GPS-RTK技術(shù)在高速鐵路工程測(cè)量中的應(yīng)用

摘要：本文介紹在線路較長(zhǎng)條件下鐵路工程中GPS-RTK測(cè)量的原理、方法、步驟和技術(shù)要點(diǎn)，總結(jié)出RTK技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合我局所施工的新建天津到秦皇島客運(yùn)專線工程實(shí)例，提出了在高速鐵路工程測(cè)量中應(yīng)用RTK技術(shù)時(shí)應(yīng)注意的要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：GPS RTK 高速鐵路 測(cè)量

0 引言

在進(jìn)行長(zhǎng)線路鐵路工程測(cè)量時(shí)，存在的問題有很多，如：在工程測(cè)區(qū)內(nèi)的通行、通視條件很差，用常規(guī)的測(cè)量方法，工作量很大，而且精度也難以保證。所以，GPS—RTK定位技術(shù)以其實(shí)時(shí)、快速、精度好、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)得以應(yīng)用，并能取得良好效果。

1 GPS-RTK技術(shù)簡(jiǎn)介

GPS（Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)，是1994年由美國(guó)研發(fā)并投入使用的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，RTK（Real Time Kinematic）技術(shù)也叫做載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)，它可以實(shí)時(shí)提供指定坐標(biāo)系中測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)，且能夠精確到cm。目前，很多行業(yè)已開始運(yùn)用GPS- RTK 技術(shù)開展生產(chǎn)活動(dòng)。

GPS—RTK定位主要包括基準(zhǔn)站和流動(dòng)站組成。一般而言，我們都在地勢(shì)高、視野開闊的高等級(jí)已知控制點(diǎn)設(shè)置基準(zhǔn)站，這些地方便于連續(xù)跟綜觀測(cè)GPS衛(wèi)星活動(dòng)，同時(shí)利用數(shù)據(jù)鏈將站內(nèi)信息和載波觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給流動(dòng)站。流動(dòng)站在利用數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)占鶞?zhǔn)站相關(guān)數(shù)據(jù)的同時(shí)，還要對(duì)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，在系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)成差分觀測(cè)值實(shí)時(shí)處理這些數(shù)據(jù)，然后得出精確到cm級(jí)的定位結(jié)果。

2 GPS—KTK測(cè)量的作業(yè)流程

GPS-RTK測(cè)量作業(yè)流程：接受任務(wù)——接收控制資料——參考站設(shè)置——流動(dòng)站設(shè)置——轉(zhuǎn)換參數(shù)求解——實(shí)時(shí)測(cè)量。

2.1 基準(zhǔn)站的設(shè)置。按工程設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，對(duì)當(dāng)?shù)馗叩燃?jí)已知控制點(diǎn)進(jìn)行收集和檢測(cè)，確保相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在RTK定位測(cè)量的過程中，將接收機(jī)裝設(shè)在基準(zhǔn)站上，并準(zhǔn)確設(shè)置配置參數(shù)。

2.2 坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。正常情況下，都在地方獨(dú)立坐標(biāo)系中開展工程建設(shè)，這就需要對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。通過控制點(diǎn)來(lái)調(diào)整RTK參數(shù)，計(jì)算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)后，定位點(diǎn)工程獨(dú)立坐標(biāo)的計(jì)算工作就能通過測(cè)量控制器來(lái)完成。

2.3 流動(dòng)站測(cè)量定位。確定坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)后，再按工程要求進(jìn)行具體的測(cè)量定位放樣及相關(guān)測(cè)繪工作。

3 GPS-RTK技術(shù)在津秦客運(yùn)專線測(cè)量中的應(yīng)用

3.1 工程概況。由我局所承建的天津市境內(nèi)津秦客運(yùn)專線二標(biāo)，項(xiàng)目線路長(zhǎng)達(dá)12公里，本合同段為全線橋梁，其中跨下鄔薊運(yùn)河、京山鐵路線、蘆漢公路、唐津高速公路、跨新建112高速公路。在鐵路基礎(chǔ)建設(shè)過程中采用了GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量工作。

3.2 測(cè)量方法

3.2.1 基準(zhǔn)站設(shè)置。已知控制點(diǎn)與施測(cè)線路之間相距較遠(yuǎn)，因此，根據(jù)相關(guān)要求在線路附近布測(cè)了10個(gè)平而兼高程控制點(diǎn)作為GPS基準(zhǔn)站。平面控制網(wǎng)根據(jù)C級(jí)GPS靜態(tài)相對(duì)測(cè)量精度進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)以三等精度為準(zhǔn)對(duì)水準(zhǔn)高程進(jìn)行聯(lián)測(cè)。每?jī)蓚€(gè)控制點(diǎn)之間相距1km左右，最大不超過2km。

3.2.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的確定。由于本項(xiàng)目所在區(qū)域?yàn)樯絽^(qū)并有河流，用常規(guī)測(cè)量方法很難在短時(shí)間內(nèi)完成測(cè)量工作，精確度也難以保證，因此選用GPS—RTK技術(shù)。

這項(xiàng)工程建設(shè)采用的接收機(jī)是天寶（Trimble）5700型GPS接收機(jī)，施測(cè)時(shí)主要通過以下兩種途徑實(shí)現(xiàn)參數(shù)的轉(zhuǎn)換：

