GPS-RTK技术在铁路定测中的应用

2013-07-06 16:49:12　来源: 测绘论坛　作者：

RTK定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS定位技术，实施动态测量。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时通过输入的相应的坐标转换参数和投影参数，实时得到流动站的三维坐标及精度。

　　1、RTK在铁路定测中的作业模式

　　1．1 选择作业时段

　　铁路沿线地物地貌复杂多变，为获取完整的数据，必须根据卫星可见预报和天气预报选择最佳观测时段。卫星的几何分布越好，定位精度就越高，卫星的分布情况可用用Planning 软件查看多项预测指标，根据预测结果合理安排工作计划。

　　1．2 建立测区平面控制网

　　根据中线放样资料，用GPS静态测量方法建立测区控制网，相邻点间间距5－8公里，并与国家点联测，求出各控制点平面坐标，同时投影变形不得不考虑，变形的程度与测区地理位置和高程有关，铁路线路短则数十公里，长则上千公里，跨越范围广，线路走向、地形情况千差万别，长度变形各不相同。在3o投影带的边缘，长度变形可达以上，导致中线桩由图上反算的放样长度与实地测量长度不一致，无法满足放样要求。因此必须采取相应的措施消弱长度变形。

　　1．3 高程控制测量

　　GPS得到的高程是大地高，而实际采用的是正常高，需要将大地高转化为正常高。而测区的高程异常是未知数，且高程异常的变化较复杂，特别在山区精度较差。此外，新线定测要求约每隔2KM设置水准点，而有些地形环境不能满足GPS观测的条件，采用高程拟合的方法拟合的高程精度不能得到保证。完全用GPS替代等级水准难度大。因此等级水准仍采用水准仪作业模式。

　　1．4 求取地方坐标转换参数

　　合理选择控制网中已知的WGS84和北京54坐标（或地方独立网格坐标）以及高程的公共点，求解转换参数，为RTK动态测量做好准备。选择转换参数时要注意以下两个问题：①要选测区四周及中心的控制点，均匀分布；②为提高转化精度，最好选3个以上的点，利用最小二乘法求解转换参数。

　　1．5 基准站选定

　　基准站设置除满足GPS静态观测的条件外，还应设在地势较高，四周开阔的位置，便于电台的发射。可设在具有地方网格坐标和WGS84坐标的已知点上，也可未知点设站。

　　1.6 放样内业数据准备

　　利用测量内外业一体化程序完成全部计算工作。将线路的起点坐标、方位角、加直线长度及曲线要素输入，程序根据里程计算出全线待放样点的坐标，其中直线上每50米一个点，曲线上每10米一个点。按相应的数据格式将放样点坐标导出成Trimble DC文件，通过Data Transfer将DC文件导入到外业掌上电脑供外业调用。

　　1．7 外业操作

　　将基准站接收机设在基准点上，开机后进行必要的系统设置、无线电设置及天线高等输入工作。流动站接收机开机后首先进行系统设置，输入转换参数，再进行流动站的设置和初始化工作。通常公布的坐标系统和大地水准面模型不考虑投影中的当地偏差，因此要通过点校正来减少这些偏差，获得更精确的当地网格坐标，且确保作业区域在校正的点范围内。

　　2、应用实例

　　2003年我公司对官柴线延长至新安煤矿铁路专用线进行定测。该专用线全长14.095公里，测区地势平坦，除几处外都较适合GPS-RTK测量。作业时将基准站设在大致全线中心处，距离最远待放样点7km多,满足作业要求。

　　2．1 劳动组织及作业进度

　　利用RTK技术进行线路定测，将常规的沿线路中线测量模式改变为线路坐标控制测量模式，直接利用控制点测设中线，一次放出整桩和加桩，无需在做交点的贯通测量，进行中线、中平、断面的一次作业。

　　采用1＋2作业模式：基准站1人；流动站4人，其中2人操作GPS,1人写桩号、打桩，1人背木桩，1人用流动站作断面；抄平组7人，其中2人记录，2人司镜，2人跑尺，1人拉链。

　　作业时，由流动站放样中桩点，抄平组马上测其高程，另一流动站作断面。且根据地物地貌的属性可对观测点进行属性编码，以取代原有的中桩记录。

　　实际作业进度，每天完成新线定测2.5公里。

　　对于要观测的跨线高和不适合RTK放样的点，可以与全站仪相结合的方法解决；现场无法用GPS测量的断面可由抄平组完成。

　　2．2 精度情况

　　公司未配GPS时，均采用全站仪放样，多年实践表明，全站仪中线测量精度较高，为检验GPS-RTK测量的精度，我们事先用全站仪放样一段线路，并将结果作为参考值，两种作业模式的成果比较如下：

坐标比较

中桩里程    全站仪放样点坐标          GPS放样点坐标          坐标差值/mm
         X       Y                X       Y             δX δY
K0+0.000 3868647.043 503172.571 3868647.045 503172.570          -2 +1
K0+ 50.000 3868689.751 503146.570 3868689.750 503146.571       +1 +1
K0+ 68.002 3868705.127 503137.208 3868705.126 503137.206       +1 +2
K0+ 78.002 3868713.661 503131.996 3868713.662 503131.998       -1 -2
K0+ 88.002 3868722.152 503126.713 3868722.152 503126.715       -1 -2
K0+ 98.002 3868730.553 503121.289 3868730.552 503121.292       +1 +3
K0+108.002 3868738.815 503115.657 3868738.816 503115.654       -1 -3
K0+140.000 3868763.948 503095.872 3868763.949 503095.874       -1 -2
K0+180.000 3868792.170 503067.567 3868792.169 503067.567       +1 +0
K0+220.000 3868816.377 503035.761 3868816.378 503035.765       -1 -4
K0+236.569 3868825.125 503021.692 3868825.130 503021.691       -5 +1
K0+240.000 3868826.839 503018.720 3868826.844 503018.716       -2 +4
K0+260.000 3868836.142 503001.019 3868836.146 503001.025       -4 -6
K0+280.000 3868844.245 502982.739 3868844.240 502982.740       +5 -1
K0+300.000 3868851.113 502963.959 3868851.116 502963.963       -3 -4

　　根据统计结果分析,最大平面较差为7mm，因此，我们认为RTK测量成果质量可信。

　　3、RTK动态测量的特点

1）在能够接收GPS卫星信号的任何地方，可进行全天候作业。

2）经典GPS测量不具备实时性，RTK动态测量弥补这一缺陷，放样精度可达到厘米级，误差不累积。

3）流动站利用同一基准站信息可各自独立开展工作。

4）实时提供测点三维坐标，现场及时对观测质量进行检查，避免外业出现返工。

5）GPS误差不累积。

　　4、结束语

　　RTK技术不仅能达到较高的定位精度，而且大大提高了测量的工作效率，随着RTK技术的提高，这项技术已经逐步应用到测图工作中。通过相应的数据处理程序，可大大减轻了测量人员的内外业劳动强度，因此RTK技术在铁路勘测设计领域有广阔的应用前景。

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