詹德勝、董康強(qiáng)、靳自強(qiáng)

（1.四川西南交大高鐵發(fā)展股份有限公司，四川 成都 610091；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100081；3.中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

隨著城市人口和交通需求的增長(zhǎng)，高鐵建設(shè)更加重要。精確的高鐵測(cè)量是保證高鐵設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的關(guān)鍵。然而，傳統(tǒng)的測(cè)量方法在效率和準(zhǔn)確性方面存在一定的局限性。而全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展為高鐵測(cè)量帶來(lái)了革命性的變化。借助衛(wèi)星定位系統(tǒng)和接收器設(shè)備，GPS 測(cè)繪技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地測(cè)量地球上的任意位置。因此，研究GPS 測(cè)繪技術(shù)在高鐵測(cè)量中的應(yīng)用有重要意義。

1 GPS 測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)繪技術(shù)是現(xiàn)代大地測(cè)量學(xué)的重要組成部分。該技術(shù)自誕生以來(lái)，憑借獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其在高鐵測(cè)量領(lǐng)域，該技術(shù)不僅提高了測(cè)量的精度和效率，而且改變了傳統(tǒng)測(cè)量模式，為我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，特別是高鐵建設(shè)，提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。

1.1 高精度

GPS 測(cè)繪技術(shù)是一種基于衛(wèi)星的定位測(cè)量方法，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地獲取地面的三維坐標(biāo)信息。利用高精度的GPS 接收器和相關(guān)的數(shù)據(jù)處理軟件，可以獲得厘米級(jí)甚至毫米級(jí)的測(cè)量精度。這種高精度的測(cè)量方法為高鐵的精確布局提供了有力支持，使高鐵設(shè)計(jì)和建設(shè)可以更好地適應(yīng)地形地貌，進(jìn)而減少因地形原因?qū)е碌母哞F改造和修復(fù)，大大提高了建設(shè)效率。

1.2 適用性廣

傳統(tǒng)的測(cè)量方法受地形地貌、天氣條件等自然因素的影響較大，而GPS 測(cè)繪技術(shù)可以在任何天氣和環(huán)境條件下應(yīng)用。無(wú)論是城市高鐵還是山區(qū)高速公路，無(wú)論是平原草地還是丘陵沙漠，都可以應(yīng)用GPS 測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行高精度測(cè)量。這種廣泛的適用性使得GPS測(cè)繪技術(shù)在高鐵測(cè)量中的應(yīng)用更加靈活多樣。

1.3 數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)

在GPS 測(cè)繪工作中，系統(tǒng)能夠收集大量的原始數(shù)據(jù)，包括位置、時(shí)間、速度等信息。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行高效準(zhǔn)確的處理，從而獲得所需的測(cè)量結(jié)果。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力使得GPS 測(cè)繪技術(shù)在高鐵測(cè)量中具備了更多的應(yīng)用潛力。通過(guò)對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理和分析，測(cè)量人員可以獲取高鐵的幾何形狀、地形特征以及交通流量等重要信息。這些數(shù)據(jù)不僅可以用于高鐵設(shè)計(jì)和施工參考，還可以為交通規(guī)劃、高鐵管理和交通安全等提供有力支持。此外，GPS 測(cè)繪技術(shù)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程還能夠進(jìn)行誤差校正和數(shù)據(jù)驗(yàn)證，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。采用精密的算法和模型，可以消除系統(tǒng)誤差、信號(hào)干擾和多路徑效應(yīng)等影響因素，提高數(shù)據(jù)處理的精度和可靠性。

1.4 高效率

相比傳統(tǒng)測(cè)量方法，GPS 測(cè)繪技術(shù)的自動(dòng)化操作使得測(cè)量過(guò)程更加迅捷和高效。借助GPS 接收器和相關(guān)設(shè)備，測(cè)量人員可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成大面積區(qū)域的測(cè)量任務(wù)，從而提升工作效率[1]。高鐵作為一種高速、大容量的交通工具，對(duì)高鐵的準(zhǔn)確測(cè)量和規(guī)劃要求非常嚴(yán)格。借助GPS 測(cè)繪技術(shù)，測(cè)量人員能夠迅速獲取大量的測(cè)量數(shù)據(jù)，包括地形地貌、高鐵輪廓等關(guān)鍵信息，這不僅能減少測(cè)量時(shí)間，還能提高數(shù)據(jù)的精確性和一致性，為高鐵的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)提供可靠的依據(jù)。

