摘要 

隨著經(jīng)濟的日益發(fā)展，人們在緊張的生活壓力下對時間的要求越來越高。然而交通使人們在日常生活中消耗了不少的時間，如何才能使得各種各樣的人群能夠在緊張的生活壓力下減少對時間的消耗呢？高鐵。隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)不斷完善及計算機技術(shù)和相應(yīng)科學(xué)的發(fā)展，GPS的應(yīng)用范圍在不斷擴大，精度也越來越高，隨之在土木工程中也得到了很好的應(yīng)用。其中包括了GPS-RTK技術(shù)在高鐵建設(shè)中的應(yīng)用。

1.1 GPS

1.1 GPS的簡介

全球定位系統(tǒng)（Navigation SatelliteTiming And Ranging/Gobal PositiongSystem,NAVTAR簡稱GPS），是美國國防部研制的全球性，全天候，連續(xù)性的衛(wèi)星無限線電導(dǎo)航系統(tǒng)。在1994年3月28日全面建成，它可以提供實時的三位位置，三位速度和高精度的星信息時間，還為測繪工作提供一個嶄新的定位測量手段。近年來來，GPS定位技術(shù)給測繪領(lǐng)域帶來一場深刻的技術(shù)革命，它標(biāo)志著測量工程技術(shù)的重大突破和深刻變革，對測量學(xué)科赫爾技術(shù)的發(fā)展，具有劃時代的意義。

1.2GPS含義

他是利用衛(wèi)星的測時和測距進行導(dǎo)航，以構(gòu)成全球定位系統(tǒng)。現(xiàn)在國際上公認(rèn)，將這一全球定位系統(tǒng)簡稱為GPS。GPS時目前世界上最先進﹑最完善的的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與定位系統(tǒng)，經(jīng)近10年我國測繪等部門的使用表面，GPS以全天候﹑高精度﹑自動化﹑高效益等顯著特點，贏得廣大測繪工作者的信賴，并成功地應(yīng)用于大地測量﹑工程測量﹑航空攝影測量﹑運載工具導(dǎo)航與管制﹑地殼運動監(jiān)測﹑工程變形監(jiān)測﹑資源勘查﹑地球動力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測繪領(lǐng)域帶來一場深刻的技術(shù)革命。

1.3 GPS原理

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀(jì)錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，再將其乘以光速得到。

利用GPS系統(tǒng)，用戶不但可以在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、連續(xù)、實時的三維導(dǎo)航定位和測速；而且還可以進行高精度的時間傳遞和高精度的精密定位，它由三大部分組成：空間部分--GPS衛(wèi)星--地面控制部分--地面監(jiān)控系統(tǒng)--用戶設(shè)備部分--GPS信號接收機；在GPS定位中，空間部分的GPS衛(wèi)星發(fā)射測距信號和導(dǎo)航電文（導(dǎo)航電文中含有衛(wèi)星的位置信息），用戶用GPS接收機在某一時刻同時接收3顆以上的GPS衛(wèi)星信號，測量出測站點（接收機天線中心）至3顆以上GPS衛(wèi)星的距離并解算出該時刻GPS衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，據(jù)此利用距離交會法解算出測站的位置。

1.4 GPS測量的優(yōu)點

　　GPS測量技術(shù)相對于常規(guī)的測量作業(yè)理念而言，是一個革命性的技術(shù)創(chuàng)新，它具有以下幾點優(yōu)點：

　　（1）定位精度高；

　　（2）可全天候作業(yè)，不受時差的影響；

　　（3）各個測量站之間不需要通視；

　　（4）觀測時間很短；

（5）可以提供三維坐標(biāo)；

（6）操作簡單，容易上手。

2.1  RTK技術(shù)

  2.1.1  RTK簡介

RTK 技術(shù)是以載波相位測量與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合的以載波相位測量為依據(jù)的實時差分GPS 測量技術(shù)。是一種將GPS 與數(shù)傳技術(shù)相結(jié)合, 實時解算進行數(shù)據(jù)處理, 在1~2 秒的時間里得到高精度位信息的技術(shù), 它是GPS 測量技術(shù)發(fā)展的一個新突破, 在道路工程中有廣闊的應(yīng)用前景。

