒鐘就能夠測(cè)量好動(dòng)態(tài)物體，工作效率比較高[6]?？臻g和時(shí)間都無(wú)法限制GPS測(cè)繪技術(shù)，操作指令隨時(shí)都能夠?qū)崿F(xiàn)，致使工作效率得以保證。

3.3 自動(dòng)化操作全面實(shí)現(xiàn)

鐵路測(cè)繪比較復(fù)雜，各種地形地勢(shì)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(cè)繪技術(shù)能夠使操作的速度全面地提高，使鐵路測(cè)繪既智能化，又自動(dòng)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(cè)繪任務(wù)具有很大的難度，應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)，能夠使比較復(fù)雜操作變得簡(jiǎn)單，改進(jìn)GPS測(cè)繪的工具，操作步驟比較簡(jiǎn)便，從而提高了鐵路測(cè)量的效率。

4.GPS測(cè)繪技術(shù)在鐵路測(cè)量中的應(yīng)用

4.1 靜態(tài)定位模式的測(cè)量

鐵路進(jìn)行測(cè)量中，線路走向采用運(yùn)用首級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，致使測(cè)量的后續(xù)工作能夠順利地開展，主要在等級(jí)比較高的鐵路上應(yīng)該此情況。普通鐵路線路，首級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的規(guī)定和規(guī)則都不規(guī)范。從當(dāng)前來(lái)看，我國(guó)鐵路線中損壞三角點(diǎn)非常嚴(yán)重，全站儀測(cè)量的導(dǎo)線必須要在30公里以內(nèi)，使國(guó)家三角點(diǎn)無(wú)法找到。所以，在很高GPS測(cè)繪技術(shù)對(duì)高測(cè)量精度進(jìn)行支持的情況下，必須將比較少的國(guó)家三角點(diǎn)進(jìn)行挑選，低等級(jí)加密點(diǎn)得到以后，在加密等級(jí)點(diǎn)上聯(lián)測(cè)鐵路導(dǎo)線點(diǎn)[7]。鐵路測(cè)量的過(guò)程中，通過(guò)惡劣的自然環(huán)境會(huì)影響全站儀，實(shí)施的難度和工作量都很大。這種情況運(yùn)用GPS靜態(tài)定位模式具有非常大的價(jià)值。

4.2 測(cè)量動(dòng)態(tài)定位模式

針對(duì)于動(dòng)態(tài)定位模式測(cè)量技術(shù)而言，載波就是主要的依據(jù)，根據(jù)載波的觀測(cè)值，對(duì)GPS測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行分析。測(cè)量動(dòng)態(tài)定位模式中，測(cè)量系統(tǒng)由兩部分組成，即基準(zhǔn)站和流動(dòng)站，運(yùn)用的過(guò)程中，基準(zhǔn)點(diǎn)屬于一個(gè)首級(jí)控制點(diǎn)，具有很高的精度點(diǎn)位，接收機(jī)為參考站。安裝GPS測(cè)繪設(shè)備完成以后，GPS衛(wèi)星動(dòng)態(tài)的情況必連續(xù)地進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)合衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息的傳遞進(jìn)行分析，得到流動(dòng)站的測(cè)量精度和三維坐標(biāo)。

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

5.鐵路測(cè)量中應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)的策略

我國(guó)的科學(xué)技術(shù)飛速地發(fā)展，測(cè)繪技術(shù)也在不斷地進(jìn)步和發(fā)展，GPS測(cè)繪技術(shù)已在很大領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用和普及。我國(guó)GPS測(cè)繪技術(shù)在迅速地發(fā)展，針對(duì)于鐵路測(cè)量而言，也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。但是，與國(guó)際先進(jìn)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(cè)量中實(shí)際環(huán)境對(duì)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(cè)量中應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)，發(fā)展空間還很廣闊[8]。

其一，加強(qiáng)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(shí)期的工作人員，專業(yè)培訓(xùn)方面應(yīng)該加強(qiáng)加大，更多的專業(yè)測(cè)繪工作者對(duì)先進(jìn)的GPS測(cè)繪技術(shù)能夠掌握，以便更好地應(yīng)用在鐵路測(cè)量中。

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

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

6.鐵路測(cè)量中應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展前景

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

國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(jī)，鐵路測(cè)量工作的要求也更高了[9]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)論是鐵路的建設(shè)設(shè)計(jì)，還是測(cè)繪行業(yè)的設(shè)備也在不斷地進(jìn)步和發(fā)展，針對(duì)于鐵路測(cè)量而言，CAD化已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了，在鐵路測(cè)量工作中，還有一部分靈活地融合和應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)，致使信息化和數(shù)字化實(shí)現(xiàn)了。

隨著我國(guó)鐵路測(cè)量需求的不斷提高，要求也更高了，有效運(yùn)用GPS測(cè)繪技術(shù)，無(wú)論是鐵路測(cè)量的工作質(zhì)量，還是工作效率，都能夠得到有效的提高。