高速鐵路工程測(cè)量中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用與探討

張軒浩

(中鐵二十一局第五工程有限責(zé)任公司, 重慶 400025)

高速鐵路工程測(cè)量中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用與探討

張軒浩

(中鐵二十一局第五工程有限責(zé)任公司, 重慶 400025)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,并不斷完善城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),使高速鐵路工程的覆蓋范圍越來(lái)越大.現(xiàn)階段高速鐵路工程并不僅是人們出行的交通工具,還是促進(jìn)內(nèi)需發(fā)展,推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長(zhǎng)的重要因素,國(guó)家也對(duì)高速鐵路工程測(cè)量精度的要求越來(lái)越高.基于此,本文對(duì)高速鐵路工程測(cè)量中應(yīng)用的GPS-PTK技術(shù)進(jìn)行了探討.

高速鐵路工程;測(cè)量;GPS-PTK技術(shù);應(yīng)用

高速鐵路工程測(cè)量大致分為:斷面復(fù)測(cè)、開(kāi)口線放樣、控制測(cè)量、總線測(cè)設(shè)等.因?yàn)镚PS-RTK技術(shù)具備誤差小、操作方法簡(jiǎn)單、測(cè)量效率高、良好的定位精度等優(yōu)點(diǎn),所以GPS-RTK技術(shù)在高速鐵路工程測(cè)量中被廣泛應(yīng)用.同時(shí)GPS-RTK技術(shù)還可以在高速鐵路工程測(cè)量通行條件差、通視條件較低等情況下,發(fā)揮重要的作用.

1 GPS-RTK技術(shù)

(1)GPS-RTK技術(shù)概述.GPS被稱為全球定位系統(tǒng),通過(guò)GPS定位衛(wèi)星,進(jìn)行動(dòng)態(tài)導(dǎo)航和定位.同時(shí)GPS系統(tǒng)可以為使用者提供精確定時(shí)、速度定時(shí)、三維位置、低成本的數(shù)據(jù)信息;RTK被稱為載波相位差分技術(shù).GPS-RTK技術(shù)即將數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)與全球定位系統(tǒng)測(cè)量技術(shù)組合而成的一種新型、精準(zhǔn)的GPS定位方式,其精度可以到達(dá)cm級(jí).

(2)GPS-RTK技術(shù)優(yōu)勢(shì).第一,可以為高速鐵路工程提供精準(zhǔn)的三維坐標(biāo).GPS-RTK技術(shù)可以準(zhǔn)確測(cè)量平面位置,及平面所在位置的大地高程.可以準(zhǔn)確定位,誤差較小.GPS-RTK技術(shù)測(cè)量精度可以達(dá)到cm,并且不會(huì)隨著測(cè)量區(qū)域變大而增加測(cè)量誤差.第二,GPSRTK技術(shù)操作便捷、工作效率高.在高速鐵路工程測(cè)量中,高速鐵路工程測(cè)量人員只需對(duì)天線折中并整平,之后在將相關(guān)設(shè)備電源打開(kāi),對(duì)有關(guān)參數(shù)設(shè)置好之后就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量,操作較為簡(jiǎn)便.傳統(tǒng)的測(cè)量方法需要對(duì)測(cè)量?jī)x器的搬站次數(shù)較多,同時(shí)所需控制點(diǎn)數(shù)量較多,需要耗費(fèi)很多的人力.一般情況下GPS-RTK設(shè)站可以測(cè)量直徑數(shù)十km的區(qū)域,而且只需1人就可以進(jìn)行操作,每個(gè)放樣點(diǎn)停留的時(shí)間也較短,大幅度提高測(cè)量效率.第三,GPS-RTK技術(shù)的測(cè)站間不需要通視及全天候運(yùn)行.GPS-RTK技術(shù)可以有效解決測(cè)站間的通視問(wèn)題,同時(shí)在選點(diǎn)上可以更加便利.GPS-RTK技術(shù)觀測(cè)可以在不同地點(diǎn)、不同時(shí)間進(jìn)行運(yùn)行,另外,GPSRTK技術(shù)觀測(cè)不受天氣的影響.

2 GPS-RTK技術(shù)在高速鐵路工程測(cè)量中的應(yīng)用

(1) GPS-RTK在高速鐵路工程中應(yīng)用于界址點(diǎn)放樣.高速鐵路工程在對(duì)界址點(diǎn)放樣進(jìn)行測(cè)量時(shí),通過(guò)GPS-RTK技術(shù),進(jìn)行固定站設(shè)置,在已知控制點(diǎn)上設(shè)置一臺(tái)接收機(jī),通過(guò)RTK移動(dòng)站對(duì)界址點(diǎn)進(jìn)行放樣.具體方式主要有以下幾點(diǎn):首先,對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)管理及項(xiàng)目名稱進(jìn)行建立;其次,將移動(dòng)站電臺(tái)設(shè)置頻率,將界址點(diǎn)放樣坐標(biāo)值進(jìn)行傳輸和輸入,在測(cè)量列表中選擇相關(guān)的測(cè)量方式,從而對(duì)放樣進(jìn)行定位.