   2.1.2RTK技術(shù)的原理

RTK（Real-time kinematic）實時動態(tài)差分法。這是一種新的常用的GPS測量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。
　　RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時要求基準(zhǔn)站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)（偽距觀測值，相位觀測值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機，數(shù)據(jù)量比較大，一般都要求9600的波特率，這在無線電上不難實現(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，RTK技術(shù)已由傳統(tǒng)的1+1或1+2發(fā)展到了廣域差分系統(tǒng)WADGPS，有些城市建立起CORS系統(tǒng)，這就大大提高了RTK的測量范圍，當(dāng)然在數(shù)據(jù)傳輸方面也有了長足的進展，由原先的電臺傳輸發(fā)展到現(xiàn)在的GPRS和GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸，大大提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率和范圍。在儀器方面，現(xiàn)在的儀器不僅精度高而且比傳統(tǒng)的RTK更簡潔、更容易操作。

2.1.3RTK系統(tǒng)的組成

RTK 系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)站接收機、數(shù)據(jù)鏈及移動接收機三部分組成。它是利用2 臺以上GPS 接收機同時接收衛(wèi)星信號, 其中一臺安置在已知坐標(biāo)點上作為基準(zhǔn)站,另一臺用來測定未知點的坐標(biāo)( 移動站) 。基準(zhǔn)站根據(jù)該點的準(zhǔn)確坐標(biāo)求出其他衛(wèi)星的距離改正數(shù)并將這一改正數(shù)發(fā)給移動站, 移動站根據(jù)這一改正數(shù)來改正其定位結(jié)果, 從而大大提高定位精度。它能夠?qū)崟r地提供測站點指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果, 并達(dá)到厘米級精度。RTK 技術(shù)根據(jù)差分方法的不同分為修正法和差分法。修正法是將基準(zhǔn)站的載波相位修正值發(fā)送給移動站, 改正移動站的接收載波相位, 再求解坐標(biāo); 差分法是將基準(zhǔn)站采集到的載波相位發(fā)送給移動站, 進行求差解算坐標(biāo)。

2.1.4 RTK的實際應(yīng)用

　實時動態(tài)定位有快速靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩種測量模式，兩種定位模式相結(jié)合,在鐵路工程中的應(yīng)用可以覆蓋鐵路勘測、施工放樣、施工監(jiān)理、竣工測量等方面。快速靜態(tài)定位模式要求GPS接收機在每一流動站上，靜止的進行觀測。在觀測過程中，同時接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的同步觀測數(shù)據(jù)，實時解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo)，如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設(shè)計要求，便可以結(jié)束實時觀測。一般應(yīng)用在控制測量中，如控制網(wǎng)加密，若采用常規(guī)測量方法，如全站儀測量，受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區(qū)實施比較困難，而采用快速靜態(tài)測量，可起到事半功倍的效果。單點定位只需要10-20分鐘，而隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，定位時間還會縮短，不及靜態(tài)測量所需時間的五分之一，在鐵路測量中可以代替全站儀完成導(dǎo)線測量等控制點加密工作。
　　動態(tài)定位模式在鐵路工程測量前需要在控制點上靜止觀測一段時間，有的GPS測量儀器只需在進行初始化工作之后，流動基站記手機就可以按預(yù)定的采樣間隔時間自動進行觀測并采樣，并連同基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù)，實時確定采樣點的空間坐標(biāo)位置。

3.1  GPS-RTK的工作原理

一﹑GPS-RTK技術(shù)采用了載波相位動態(tài)實時差分的方法，能夠在野外實時提供測站點在指定坐標(biāo)系中三維定點結(jié)果，并達(dá)到厘米級的精度，所需時間不到1min。