2 高鐵測(cè)量中GPS 測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用

2.1 高鐵設(shè)計(jì)和規(guī)劃階段的應(yīng)用

在高鐵設(shè)計(jì)和規(guī)劃階段，GPS 測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。它能夠提供精確、實(shí)時(shí)的地理位置信息，為高鐵的設(shè)計(jì)和規(guī)劃提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

第一，進(jìn)行高鐵設(shè)計(jì)和規(guī)劃前，設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行一系列準(zhǔn)備工作，包括確定測(cè)量區(qū)域范圍和目標(biāo)，制訂測(cè)量計(jì)劃和測(cè)量路線，選擇合適的GPS 測(cè)繪設(shè)備和軟件，并進(jìn)行設(shè)備校準(zhǔn)和測(cè)試，以確保后續(xù)測(cè)量工作的順利進(jìn)行。

第二，實(shí)地測(cè)量階段。測(cè)量人員攜帶GPS 測(cè)繪設(shè)備，按照預(yù)定的測(cè)量路線進(jìn)行測(cè)量。GPS 測(cè)繪設(shè)備通過(guò)接收衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)時(shí)獲取自身的位置坐標(biāo)，并記錄測(cè)量點(diǎn)的經(jīng)緯度信息。同時(shí)，測(cè)量人員可以利用設(shè)備的附加功能，如高程測(cè)量和傾斜角測(cè)量，獲取更多的地理數(shù)據(jù)。在測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量人員不僅需要采集高鐵線路的地理坐標(biāo)，還需要收集與高鐵設(shè)計(jì)相關(guān)的地理數(shù)據(jù)，如地形高程、高鐵輪廓、交叉口位置等。數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性對(duì)高鐵規(guī)劃具有重要意義，因此測(cè)量人員需要保證測(cè)量的精度和數(shù)據(jù)的可靠性。

第三，完成數(shù)據(jù)采集后，測(cè)量人員將數(shù)據(jù)導(dǎo)入專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理和分析。通過(guò)篩選、配準(zhǔn)和擬合測(cè)量數(shù)據(jù)，可以得到準(zhǔn)確的地形模型和高鐵輪廓圖。這些數(shù)據(jù)將成為高鐵設(shè)計(jì)人員進(jìn)行高鐵規(guī)劃的重要依據(jù)，可以幫助其了解地形地貌、交通流量、交叉口位置等因素，進(jìn)而制訂合理的高鐵線路和縱橫斷面設(shè)計(jì)[2]。

第四，在高鐵規(guī)劃階段，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)和規(guī)劃要求，確定和優(yōu)化高鐵線路。GPS 測(cè)繪技術(shù)提供的高精度定位數(shù)據(jù)能夠精確顯示高鐵的位置和走向，幫助設(shè)計(jì)人員考慮地形地貌、交通流量和環(huán)境要素等因素的影響，以制訂科學(xué)的高鐵線路。

第五，GPS 測(cè)繪技術(shù)還能提供高鐵規(guī)劃過(guò)程中的其他輔助信息，如高鐵標(biāo)志、交通設(shè)施、停車位等，有助于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行高鐵布局和交通組織的規(guī)劃，提高高鐵設(shè)計(jì)的安全性和通行效率。

第六，GPS 測(cè)繪技術(shù)可以應(yīng)用于高鐵設(shè)計(jì)過(guò)程中的地形分析和可行性研究。通過(guò)獲取準(zhǔn)確的地形數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)行地形剖面分析，評(píng)估高鐵的坡度、曲線半徑和縱向坡度等參數(shù)，有助于設(shè)計(jì)人員在高鐵規(guī)劃階段預(yù)先識(shí)別潛在的地形問(wèn)題，并制訂相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案。

2.2 高鐵施工階段的應(yīng)用

2.2.1 施工準(zhǔn)備階段

在高鐵施工準(zhǔn)備階段，需要進(jìn)行工程測(cè)量的前期準(zhǔn)備工作，包括確定施工范圍、設(shè)置測(cè)量控制點(diǎn)和建立基準(zhǔn)點(diǎn)等。使用GPS 測(cè)繪儀器可以對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行高精度的定位和測(cè)量，以確保施工的準(zhǔn)確性。例如，在高鐵路基施工前，可以利用GPS 測(cè)繪技術(shù)確定路基的坡度、坡高和曲線半徑等關(guān)鍵參數(shù)，以確保高鐵線路的設(shè)計(jì)符合要求。