(2) GPS-RTK技術(shù)在高速鐵路工程中用于控制加密測(cè)量.一般高速鐵路工程的控制點(diǎn)在高速線路中線兩側(cè).隨著高速鐵路工程施工,控制點(diǎn)容易遭到破壞,加上為了滿足工程測(cè)量要求,需要對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行加密工作,傳統(tǒng)的控制測(cè)量需要控制點(diǎn)之間相互通視,還要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力,也不能保證精度.GPS靜態(tài)測(cè)量不需要點(diǎn)與點(diǎn)之間的通視,但是卻需要先進(jìn)性外業(yè)測(cè)量,之后才能對(duì)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,不能對(duì)定位結(jié)果實(shí)時(shí)獲取,效率較低.而GPS-RTK技術(shù)不論是在測(cè)量效率上,還是在測(cè)量精度上都高于以上技術(shù),可以滿足不同高速鐵路工程對(duì)精度的要求.基于此,GPS-RTK技術(shù)更加適合對(duì)高速鐵路工程中的控制加密測(cè)量工作.

(3) GPS-RTK技術(shù)用于高速鐵路工程中數(shù)字地形圖的測(cè)量.通過(guò)傳統(tǒng)方案對(duì)地形圖進(jìn)行測(cè)量時(shí),應(yīng)該對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行布置,之后再采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息,最后形成地形圖.傳統(tǒng)的方法不但要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間,還要花費(fèi)較大的工作量.而GPS-RTK技術(shù)可以提高工作效率、減少測(cè)量時(shí)間、減少工作量,并且只需要在各個(gè)碎部點(diǎn)上停留較少時(shí)間,就可以得到碎部點(diǎn)準(zhǔn)確的三維數(shù)據(jù),之后再將輸入點(diǎn)的特征編碼和輸入點(diǎn)的屬性信息進(jìn)行結(jié)合,在室內(nèi)通過(guò)外業(yè)測(cè)量草圖,使用專業(yè)的制圖軟件對(duì)地形圖進(jìn)行繪制.所以GPS-RTK技術(shù)可以降低人力和物力,提高工作效率、節(jié)省高速鐵路工程建設(shè)成本.

3 GPS-RTK技術(shù)在高速鐵路工程測(cè)量放樣中注意事項(xiàng)

首先,設(shè)立科學(xué)高效的啟動(dòng)基準(zhǔn)站.在控制點(diǎn)的選擇上,應(yīng)選擇在多路徑誤差影響小、電氣干擾少、空間開(kāi)闊的地段上,將各個(gè)儀器電纜正確連接,并注意輸入基準(zhǔn)站坐標(biāo)信息的準(zhǔn)確性.其次,注意定義坐標(biāo)系統(tǒng)與新任務(wù)設(shè)立的科學(xué)性.選擇合理的方式進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的定位,加之點(diǎn)校正方法落實(shí)參數(shù)轉(zhuǎn)變.最后,注意點(diǎn)校正的合理性.點(diǎn)校正主要分為兩種形式:一是已知情況下的點(diǎn)校正.確保系統(tǒng)與WGS-84坐標(biāo)為轉(zhuǎn)換器參數(shù),便可建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系.二是未知參數(shù)點(diǎn)校正.確保區(qū)域內(nèi)坐標(biāo)系統(tǒng)已開(kāi)展了測(cè)量放樣,便可采用點(diǎn)校正建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換.

4 GPS-RTK技術(shù)在高速鐵路工程測(cè)量中容易出現(xiàn)的問(wèn)題與解決辦法

一是衛(wèi)星信號(hào)不穩(wěn)定.衛(wèi)星作為GPS定位接受信號(hào)的基礎(chǔ),若基站位置發(fā)生變化,則極易影響該技術(shù)信號(hào)源的穩(wěn)定性.在衛(wèi)星位置、數(shù)量以及天線接受信號(hào)俱佳的情況下,則可有效縮短初始化時(shí)間并提高測(cè)量精度,反之則直接影響測(cè)量結(jié)果.此外,quot;多路徑效應(yīng)quot;也是妨礙技術(shù)測(cè)量精準(zhǔn)性的主要原因.基于此,GPS-RTK技術(shù)應(yīng)優(yōu)化自身信息接受系統(tǒng)、提高信號(hào)抗干擾能力、降低高速鐵路工程測(cè)量因信號(hào)源不穩(wěn)定的原因,從而提高工作效率.