二、一般的GPS接收機對精度的描述是以相對精度進行的，對RTK實時定位精度描述為：平面 10mm+(1~2)×10^-6,高程2cm+(1~2)×10^-6 這是在WGS-84框架下的相對精度，但在轉(zhuǎn)換到可用的城市坐標(biāo)系或北京坐標(biāo)系中精度如何，還有看它受到的一些因素的影響。

三、高鐵的施工測量主要包括以下內(nèi)容：1 、中線的恢復(fù)和測定 2 、水準(zhǔn)點的復(fù)查與加設(shè)3 、橫切面的檢查與補測4 、預(yù)留橋梁和涵洞位置5 、施工中的測量,主如果檢查挖、填情況,是不是符合預(yù)設(shè)要求6 、廣大測量中的其它事項

 GPS-RTK在高速鐵路工程中的應(yīng)用。下面以GPS在京滬高速鐵路中的應(yīng)用為例。其中包括路基放樣、施工監(jiān)測、后期監(jiān)測。

4.1 施工測量基本概況

本次施工測量范圍位于京滬高速鐵路濟南羅而莊到張夏鎮(zhèn)，全長15.9km，地形復(fù)雜，（查閱于百度百科）同視情況差，放樣難度大。

4.2 作業(yè)過程

包括選擇作業(yè)時段、建立測區(qū)平面控制網(wǎng)、建立測區(qū)高程控制網(wǎng)、基準(zhǔn)站選定、放樣內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、外業(yè)操作、內(nèi)業(yè)處理等。

路基放樣：把設(shè)計圖紙上高鐵樁點的平面位置和高程，用GPS-RTK測設(shè)到實地上去。

主要內(nèi)容包括：a 、在路中線各中點處測定填挖高度 b、確定橫切面的方向c 、按預(yù)設(shè)圖紙在地面上定出橫切面上各點的位置,如路基中心點、邊緣點、路堤坡腳幾路塹坡頂d 、邊坡防樣,按預(yù)設(shè)的路基邊坡率,把邊坡的位置標(biāo)出來e 、移樁移點。

施工監(jiān)測：在高鐵施工過程中實時監(jiān)測其施工精度及其變形沉降。保證施工順利進行。即首先布置好控制網(wǎng)，然后對某些選定的基點進行監(jiān)測，看其在水平方向或豎直方向上是否有變化，是否在允許范圍內(nèi)。

后期監(jiān)測：高鐵建設(shè)完成后需要定期對其進行進行監(jiān)測，看其是否有變形或沉降。同樣，首先必須布置好控制網(wǎng)，對原來設(shè)置好的基點進行監(jiān)測，看其于上次所測值是否在允許范圍內(nèi)。

4.3優(yōu)點

GPS-RTK作業(yè)有著較高的精度，觀測速度快，已在越來越多的測量工作中得到應(yīng)用，非常適合大規(guī)模的工程測量和其他測量工作。

GPS-RTK作業(yè)不受同視條件影響，單站測量控制范圍廣，操作簡單，有效地減少了因地形復(fù)雜帶來的繁重工作量。

GPS-RTK技術(shù)具有自動化程度，可以極大地降低勞動作業(yè)強度，減少工作量，提高作業(yè)效率。

不僅是GPS-RTK技術(shù)，還有更多的測繪技術(shù)在土木工程中得到了廣泛應(yīng)用，相信隨著測繪技術(shù)的不斷進步，必將會給土木工程提供更快速、更高質(zhì)量的服務(wù)。

總結(jié)

GPS技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在鐵路工程的測量當(dāng)中，尤其是RTK技術(shù)，相信隨著社會不斷的發(fā)展，技術(shù)的不斷進步，GPS的應(yīng)用前景將會更加的廣闊。

參考文獻

一、《工程測量》：測繪類∕周建鄭主編.-2版.-鄭州：黃河水利出版社，2010.7

二、尚永太.GPS技術(shù)在鐵路測量中的應(yīng)用[J].鐵道勘測與設(shè)計，2004(01)

三、《測量學(xué)》：同濟大學(xué)出版社/顧曉烈.-3