摘要 

隨著經濟的日益發展，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（GPS）技術不斷完善及計算機技術和相應科學的發展，GPS的應用范圍在不斷擴大，精度也越來越高，隨之在土木工程中也得到了很好的應用。其中包括了GPS-RTK技術在高鐵建設中的應用。

1.1 GPS

1.1 GPS的簡介

全球定位系統（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，連續性的衛星無限線電導航系統。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定位技術給測繪領域帶來一場深刻的技術革命，它標志著測量工程技術的重大突破和深刻變革，對測量學科赫爾技術的發展，具有劃時代的意義。

1.2GPS含義

他是利用衛星的測時和測距進行導航，以構成全球定位系統。現在國際上公認，將這一全球定位系統簡稱為GPS。GPS時目前世界上最先進﹑最完善的的衛星導航系統與定位系統，經近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，并成功地應用于大地測量﹑工程測量﹑航空攝影測量﹑運載工具導航與管制﹑地殼運動監測﹑工程變形監測﹑資源勘查﹑地球動力學等多種學科，從而給測繪領域帶來一場深刻的技術革命。

1.3 GPS原理

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

利用GPS系統，用戶不但可以在全球范圍內實現全天候、連續、實時的三維導航定位和測速；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衛星--地面控制部分--地面監控系統--用戶設備部分--GPS信號接收機；在GPS定位中，空間部分的GPS衛星發射測距信號和導航電文（導航電文中含有衛星的位置信息），用戶用GPS接收機在某一時刻同時接收3顆以上的GPS衛星信號，測量出測站點（接收機天線中心）至3顆以上GPS衛星的距離并解算出該時刻GPS衛星的空間坐標，據此利用距離交會法解算出測站的位置。

1.4 GPS測量的優點

　　GPS測量技術相對于常規的測量作業理念而言，是一個革命性的技術創新，它具有以下幾點優點：

　　（1）定位精度高；

　　（2）可全天候作業，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；

（6）操作簡單，容易上手。

　　

2.1  RTK技術

  2.1.1  RTK簡介

RTK 技術是以載波相位測量與數據傳輸技術相結合的以載波相位測量為依據的實時差分GPS 測量技術。是一種將GPS 與數傳技術相結合, 實時解算進行數據處理, 在1~2 秒的時間里得到高精度位信息的技術, 它是GPS 測量技術發展的一個新突破, 在道路工程中有廣闊的應用前景。

   2.1.2RTK技術的原理

RTK（Real-time kinematic）實時動態差分法。這是一種新的常用的GPS測量方法，以前的靜態、快速靜態、動態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實時差分方法，是GPS應用的重大里程碑，它的出現為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業作業效率。
　　RTK技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術，RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數據（偽距觀測值，相位觀測值）及已知數據傳輸給流動站接收機，數據量比較大，一般都要求9600的波特率，這在無線電上不難實現。隨著科學技術的不斷發展，RTK技術已由傳統的1+1或1+2發展到了廣域差分系統WADGPS，有些城市建立起CORS系統，這就大大提高了RTK的測量范圍，當然在數據傳輸方面也有了長足的進展，由原先的電臺傳輸發展到現在的GPRS和GSM網絡傳輸，大大提高了數據的傳輸效率和范圍。在儀器方面，現在的儀器不僅精度高而且比傳統的RTK更簡潔、更容易操作。

2.1.3RTK系統的組成

 

RTK 系統主要由基準站接收機、數據鏈及移動接收機三部分組成。它是利用2 臺以上GPS 接收機同時接收衛星信號, 其中一臺安置在已知坐標點上作為基準站,另一臺用來測定未知點的坐標( 移動站) 。基準站根據該點的準確坐標求出其他衛星的距離改正數并將這一改正數發給移動站, 移動站根據這一改正數來改正其定位結果, 從而大大提高定位精度。它能夠實時地提供測站點指定坐標系中的三維定位結果, 并達到厘米級精度。RTK 技術根據差分方法的不同分為修正法和差分法。修正法是將基準站的載波相位修正值發送給移動站, 改正移動站的接收載波相位, 再求解坐標; 差分法是將基準站采集到的載波相位發送給移動站, 進行求差解算坐標。

2.1.4 RTK的實際應用

　實時動態定位有快速靜態定位和動態定位兩種測量模式，兩種定位模式相結合,在鐵路工程中的應用可以覆蓋鐵路勘測、施工放樣、施工監理、竣工測量等方面。快速靜態定位模式要求GPS接收機在每一流動站上，靜止的進行觀測。在觀測過程中，同時接收基準站和衛星的同步觀測數據，實時解算整周未知數和用戶站的三維坐標，如果解算結果的變化趨于穩定，且其精度已滿足設計要求，便可以結束實時觀測。一般應用在控制測量中，如控制網加密，若采用常規測量方法，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實施比較困難，而采用快速靜態測量，可起到事半功倍的效果。單點定位只需要10-20分鐘，而隨著技術的不斷發展，定位時間還會縮短，不及靜態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線測量等控制點加密工作。
　　動態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定的采樣間隔時間自動進行觀測并采樣，并連同基準站的同步觀測數據，實時確定采樣點的空間坐標位置。

 

3.1  GPS-RTK的工作原理

一﹑GPS-RTK技術采用了載波相位動態實時差分的方法，能夠在野外實時提供測站點在指定坐標系中三維定點結果，并達到厘米級的精度，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，但在轉換到可用的城市坐標系或北京坐標系中精度如何，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容：1 、中線的恢復和測定 2 、水準點的復查與加設3 、橫切面的檢查與補測4 、預留橋梁和涵洞位置5 、施工中的測量,主如果檢查挖、填情況,是不是符合預設要求6 、廣大測量中的其它事項

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

 

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，全長15.9km，地形復雜，（查閱于百度百科）同視情況差，放樣難度大。

4.2 作業過程

包括選擇作業時段、建立測區平面控制網、建立測區高程控制網、基準站選定、放樣內業數據準備、外業操作、內業處理等。

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

主要內容包括：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 、按預設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,按預設的路基邊坡率,把邊坡的位置標出來e 、移樁移點。

施工監測：在高鐵施工過程中實時監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，然后對某些選定的基點進行監測，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。

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

4.3優點

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

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

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

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

總結

GPS技術已經廣泛地應用在鐵路工程的測量當中，尤其是RTK技術，相信隨著社會不斷的發展，技術的不斷進步，GPS的應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技術在鐵路測量中的應用[J].鐵道勘測與設計，2004(01)

三、《測量學》：同濟大學出版社/顧曉烈.-3