2.2.2 實(shí)地測(cè)量階段

在高鐵施工現(xiàn)場(chǎng)，GPS 測(cè)繪技術(shù)可用于測(cè)量和記錄各種關(guān)鍵要素，如路基邊界、路線線形和橋梁位置等。測(cè)量人員使用GPS 測(cè)繪儀器通過(guò)接收衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，并利用測(cè)量軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和處理，可以獲得準(zhǔn)確的高鐵線路幾何信息和地理位置坐標(biāo)，為后續(xù)施工提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[3]。例如，在高鐵橋梁施工過(guò)程中，利用GPS 測(cè)繪技術(shù)可以精確測(cè)量橋墩的位置和高程，確保橋梁安裝的準(zhǔn)確性。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理階段

數(shù)據(jù)采集完成后，測(cè)量人員將采集到的GPS 數(shù)據(jù)導(dǎo)入測(cè)量軟件進(jìn)行處理和分析。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正、過(guò)濾和計(jì)算，可以得到更精確的高鐵線路幾何信息和地理數(shù)據(jù)，為高鐵施工提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)。例如，路基挖填和路面鋪設(shè)材料的準(zhǔn)確定位以及路面高程的控制。在高鐵施工中，精確的數(shù)據(jù)處理可以確保路基和路面的平整度、坡度和曲線半徑符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.4 高鐵施工階段

利用GPS 測(cè)繪技術(shù)，施工人員可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)高鐵線路進(jìn)行布置和定位。通過(guò)定位設(shè)備，施工人員可以確定高鐵線路的中心線和邊界，以及各種標(biāo)志物和設(shè)施的位置，有助于保證高鐵施工的準(zhǔn)確性和一致性，提高施工效率。例如，在高鐵鐵軌施工中，GPS測(cè)繪技術(shù)可以用于定位軌道的中心線，并確定軌道的縱向和橫向坡度，確保軌道精準(zhǔn)安裝。

在高鐵施工過(guò)程中，GPS 測(cè)繪技術(shù)還可以用于施工進(jìn)度的監(jiān)控和管理。通過(guò)定期測(cè)量和記錄高鐵線路的施工進(jìn)度和質(zhì)量，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施進(jìn)行調(diào)整。例如，在高鐵隧道施工中，GPS 測(cè)繪技術(shù)可以用于監(jiān)測(cè)隧道的幾何形狀和位置偏移，確保隧道施工符合設(shè)計(jì)要求[4]。

此外，GPS 測(cè)繪技術(shù)還可以結(jié)合其他技術(shù)，如地理信息系統(tǒng)（GIS）和遙感技術(shù)，用于高鐵施工中的地質(zhì)勘察、地形分析和環(huán)境評(píng)估。通過(guò)對(duì)地形和地貌的測(cè)量和分析，可以為高鐵線路的選擇和設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)，也可以為施工過(guò)程中的土地利用和環(huán)境保護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

2.3 高鐵維護(hù)與管理階段的應(yīng)用

高鐵維護(hù)與管理在城市和區(qū)域交通系統(tǒng)中至關(guān)重要，GPS 測(cè)繪技術(shù)憑借高精準(zhǔn)度和實(shí)時(shí)性等優(yōu)勢(shì)，成為高鐵維護(hù)與管理中不可或缺的工具。

2.3.1 GPS 測(cè)繪技術(shù)在高鐵維護(hù)中的應(yīng)用

高鐵維護(hù)主要包括檢查高鐵完整性、檢測(cè)和修復(fù)破損部分，以及定期翻新和更新高鐵。在這一過(guò)程中，GPS 測(cè)繪技術(shù)能夠提供精確的位置信息，使維護(hù)人員能夠快速、準(zhǔn)確地定位需要維修或檢查的區(qū)域。此外，GPS 測(cè)繪數(shù)據(jù)還可用于創(chuàng)建高精度的地形圖和地理信息系統(tǒng)（GIS），這對(duì)分析高鐵使用狀況、識(shí)別潛在問(wèn)題區(qū)域以及優(yōu)化高鐵維護(hù)工作都至關(guān)重要。例如，通過(guò)分析GPS 數(shù)據(jù)，工作人員可以準(zhǔn)確了解高鐵的使用頻率，從而合理安排維修工作，避免在高峰期進(jìn)行大規(guī)模的維修影響交通。

