GPS在铁路控制测量中的应用

于 洋

（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）

GPS在铁路控制测量中的应用

于 洋

（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）

通过GPS在京包铁路线控制测量中的实际应用、GPS作业过程，展示了GPS的测量优势。通过实际应用的研究总结了GPS测量与传统测量方法有着定位精度高、速度快、操作简便、经济等优点。

GPS；铁路；控制测量

1 概况

受北京铁路局委托，北京全路通信信号研究设计院集团有限公司对京包铁路北京铁路局管辖范围内北京北站至郭磊庄段（K12公里—K225公里）进行地籍测量，此区段全长约213 km。

京包铁路是由中国自行勘探、设计、施工的第一条铁路，是西北地区的重要铁路干线，也是晋煤外运的另一重要通道，在国民经济中起到了非同寻常的作用，其中北京铁路局管辖北京北站至郭磊庄段，涉及北京、河北两省市的10个区县，线路沿线交通较便利，但铁路线上往返列车频繁，会给测量作业带来一定困难。

2 控制测量

2.1 控制测量方法选择

由于铁路线路测量的特殊性，它是典型的带状地形测量，控制测量如果采用传统的导线方法进行会非常困难，耗时、费力，作业时间会很长，通过实地踏勘决定首级控制采用静态E级GPS控制测量。

2.2 作业技术依据

《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ73—97）主要参数设置及要求如下：

1）卫星截止高度角≥15°；

2）同步观测卫星数≥4；

3）卫星几何图形强度精度因子PDOP≤6；4）采样间隔为10 s；

5）基线观测时长≥40 min；

6）光学对中器对点误差应小于3 mm。

2.3 资料引用

本工程起算点使用由北京市测绘院提供的C级GPS网点N031、N039、N126、N129、N192、N195、N201，共计7个，其坐标系统为北京市地方坐标系，坐标为3°投影带，中央子午线经度为116°21′；河北省测绘局提供的B级GPS网点1086、1087、1096、A002，计4个，C级GPS网点C050、C052、C211，计3个，其坐标系统为1954年北京坐标系，坐标为6°投影带，中央子午线经度为117°。使用前对全部点位及坐标进行了验证。

根据北京铁路局的要求及工程需要，北京市境内采用北京市地方坐标系；河北省境内采用1954年北京坐标系。测绘成果要求3°投影带下的成果，因此，把河北省测绘局提供的6°投影带起算数据，经过投影换带计算后得到3°投影带坐标数据，其中央子午线经度为114°。

2.4 控制点设计

由于铁路测量的特点，它是一个狭长的带状图形，且北京铁路局对本工程精度要求较高，因此本工程直接采用以14个B、C级点坐标为起算数据沿着京包铁路线布设了一个E级GPS控制网，共布设GPS点45个，平均边长约5 km，采用分段联测起算点并进行分段平差处理的方法。整体上分为两部分，北京市境内采用北京市地方坐标系，河北省境内采用1954年北京坐标系。首先以北京市C级GPS网点N031、N039、N126、N129、N192、N195、N201为起算点，布设1个E级GPS网，设18个首级控制点；其次以河北省测绘局提供的B、C级GPS网点1086、1087、1096、A002、C050、C052、C211为起算点，布设1个E级GPS网，设28个首级控制点。

控制点点位均设计在便于安装仪器、地面基础稳定、天空无遮挡物、视野开阔、视场内障碍物高度角不超过15°的地方；远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等）及大面积水域，其距离不小于200 m；远离高大建筑物，交通方便、易于保存和利于扩展的铁路线路旁边。

E级GPS控制点编号采用字母“JB”打头，从01开始顺序编号“JB01、JB02、JB03……JB43、JB44、JB45”。

控制网所有埋石点均参照《城市测量规范》附录C.3.1小三角点标石规格，埋设时底部用混凝土浇铸，顶面测量标志与地面持平或高于地面2～4 cm，并用红色油漆标注点名。对于点位设计在有条件的道路路面上时，采用特制钢钉代替。各控制点均绘制点之记。

2.5 野外观测

控制网的观测采用3台“S82”型双频GPS接收机和9台“NGS9600”型单频GPS接收机以静态定位的模式进行，测前对仪器进行了检验均符合精度要求。作业时用12台GPS接收机以边点连接方式进行测量，组成同步、异步环。

