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【摘 要】GPS技术以其定位精度高、观测速度快等优点,广泛应用于各类工程测量领域中.本文探讨了GPS技术在铁路工程勘测中的应用问题,分析了GPS常用坐标系以及它们之间的转换.给出了GPS在铁路工程勘测中测量方法和处理技巧.

【关 键 词】GPS；铁路勘测；测量

1引言

GPS即全球定位系统（GlobalPositioningSystem）是新一代卫星导航与定位系统.GPS技术的发展,大大提高了工程勘测的精度和效率,如它具有定位精度高,在观测站之间不需要通视,能够确定三维坐标,勘测时间短等优势.目前GPS技术己广泛用于各种用途的控制点测量,在平面控制网的勘测中,具有不可替代的优势,如在国内西安至安康的最长一座铁路隧道中,采用GPS技术后减少了控制点

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2GPS常用坐标系以及变换

2.1GPS常用坐标系

坐标系是工程测量的基础,在工程测量中由于测量方法和目的不同,常常采用不同的坐标.如采用与空间固定的坐标,这类坐标系与地球自转无关,或者采用与地球相关联的坐标.在GPS的工程测量中常采用下面几类坐标系.

WGS-84坐标系：这是GPS最常用的坐标体系.WGS-84坐标体系是与地心相固连的坐标体系,首先由美国国防部制图局建立,从1987年开始取代了当时GPS所采用的WGS-72坐标系统.在WGS-84坐标系中,坐标原点位于地球的质心,Z轴指向BIHl984.0定义的协议地球极方向,X轴指向BIHl984.0的启始子午面和赤道的交点,Y轴与X轴和Z轴构成右手系.采用椭球参数为：a等于6378137m,f等于l/298.257223563.

1954年北京坐标系：这是我国广泛采用的大地测量的参心坐标体系.1954年北京坐标系源于前苏联的1942年普尔科夫坐标系.该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球,该椭球的参数为：a等于6378245m,f等于1/298.3.

1980西安坐标系：该坐标系是1978年建立的国家大地坐标体系,该坐标体系的地球椭球参数的四个几何和物理参数采用了IAG1975年的推荐值,椭球的短轴平行于地球的自转轴（由地球质心指向1968.0JYD地极原点方向）,起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面,椭球面同似大地水准面在我国境内符合最好.

地方坐标系（也称为任意独立坐标系）：该坐标体系主要是为了测量方便,临时建立的独立坐标体系,如如城市坐标系、港口坐标系等.

2.2坐标系之间的转换

目前国际上存在很多地心坐标系和参心坐标系,这些坐标系之间常常需要相互转换.在我国则主要存在上面介绍的4类坐标系之间的转换.

由于通过参考椭球和定位定向建立的坐标系,均可以转换为空间直角坐标,因此地心坐标系和参心坐标系之间的坐标转换都可以首先转换成空间直角坐标系,然后再在不同的空间直角坐标系之间的进行换算.目前不同的空间直角坐标系之间的坐标转换常常采用七参数法,它采用7个变换参数,在实际中,由于有些参数比较小,可以不考虑,这样就可以减少参数个数,如七参数法就可以变成三、四、五、六参数法.主要采用Bursa公式进行转换：

其中（Xs,Ys,Zs）是原坐标系中的点坐标,（Xt,Yt,Zt）为新坐标系中的点坐标.

（dX,dY,dZ）是两坐标系的原点平移参数,（RX,RY,RZ）为位置矢量的旋转角（旋转参数）.参数符号约定如下：从直角坐标系原点,沿轴正向看,位置矢量绕轴顺时针旋转为正.从原坐标系转换到新坐标系,如果绕Z轴的旋转角度为正,那么转换后坐标点的经度将增大.M为位置矢量的尺度比参数.

3GPS的数据处理

GPS接收机采集的数据一般需要经过数据处理后才能得到最终的定位结果.这个过程分5步,基本处理流程如图1所示.

数据采集的是GPS接收机采集的原始数据,然后通过专用电缆接收机与计算机连接,进行数据传输,最后用专用软件对这些数据进行处理.首先四个数据文件,它们分别是载波相位和伪距观测值文件、星历参数文件、电离层参数和UTC参数文件、测站信息文件.再对数据进行预处理,即对数据进行平滑滤波检验,剔除粗差；并统一数据文件格式；对观测值进行各种模型修正.基线解算是一个平差计算过程,并对观测值残差进行分析.基线解算都合格后,接着进行网平差处理.

4GPS在铁路工程测量中应用

在铁路工程测量中,主要采用GPS的静态功能和动态功能.静态功能是通过接收到的卫星信息,确定地面某点的三维坐标；动态功能是通过卫星系统,把已知的三维坐标点位实地放样到地面上.

4.1平面控制测量

在铁路工程勘察地区的主体控制为四等GPS网,根据实际情况,全网可以由不同的点组成,布网形式采用同步图形扩展式.四等GPS网观测采用6台美国天宝公司生产的GPS-RTK接收机进行静态观测,并用相应的软件进行静态模式处理.

4.2高程控制测量

很多铁路建设工程所在地环境复杂,复杂的地形地貌可能导致水准测量困难,很难满足《全球定位系统（GPS）测量规范》上的要求,因此高程控制测量可以采用四等电磁波测距三角高程导线测量,利用全站仪正倒镜直返测定相邻点高差,其起算点为四个一等水准点.

4.3铁路工程测量中的处理技巧

大比例尺地形图处理：用实时动态测量方法,首先获得沿线每个点的坐标和高程,根据各个输入点的特征编码及属性信息,构成带状所有点的数据,这样就可以用软件绘制大比例尺地形图.

放样处理：先把需要放样的数据输入到电子手簿中（如：直线正负坡度值、竖曲线半径）,生成一个施工测设放样点文件,并储存起来,这样就可以到现场随时放样测设.铁路路线主要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成.只需先输入各主控点号,然后输入起终点的方位角,直线段距离,缓和曲线距离,圆曲线半径,即可完成放样.

5结论

GPS技术是新一代的导航、定位技术.随着GPS定位技术不断发展完善,使测绘定位技术发生了革命性的变革,为测绘工作提供了崭新的技术手段和方法.特别在工程测量方面,GPS技术具有非常大的优势,它改变了传统的测量作业工作方式,提高了工作效率.本文探讨了GPS技术在铁路工程勘测中的应用,分析了GPS常用坐标系以及它们之间的转换.论文最后给出了GPS在铁路工程勘测中测量方法和处理技巧.

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参考文献：

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[2]朱华统,等.GPS坐标系统的变换.北京：测绘出版社,1994.

[3]路伯祥,岑敏仪,卢健康.GPS高程转换的一种新方法.测绘通报,2003（10）.

[4]陈仲居.GPSRTK技术的误差分析及质量控制.中国科技信息,2006（17）.

[5]李成钢,黄丁发,周乐韬,等.GPS参考站网络的多路径误差建模技术研究.测绘工程,2007（01）.

[6]郭岚,杨永崇,唐红涛.地理信息的三维表达理论与技术的研究.工程勘察,2009（37）.

作者简介：

薛林（男）,1978年4月.本科,工程师,研究方向,工程勘察.

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