GPS测量技术及其在工程测量中的应用陈明珍

GPS测量技术及其在工程测量中的应用陈明珍

陈明珍

中铁十八局集团第二有限公司海南如意岛跨海大桥项目部

摘要：GPS（GlobalPositioningSytem）全球定位系统由美国陆、海、空三军联合于20世纪70年代研制，其主要服务于当时的军事部门，提供并收集海、陆、空三大军事领域的情报。该系统能高精度导航和定位，并能提供检测目标精密的三维坐标，具有实时性、全天候和全球性等。历经半个世纪的研究试验，目前的GPS技术不断完善更新，不但能实施跟踪定位，还具备实时报警、地图绘制、检测监控、远程控制调度等功能，全球定位系统已经被广泛的应用在社会发展的各个领域，本文主要分析其在工程测量中的应用。

关键词：GPS测量技术；工程测量；铁路工程；应用

引言

GPS定位技术是基于距离交会法的卫星导航系统，以探测卫星在实时轨道上的位置和接收机交会，同步观测用后方交会法即刻在WGS—84坐标系内绘制接收机的位置以确保信息的高效性、实时性和精密性。由于GPS技术具有高效率、高精度、高自动化等优点在工程测量领域中也被广泛地应用于地形测量、地况监测、航空摄影测量等各个方面。随着铁路的跨越式发展，GPS技术在其中起到无法忽视的作用，提高优化GPS测量应用技术能在工程测量中帮助技术人员更好的攻克更多工程建设难题。

一、GPS全球定位系统在工程测量中的应用

GPS（GlobalPositioningSytem）全球定位系统近两年在工程测量中的应用得到了迅速推广，这主要得益于GPS系统可以全天向全球任何用户连续地提供实时高精度的三维坐标、速度等信息，工程测量中主要应用的GPS技术为静态定位技术和实时动态（RTK）定位技术。实时动态（RTK）定位技术又分为快速静态模式和动态定位模式。

1.1快速静态定位模式

静态功能是通过卫星与接收机之间的信息交互，得到确切地理位置的三维坐标信息。快速静态定位技术要求GPS接收机静止的进行观测，观测过程中每一流动站上的接收机静止并同时接收基准站和卫星的同步数据，根据用户的要求解算结果趋于稳定符合设计则可结束观测，如控制点加密就采用GPS技术的静态功能，在控制测量中应用比较广泛。

1.2动态定位模式

动态功能的动是相对的，动态观测前仪器需要在控制点上静止观测数分钟，有的仪器初始化只需要数秒。之后流动站才可以连同基准站的同步观测数据按照用户的设计要求进行自动观测，实时确定观测点的空间三维等技术参数信息，实地放样。

二、GPS全球定位系统应用于铁路工程测量

2.1GPS实时动态（RTK）定位技术

近年来，国内高等级铁路建设有了飞跃性的发展，GPS实时动态（RTK）定位技术在铁路工程测量中迎来了重大发展机遇。静态定位技术确定某地点的三维坐标，动态定位技术将已知三维坐标定位实地放样，两种技术相辅相承可以高效、高精度的完成铁路平面的控制测量。例如在铁路控制测量中使用静态定位技术进行定线测量完成铁路勘察设计，建立总体控制测量，测绘地形图、铁路平面路线，为地质纵横断面测量提供数据支持，在施工阶段建立施工控制点或控制网。而GPS静态定位技术仅仅是应用于铁路测量的初级阶段，静态定位技术无法避免由于数据处理滞后无法获得实时信息保证观测质量，延长观测时间又降低效率。而GPS实时动态（RTK）定位技术正好解决了这个技术难关，它的快速静态定位模式和动态定位模式二者统一结合，依据观测点的精度指标和设计要求，确定观测时间，用户能实时监测观测质量和基线解算结果，减少不必要的返工，在确保观测质量保证精度的同时提高工作效率。GPS实时动态（RTK）定位技术在铁路工程测量应用中两种模式相结合，可以勘测铁路、施工放样，还可以建立控制网监测以及地理信息采集等。

