GPS 測繪技術在鐵路工程測量中的應用

夏旭東

（中鐵二十一局集團第二工程有限公司，甘肅蘭州 730000）

近年來，GPS 測繪技術發展迅速，由于其自身無須通視、精度高、測繪時間短、操作便捷以及功能多等優勢，現已被廣泛應用到鐵路工程測量工作中。本文就GPS 測繪技術在新建宣城至績溪高速鐵路站前工程XJZQ-4 標段（25.326km）段的應用進行分析。

1 案例概況

新建宣城至績溪高速鐵路站前工程XJZQ-4 標段（25.326km）設計速度350km/h，線路穿越崇山峻嶺，地形起伏大、地質條件復雜。特別是全標段長大隧道（金沙隧道：4607m、蒙山一號隧道：3662.85m）洞口施工條件差、危巖落石、人為坑洞、巖爆、高地應力、巖溶等不良地質顯著，圍巖圍護結構工序復雜；由于通視條件較差，工程量大且任務艱巨，如果使用常規的測繪技術既耗時又費力，且難以滿足本工程項目的建設需求，故而使用GPS 測繪技術完成測量工作。

2 GPS 測繪技術原理

GPS 測繪技術指的是一種全球性的定位系統，它最早是由美國軍方研究和制造而成的衛星導航系統，通過該系統用戶可以在全球范圍內實現全天候、連續性以及實時性的導航定位。

GPS 系統主要由以下三個部分組成，即：空間部分（GPS 衛星）、地面控制部分（地面監控系統）以及用戶設備部分（GPS 信號接收機）。在GPS 定位系統下，先由空間部分的GPS 衛星發出測距信號，用戶再使用GPS 信號接收機接收3 顆及以上的GPS 衛星信號，最后得出準確的空間坐標和測站點，并通過使用距離交會法計算側測量站的精確位置。GPS 測繪技術在本工程項目中的應用可以準確判斷出測量點的具體位置，提高測量數據的精準性和可靠性。

3 GPS 測繪技術特點

在傳統的測繪工作中，因人為操作和其他外界因素的影響加大了測繪數據的誤差，而GPS 測繪技術具有無須通視、精度高、操作便捷、觀測時間短以及功能多等特點，既增強數據信息的準確性，又實現測繪工作的實效性。

3.1 無須通視

測量點與測量點之間的相互通視一直以來是本工程項目中需要攻克的重難點問題，GPS 測繪技術的應用巧妙解決了這一問題。但測量點上空必須開闊，在接收衛星信號的過程中才不會受到任何干擾。

3.2 精度高

一般情況下，雙頻GPS 信號接收機的精度為5mm+1ppm，紅外儀的精度為5mm+5pmm，而GPS 測繪技術的測量精度與雙頻信號接收與紅外儀的測量精度相當。但是，隨著監測距離的不斷增長，GPS 測繪技術的優越性愈加突出。相關數據顯示：在小于50km 的鐵路基線上，GPS 測繪技術的測量精度可達1ppm，而在500～1000km 內的鐵路基線上其精度可達0.001ppm。

3.3 操作便捷

由于GPS 測繪技術在研究和開發過程中已經具備了超高的自動化水平，在具體應用時只需安裝相應的開關設備即可監測，操作便捷，其所搜集到的數據信息全面、準確且利用價值極高。比如在對本工程項目建設過程中的氣象數據采集時，系統中的所有設備全部處于高度監視的工作狀態，同時與GPS 信號接收機連接于一起，保證監測工作的自動完成。如果在同一監測點內連續觀測，GPS 系統還將采集到的氣象數據信息存儲并傳送至數據信息處理中心，實現了數據信息采集與處理的自動化。

3.4 觀測時間短

GPS 測繪技術在本工程項目具體的測量工作中，采用的是靜態定位的方法，以其中的一條基線為標準，結合所需要的觀測數據完成全部測量工作，時間一般為2h 左右。如果使用快速定位法僅需要在幾分鐘內便可以完成。當前，隨著GPS 測繪技術的不斷發展，過去的鐵路工程測量可能需要幾天才能完成，如今幾個小時便能完成，既節省了觀測時間，又提高了監測工作人員的工作效率。比如，升級后的GPS 測繪系統可在20km 范圍內達到靜態定位，且僅需要16～20min 就能完成全部測量工作。

3.5 應用領域廣

GPS 測繪技術可以為各行業領域提供連續性和實時性的三維位置和時間信息，因此它不僅可以用于測量工作，還能完成測速和測時。目前，在GPS 測繪技術不斷發展的大背景下，其應用領域也不斷擴張，比如運動目標監測與管理方面均取得理想的成績。

4 鐵路工程測量中GPS 測繪技術的可行性

大量實踐證明：GPS 測繪技術在鐵路鐵路工程測量中的應用已足夠體現出其自身的可行性，這也足以說明GPS 測繪技術在鐵路工程測量中有著十分廣闊的發展前景。運用GPS 測繪技術即縮短了人工測量的時間，又提高了人力資源的利用效率，且提高了工程項目測量的準確性。GPS 測繪技術在本工程項目中的應用幫助設計人員快速完成基礎設計工作，進而改善傳統設計工作中的缺陷，增強測繪的效果并提高質量。