2.3.2 GPS 測(cè)繪技術(shù)在高鐵管理中的應(yīng)用

在高鐵管理方面，GPS 測(cè)繪技術(shù)同樣發(fā)揮著重要作用。高鐵管理不僅包括日常維護(hù)，還包括交通流量管理以及交通狀況監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)。通過(guò)實(shí)時(shí)獲取車輛的GPS 數(shù)據(jù)，交通管理部門可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析交通流量，預(yù)測(cè)交通狀況，實(shí)現(xiàn)智能化的交通管理[5]。

3 高鐵測(cè)量中GPS 測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展方向

3.1 高精度定位技術(shù)

未來(lái)的GPS 測(cè)繪技術(shù)將持續(xù)提升定位精度。通過(guò)引入先進(jìn)的接收器和天線技術(shù)，結(jié)合增強(qiáng)型衛(wèi)星信號(hào)和多頻率接收技術(shù)，GPS 測(cè)繪系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的定位精度。在高鐵建設(shè)中，高精度定位技術(shù)將為設(shè)計(jì)和施工提供更準(zhǔn)確的線路和軌道位置信息，確保高鐵線路的準(zhǔn)確布置和軌道的精確鋪設(shè)，提高高鐵系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

3.2 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

未來(lái)的GPS 測(cè)繪技術(shù)將注重提升實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力。通過(guò)實(shí)時(shí)采集和處理GPS 數(shù)據(jù)，測(cè)繪系統(tǒng)將具備更強(qiáng)大的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力。在高鐵施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高鐵的變形、位移和沉降等情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，并采取相應(yīng)措施。在高鐵建設(shè)中，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)預(yù)警并處理地質(zhì)災(zāi)害、工程變形以及其他潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，確保高鐵線路的穩(wěn)定性和可靠性。

3.3 多傳感器融合技術(shù)

將GPS 測(cè)繪技術(shù)與其他傳感器技術(shù)（如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、激光掃描儀等）相結(jié)合，可以構(gòu)建多傳感器綜合測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更全面、準(zhǔn)確的高鐵測(cè)量。在高鐵建設(shè)中，多傳感器融合技術(shù)的應(yīng)用尤為重要。以隧道和橋梁為例，將GPS 測(cè)繪技術(shù)與激光掃描儀技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精確測(cè)量和建模。激光掃描儀可以獲取高精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，GPS 測(cè)繪技術(shù)則能提供位置和姿態(tài)信息，將兩者融合后可以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)部和橋梁結(jié)構(gòu)的三維重建和變形監(jiān)測(cè)。通過(guò)多傳感器融合技術(shù)，可以獲得更準(zhǔn)確和完整的高鐵測(cè)量結(jié)果，為高鐵建設(shè)提供精準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和可靠的決策支持[6]。

3.4 無(wú)縫集成與云平臺(tái)應(yīng)用

未來(lái)的GPS 測(cè)繪技術(shù)將更加注重?cái)?shù)據(jù)的無(wú)縫集成和云平臺(tái)應(yīng)用。將GPS 測(cè)繪數(shù)據(jù)與其他地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)縫集成，可以實(shí)現(xiàn)更全面的高鐵信息管理和應(yīng)用。同時(shí)，將GPS 測(cè)繪數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)共享和協(xié)同分析。無(wú)縫集成與云平臺(tái)應(yīng)用將為高鐵建設(shè)提供更便捷、高效的高鐵測(cè)量解決方案。例如，將GPS 測(cè)繪數(shù)據(jù)與高鐵線路設(shè)計(jì)軟件集成，工程師可以直接獲取高精度的地理空間數(shù)據(jù)，從而更準(zhǔn)確地進(jìn)行線路設(shè)計(jì)和優(yōu)化。同時(shí)，將測(cè)繪數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)后，各相關(guān)部門和施工方可以實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息快速交流和決策協(xié)同，提高工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

GPS 測(cè)繪技術(shù)在高鐵建設(shè)和維護(hù)中發(fā)揮著重要作用，通過(guò)高精度定位、快速測(cè)量和數(shù)據(jù)集成等優(yōu)勢(shì)，為高鐵測(cè)量提供創(chuàng)新解決方案。隨著科技進(jìn)步和需求變化，GPS 測(cè)繪技術(shù)還會(huì)不斷發(fā)展和創(chuàng)新，未來(lái)的發(fā)展方向涵蓋多傳感器融合技術(shù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、無(wú)縫集成與云平臺(tái)應(yīng)用等。此外，技術(shù)研究與工程實(shí)踐結(jié)合也至關(guān)重要，可推動(dòng)GPS 測(cè)繪技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，為交通建設(shè)和交通安全提供更可靠的支持。