2.2RTK技术的优点

RTK技术应用于铁路工程测量具有以下优点：

（1）实时动态观测经可靠性实践数据证明其精确度能达到厘米级，在铁路勘测中具有广阔的应用前景，用于地形图测绘、纵横断面测量等与常规测量仪器（全站仪）相比具有高效率、节省人力的优点。

（2）该技术本身基于原始静态定位技术发展完善为具快速静态定位技术和动态定位技术为一身的完善GPS实时动态（RTK）测量技术，杜绝了原始静态技术的数据滞后而产生的冗余作业，提高施工作业效率。

（3）区别于原始GPS静态定位技术只能应用于建立控制网监测，获许监测点三维坐标，RTK技术集地形图绘制、路线规划、纵横断面测量、中桩测量、施工监测、竣工监测等，功能强大完善。

（4）和其他工程测量软件仪器相辅，例如能辅助全站仪实施公路、铁路工程测量，联合互补作业，配合CAD绘制相关工程制图。

2.3GPS和全站仪在铁路工程测量中的效率比较

以上数据显示，GPS无论是在应用性还是高效性，都有着全站仪无法比拟的优势，在一定程度上很大的提高了作业效率，节省人力物力。

三、高铁工程测量中的GPS测量技术应用

3.1GPS测量技术在高铁工程测量中的发展前景

以GPS为主、全站仪等其他工程测量仪器为辅的工程测量技术满足当前铁路工程测量对质和量的需求，按照目前勘测铁路新线的基本执行方针，要求控制现场勘测人员，提高勘测效率，节约成本。随着国民经济的增长，顺应时代发展的潮流，高铁逐渐成为铁路建设中的重要角色。2017年初，自东向中西梯度推进建成的昆沪高铁开启了沿线城市发展的新纪元，云南省会昆明也由此接入中国高速铁路网，连结东西南北中不同地区的主要地域的高铁路网已经大致成型。高速铁路进入到一个全面加速发展的时代，与GPS测量技术一起面临研究发展潜力的巨大挑战。

3.2采用GPS和全站仪进行高铁新线勘测思路

（1）GPS测量技术建立首级控制网。按照工程规范要求，埋设基点桩和导线桩，采用静态或快速静态定位技术观测基点桩和控制桩同时联测国家三角点。

（2）基平测量。基平测量相对选用全站仪或水准仪测量埋设新基点较为便捷，要求与国家水准点闭合。

（3）在首级控制网采用GPS实时动态（RTK）定位技术测量导线点、桥、隧道等各所需要的高精度控制点。如对某覆盖较多的监测点GPS测量困难可选用全站仪等常规测量仪器完成测量作业，基于GPS技术建立的首级控制网所设计的精度，采用GPS技术测量可以最大限度的发挥GPS测量技术的高效、低成本的优势。

（4）纵横断面等控制点测量。GPS测量技术设交点或埋设中线控制桩并经行测量，首选GPS，备选全站仪。

（5）其他测量则按照工程规范和传统作业进行。

（6）复测作业主要采用GPS实时动态（RTK）定位技术来进行检测各施工环节，根据实际情况，除建立首级控制网，可用全站仪或其他常规测量仪器。

四、结语

GPS测量技术具有高效、操作便捷、精度高、技术先进等优势，为高等级铁路建设的勘测手段和监测管理革新技术和方法，极大的提高了施工作业的效率。GPS实时动态（RTK）技术的日益推广和不断完善在高铁建设中实现了数字信息化与技术的有机结合，科学的带动测绘事业，为工程测量提供更精确、更快速、更可靠的技术支持。GPS无论是在前期的铁路勘测、施工监测，还是后期的铁路养护、管理规划，其数据处理方便、可操作性强都有着很大的发展前景，在总结GPS测量技术在工程测量中科学应用的基础上，有效的管理方法和作业规范为必不可少的内容。

参考文献：

[1]赖继文.GPS测量技术及其在工程测量中的应用[J].地况测绘.2006-09-11.

[2]李小勇.GPS在铁路工程测量中的应用和设想[J].铁道勘测与设计.2005-08-12.

[3]董仲英.对GPS测量技术在工程测量中的应用要点的探析[J].科学中国人.2014-09-11.