观测过程中，要求观测员在作业期间不得擅自离开测站，并应防止仪器受震动和被移动，防止人为和其他物体靠近天线，遮挡卫星信号。

接收机在观测过程中不应在其近旁使用对讲机；雷雨过境时应关机停测，并取下天线，以防雷电。

观测应按照“GPS规程”有关规定执行， 外业观测应填写观测手簿。外业观测记录应记录如下内容：测站名、测站号；观测时间及时段号，观测时间应记录开始和结束时间，时间记录到分；接收机的类型和天线号；天线高记录到0.001 m；观测状况记录应包括电池电量情况、接收卫星数量、信噪比及故障等情况；记录天气情况；观测者姓名；观测记录应字迹工整，不得涂改。

2.6 控制网的解算

GPS网平差计算采用GPS接收机配套软件进行。控制网分5段进行解算（布网情况详见GPS控制网示意图，如图1、2、3、4、5所示）。

图1 GPS控制网（北京段）示意图

基线向量解算后，各控制网的解算情况如下：

1）控制网北京段中，由C级GPS网点N031、N039、N126、N129、N192、N195、N201，7个及JB01至JB18，其中JB14与N195点重合，17个待测点，共计24个点组成北京段控制网，共有闭合环75个，其中同步环69个，异步环6个。并分别计算各环的闭合差，按实际平均边长计算，闭合环最大相对误差5.8ppm，此环为28号异步环，最大边长相对误差1/65188，此边为JB13-JB14。

2）控制网（河北段）A中，由JB32至JB45，14个待测点及已知点1086；1087；C211；C050；A002，合计19点组成（河北段）A网，共有闭合环50个，其中同步环42个，异步环8个。并分别计算了各环的闭合差，按实际平均边长计算，闭合环最大相对误差47.5ppm，此环为20号异步环，最大边长相对误差1/67426，此边为JB44-JB45。

3）控制网（河北段）B中，由JB28至JB35和JB39，9个待测点及已知点1086； C211；C050；A002，合计13点组成（河北段）B网，共有同步环18个。并分别计算了各环的闭合差，按实际平均边长计算，闭合环最大相对误差0.8ppm，此环为2号同步环，最大边长相对误差1/120285，此边为JB35-JB33。

图3 GPS控制网（河北段）B示意图

4）控制网（河北段）C中，由JB21至JB28，8个待测点及已知点C050；A002，C052；1096合计12点组成（河北段）C网，共有闭合环11个，其中同步环10个，异步环1个。并分别计算了各环的闭合差，按实际平均边长计算，闭合环最大相对误差31.8ppm，此环为4号异步环，最大边长相对误差1/199752，此边为JB26-JB28。

图4 GPS控制网（河北段）C示意图

5）控制网（河北段）D中，由JB18至JB24，6个待测点及已知点1096；C052；合计9点组成（河北段）D网，共有闭合环18个，其中同步环17个，异步环1个。并分别计算了各环的闭合差，按实际平均边长计算，闭合环最大相对误差31.8ppm，此环为6号异步环，最大边长相对误差1/100186，此边为JB22-JB20。

图5 GPS控制网（河北段）D示意图

上述各控制网的各项精度指标已符合“设计书”及规范中相应等级的限差要求，可以提交使用。另外，各条基线的详解可查阅各段控制网的平差报告。

3 总结

通过此工程GPS在控制测量中的应用，对比以往类似工程的控制测量明显的缩短了工期，点位精度也比传统导线做法提高很多。传统导线测量要求测站之间必须通视，规范对附合导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有严格规定，在狭长的铁路测量中往往达不到规范要求，这将造成测量精度的降低，产品质量的下降。

实践证明GPS测量具有：测量精度高，作业方便，作业不受通视条件限制；而且测量速度快，效率高，节约人力物力等优点。

总之，GPS具有全方位、全天候、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，GPS系统的产生和GPS技术的形成使测量达到很高的精度。它也为铁路工程测量开辟了一条崭新而有效的技术途径。

The paper sets out the advantages of using GPS in the route survey through the actual application and operational process of GPS in Beijing-Baotou railway line. The actual application proves that the GPS survey has advantages of high positioning accuracy， fast speed， easy operation and low costs compared with traditional survey methods.

GPS； railway； control survey

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.05.026

（2016-06-13）