一是通過RTK設(shè)備中的測(cè)量控制器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算。先選擇三個(gè)或三個(gè)以上高程的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在控制器上輸入這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)逐點(diǎn)定位觀測(cè)至少5分鐘，結(jié)束監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)后，通過測(cè)量控制器對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。但實(shí)踐證明，這種方法需要的時(shí)間較長(zhǎng)。

二是通過在步驟l中測(cè)得的所有控制點(diǎn)的大地經(jīng)緯度來(lái)對(duì)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)進(jìn)行測(cè)算。再利用內(nèi)業(yè)中計(jì)算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，在測(cè)量控制器上輸入所得參數(shù)。實(shí)踐表明，通過該方法測(cè)算出的參數(shù)準(zhǔn)確度較高，且比較節(jié)省時(shí)間。計(jì)算出參數(shù)后即可對(duì)各控制點(diǎn)進(jìn)行檢核測(cè)量，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)時(shí)間為3秒，再把GPS靜態(tài)觀測(cè)成果和RTK觀測(cè)成果進(jìn)行比照后得知，后者可以達(dá)到鐵路工程測(cè)量對(duì)測(cè)量精度的要求。

3.2.3 分項(xiàng)測(cè)量。①普通監(jiān)測(cè)工作。對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行收集的過程中，或通過相對(duì)靜態(tài)技術(shù)加密GPS控制點(diǎn)時(shí)，利用RTK技術(shù)持續(xù)監(jiān)測(cè)3～5分鐘加密測(cè)設(shè)部分控制點(diǎn)，使其符合局部區(qū)域采用全站儀檢測(cè)進(jìn)行分項(xiàng)工程的要求。②定線放樣工作。將線路中線的曲線要素提前輸入測(cè)量控制器，使其自動(dòng)生成線路圖。放線時(shí)，測(cè)點(diǎn)里程及其對(duì)應(yīng)的偏移距就能在控制器上顯示出來(lái)，以便更好的開展放線工作。

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放樣導(dǎo)航圖

③地形的測(cè)繪。通過RTK測(cè)量工程沿線和各工點(diǎn)的局部地形，一個(gè)基準(zhǔn)站可同時(shí)為多個(gè)流動(dòng)站工作，因此，可分三個(gè)小組同時(shí)展開地形測(cè)繪工作，而且大多數(shù)地形測(cè)繪僅通過這項(xiàng)技術(shù)就能完成。本工程測(cè)點(diǎn)位于城鄉(xiāng)結(jié)合部中，并有大量高壓變電線路，因此測(cè)量時(shí)GPS信號(hào)受到嚴(yán)重阻礙，因此測(cè)量中我們采用RTK技術(shù)與全站儀相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行樁位放樣。這樣可以利用RTK技術(shù)對(duì)所需圖和點(diǎn)進(jìn)行測(cè)設(shè)，再通過全站儀測(cè)量碎部。對(duì)局部地形進(jìn)行測(cè)繪后得知，將一般的測(cè)繪技術(shù)與RTK技術(shù)并用，即可順利開展地形測(cè)繪工作。

4 GPS-RTK測(cè)量技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)

4.1 GPS-RTK作業(yè)模式可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地將測(cè)量結(jié)果顯示出來(lái)。該作業(yè)模式不僅避免了由粗差引起的返工，大大提升了GPS的工作效率，而且能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)時(shí)提供精確到cm級(jí)的測(cè)量結(jié)果，達(dá)到了工程建設(shè)中大部分地形測(cè)繪的要求，解決了三維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)放樣及一步法快速成圖等工程監(jiān)測(cè)問題，無(wú)論是測(cè)量精度還是工作效率，都超過了常規(guī)性測(cè)量手段。

4.2 可全天作業(yè)。只要完成4顆GPS衛(wèi)星的信號(hào)的收集工作，并達(dá)到幾何圖形的要求，就能正常開展測(cè)量工作。

4.3 觀測(cè)時(shí)間很短，當(dāng)觀測(cè)條件良好時(shí)，采用性能良好的雙頻接收機(jī)觀測(cè)，3—5S即可求得測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

4.4 測(cè)量過程直觀，操作方便。采用RTK進(jìn)行測(cè)量定位放樣時(shí)，利用流動(dòng)站接收機(jī)的測(cè)量控制器能直觀地對(duì)測(cè)量過程進(jìn)行有效控制。在外部影響因素較大的情況下進(jìn)行測(cè)量時(shí)能很好地解決因通行、通視條件不好而造成的難題。

5 結(jié)語(yǔ)

GPS—RTK技術(shù)的引進(jìn)及應(yīng)用，是對(duì)長(zhǎng)線路鐵路工程測(cè)量模式的一次重要的改進(jìn)。憑借這項(xiàng)全新的測(cè)量技術(shù)，我們可以在復(fù)雜地形條件下正常開展高等級(jí)鐵路工程的測(cè)繪工作。而且實(shí)踐證明，GPS—RTK技術(shù)能夠提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度和測(cè)量工作效率。整個(gè)操作過程由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄處理，人為因素不會(huì)過多影響測(cè)量結(jié)果。當(dāng)然GPS—RTK技術(shù)也存在缺點(diǎn)，在實(shí)際測(cè)量工作中也要進(jìn)行很好的控制，不斷的將其完善才能更好的為我們所用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李征航，黃勁松，GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢大學(xué)出版社.2005.

[2]張正祿.工程測(cè)量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2002.