GPS 測繪技術與傳統的測繪技術相比較，具有速度快、效率高、成本低等優勢。從目前的情況來看，GPS 測繪技術已在鐵路工程項目中得到迅速的推廣和應用，逐漸發展成為具有多用途、多功效以及多領域的高新技術。另外，GPS 測繪技術也在本工程項目中取得了良好的效果，不僅有效解決了點和位之間的通視難題，更實現了靈活選點、無須坐標以及外施作業不受任何天氣影響等目標。

5 GPS 測繪技術在鐵路工程測量中的應用實踐

5.1 動態定位模式測量

動態定位模式測量是GPS 測繪技術發展至今的一個全新突破，動態定位（RTK）系統主要由基準站和移動站兩個部分組成。其中，移動站是實時動態定位模式測量的根本保證，原理是將精度較高的取位點作為基準點，并安裝一臺GPS 信號接收機作為參考站，對不同衛星實施連續性的觀測，當移動站上的GPS 信號接收機在接收到衛星信號時，再通過無線電傳輸設備觀測所接收到的數據信息，通過計算機計算和顯示移動站中的三維坐標。基于以上分析，GPS 測繪技術在本工程項目中的應用，項目主要負責人可以完成對測試點的數據觀測，確定觀測時間，減少沉冗觀測，進而提高監測效率。但在使用動態定位模式測量之前需對其進行初始化工作，并靜止觀測控制點數分鐘以上，此時移動站即可按照預定的采樣目標并連同基準站實現同步數據觀測，以此確定空間位置，目前動態定位模式測量的精確度已達到厘米級。由于其高效、精準、干擾小的優點，目前動態定位測量被廣泛運用于鐵路工程地形圖測繪、土石方復測、施工過程構筑物放樣等方面。

5.2 快速靜態測量模式

運用快速靜態測量可以實現對鐵路工程項目控制網的測量，而在本工程項目中，控制網主要用來控制線路的走向，為下一步測量提供方便，是目前等級較高的控制網。但是，由于目前國家三角點毀損情況較為嚴重，如果僅僅使用全站儀測量，在30km范圍之內基本找不到三角點實現聯測。因此，需要在國家三角點上完成加密測量，進而完成對鐵路控制網的測量，這對于鐵路工程項目的蓬勃發展來說是十分有必要的。

在具體的測量過程中，每一移動站上的GPS 信號接收機在靜止觀測狀態下可以同時接收到基準站和移動站發出的數據信息，迅速幫助用戶計算出三維坐標數據。快速靜態測量模式在本工程項目中的應用可以很快得到準確又可靠的數據，加快本工程項目的建設進程。目前，鐵路工程施工中常用的靜態測量有CP I、CP II 控制網復測、加密控制網復測、CP Ⅲ控制網復測、橋梁墩臺身監測、路基沉降及位移監測等方面。

6 GPS 測繪技術應用的注意事項

6.1 注重加強高程問題

GPS 測繪技術在本工程項目中的應用，高程問題是最關鍵和最重要的問題之一，因此如何處理和解決好高程問題尤為重要。一旦高程問題得到根本性的解決，能為本工程項目創造巨大的經濟效益。但實際的高程問題在解決過程中有一定難度，需要相關人員結合工程項目的實際情況靈活選擇和應用不同的方法。比如在對本項目隧道洞外測量工作中，高程問題的解決可通過重力測量方法和重力異常圖解決，以此提高測量數據的準確性，提高監測效率。

6.2 綜合考慮項目特點

在鐵路工程測量工作中，由于測量的位置不同、天氣不同等因素影響，其所選擇的轉化參數也不盡相同，同一個轉換參數不得同時運用到不同的監測位置上。基于這一情況，GPS 測繪技術在本工程項目中的應用，應充分考慮自身的特點科學合理地選擇參數，充分發揮GPS 測繪技術中的優勢和作用，這也是鐵路工程測量事業開展的目的所在。否則，GPS 測繪技術在鐵路工程項目中應用便失去了應有的意義。為了使GPS 測繪技術更好地服務于鐵路工程項目的測量工作中，還需要在考慮自身特點的基礎上不斷優化和完善GPS 測繪技術，這也是鐵路工程測量事業需要重視的內容之一。

7 結束語

2020 年，隨著我國北斗3 號的全球組網，GPS 技術必將深度融入國民經濟和人民生活的各個領域，對國家產業轉型、數字中國的建設中做出重要貢獻，同時也給鐵路工程測量帶來了日新月異的變化。GPS 測繪技術作為一項新形勢下應用廣泛的測量手段，較其他傳統測量技術相比具有無法比擬的優勢，既幫助施工企業節約了大量的人力、財力和物力資源，又提高了測量工作的效率，是現代鐵路工程測量中的一次重大革命。