GPS技术在铁路测量中的应用

【摘　要】　GPS测量，在带状铁路地形地籍测量中应用，能充分发辉它的快捷、灵活、精度高的特点，具有广泛的实用价值。

【关键词】　GPS测量 铁路地形地籍测量

　　0 引言

　　从1999年至2006年，我院承接了柳州铁路局辖区湘桂铁路（872km），黔桂铁路（388km），枝柳铁路（260km），黎湛铁路（320km），河茂铁路（62km），南昆铁路（520km）等1：1千地形地籍图的测量工作。如果采用规范要求锁网形做四等首级控制，工程浩大，耗时费力而且需要大量的财力，大大提高每幅地形地籍图的成本，难以满足柳州铁路局对所辖区铁路改造、土地换证的需要。近年来，GPS设备国产化程度和性价比进一步提高，GPS技术发展迅速；其作业方法灵活，工作效率高，误差累积少，定位精度较高，在工程测量，航测外业控制等领域迅速得到推广应用。GPS静态C、D、E级控制测量在狭长控制测量中，更能显示它的优越性。以下就GPS静态D级控制测量在湘桂铁路（江西至崇左段）的应用进行探讨。

　　1 测量原理

　　GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户不但可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；而且还可以进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。它由三大部分组成：空间部分——GPS卫星、地面控制部分——地面监控系统、用户设备部分——GPS信号接收机；在GPS定位中，空间部分的GPS卫星发射测距信号和导航电文（导航电文中含有卫星的位置信息），用户用GPS接收机在某一时刻同时接收3颗以上的GPS卫星信号，测量出测站点（接收机天线中心）至3颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站的位置。

　　2 在铁路（西江至崇左段）首级控制测量中的应用

　　为满足铁路1：1千地形、地籍测图的需要，并使铁路地籍图与沿线各县城、城市地籍图相接，根据城市测量规范，和全球定位系统（GPS）铁路测量规程规定：D级GPS点必须符合四等锁（网）的要求：最弱边边长中误差≤1/45000，高程不得低于四等水准点的精度。

　　江西至崇左D级GPS控制测量：

　　①江西至崇左D级GPS联测备图
  

江西至崇左段GPS网联测略图

　　从上图可以看出，如果采用四等锁（网）控制测量，图形强度根本无法满足数学精度的需要。从而体现GPS控制测量的优越性。

　　②江西至崇左段长约97km，共观测60个点。本网有同步环190个，异步环177个。D级GPS点49个，1个过渡点，联测C级GPS点4个，有一个不兼容，在本网进行最终成果计算时，只用三个作为起算点。
　　③计算精度流计：
　　a、同步环：本网最大坐标分量闭合差=8.70mm，限差≤12.53mm；环总量闭合差（最大）=9.68mm，限差≤27.70mm。
　　b、异步环：本网最大坐标分量闭合差Yw= -11.09mm，限差≤±74.29mm；
　　环闭合差（最大）w=39.40mm，限差≤331.42mm；
　　环坐标分量闭合差（最大）Xw=38.70m，限差≤322.10mm
　　c、重复基线：较差（最大）ms=13mm，限差≤101.96mm；
　　较差（最大）ds=0.805mn，限差≤166.734mm。
　　d、约束：无约束平差
　　e、三维无约束平差：边长相对中误差（最大）=1/87843，限差（四等）≤1/45000；
　　点位中误差（最大）=13.7mm，限差（四等）≤50mm。
　　f、二维约束平差：边长相对中误差（最大）=1/137436，限差（四等）≤1/4500；
　　点位中误差（最大）=5.1mm，限差（四等）≤50mm。
　　g、重合点的坐标、高程比较情况：

　　注：从上表的比较结果可以看出，平面坐标的比较差值和高程的比较差值都较小，小于2倍中误差（平面限差小于0.1m，高程限差小于0.04m）。

　　h、GPS点与点之间检测精度对比表：

　　　④精度分析
　　从上述所统计的各项误差与限差的比较可知，本网的网图形条件不太好，但各项数学指标完全满足了四等锁网的精度。
　　3 结论
　　①在狭长工程首级控制测量中，不受地形限制，不受图形强度限制，不受通视条件限制（但一对点必须通视，以利于测图控制测量的起闭定向），不受气候条件的限制。
　　②GPS点平面、高程精度完全满足1：500，1：1000大比例尺地面，地籍测量的首级控制。
　　③GPS首级控制测量比较其它锁网测量：省时、省财、省力的优越性。
　　④中国北斗一号双星导航定位系统的建成，将为GPS测量在我国的应用，具有广阔的前景。

【参考文献】

[1] CJJ8—99城市测量规范
[2] 全球定位系统（GPS）铁路测量规程
[3] GB/T 18314—2001全球定位系统（GPS）测量规范
[4] 张希黔、黄声享编著.《GPS在建筑施工中的应用》中国建筑工业出版社出版
[5] 广西第二测绘院编写.《柳州铁路局湘桂线1︰1000数字化地形、地籍测量测绘产品检查报告》

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