二是轉(zhuǎn)換參數(shù)的影響.轉(zhuǎn)換參數(shù)值作為該技術(shù)合理落實(shí)的主要數(shù)據(jù)資料,若出現(xiàn)偏差將直接影響測(cè)量結(jié)果.基于此,技術(shù)應(yīng)用人員應(yīng)將參數(shù)計(jì)算點(diǎn)均勻分布在所要測(cè)量點(diǎn)的四周,并要確保計(jì)算對(duì)象的豐富性與全面性,從而提高參數(shù)設(shè)置精準(zhǔn)度,為提高GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用效率奠定基礎(chǔ).

三是GPS-RTK技術(shù)受環(huán)境影響較為嚴(yán)重.由于該技術(shù)以接收處理信號(hào)為主落實(shí)測(cè)量工作,若工程處于林區(qū)、山區(qū)以及建筑過(guò)于密集的環(huán)境中,則會(huì)出現(xiàn)接收信號(hào)源不穩(wěn)定、信號(hào)較弱以及衛(wèi)星空間結(jié)構(gòu)較差等問(wèn)題,使得測(cè)量工作無(wú)法順利進(jìn)行.基于此,GPS-RTK技術(shù)則應(yīng)主要選擇在空曠環(huán)境中應(yīng)用,并通過(guò)人為方法排除環(huán)境中的一些影響因素.針對(duì)深基坑工程,該技術(shù)應(yīng)通過(guò)嫁接接收線路,加之將設(shè)備置于較為空曠的地域內(nèi),避免受周圍建筑的影響.

5 GPS-RTK技術(shù)在高速鐵路工程中避免誤差的質(zhì)量控制措施

(1)通過(guò)穿線比較法,進(jìn)行質(zhì)量控制.為了對(duì)質(zhì)量進(jìn)行更好的控制,在被測(cè)區(qū)域通過(guò)RTK測(cè)量部分完成后,應(yīng)該重新設(shè)置一條RTK測(cè)量鏈,其可以對(duì)被測(cè)區(qū)域的RTK成果質(zhì)量進(jìn)行控制.同時(shí),在該被測(cè)區(qū)域內(nèi)重新設(shè)置的策略鏈中,選擇一定RTK點(diǎn),按照測(cè)量鏈的RTK成果,對(duì)該區(qū)域的RTK測(cè)量質(zhì)量進(jìn)行判定.

(2)通過(guò)復(fù)測(cè)比較措施,進(jìn)行質(zhì)量控制.在基準(zhǔn)站建立后,才可以進(jìn)行復(fù)測(cè)比較,先對(duì)上一個(gè)基準(zhǔn)站的RTK點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè),RTK點(diǎn)大致在1～3個(gè)左右,直接在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行成果比較,如果成果符合要求之后,再進(jìn)行新的RTK觀測(cè).

(3)通過(guò)快速靜態(tài)比較法措施,進(jìn)行質(zhì)量控制.在進(jìn)行RTK觀測(cè)的同時(shí),進(jìn)行快速靜態(tài)比較法,兩種方法同時(shí)進(jìn)行,并通過(guò)這兩種比較措施,對(duì)RTK動(dòng)態(tài)化的可靠性及數(shù)據(jù)鏈的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查,最終獲得RTK結(jié)果來(lái)驗(yàn)證質(zhì)量.

(4)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈相關(guān)誤差的避免,進(jìn)行質(zhì)量控制.由于設(shè)備內(nèi)部噪聲及外部無(wú)線電干擾會(huì)造成誤差,因此針對(duì)這些現(xiàn)象,應(yīng)對(duì)作業(yè)時(shí)間、作業(yè)環(huán)境及天氣狀況進(jìn)行選擇,并強(qiáng)化對(duì)設(shè)備的質(zhì)量性能控制及檢測(cè)工作,以此進(jìn)行質(zhì)量控制.

(5)其他.可選擇具備良好性能的設(shè)備,以此降低接收機(jī)因自身存在缺陷而產(chǎn)生的誤差;可通過(guò)相關(guān)技術(shù)將對(duì)流層、電離層產(chǎn)生的誤差進(jìn)行消除,以此提高測(cè)量質(zhì)量.另外,還可以通過(guò)差分技術(shù)消除衛(wèi)星產(chǎn)生的誤差.

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,GPS-RTK技術(shù)在高速鐵路工程測(cè)量中發(fā)揮著重要的作用,不但可以幫助高速鐵路工程實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,還可幫助鐵路工程測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度到達(dá)到最大值.雖然GPS-RTK技術(shù)在高速鐵路工程測(cè)量中具備很多優(yōu)勢(shì),但是GPS-RTK技術(shù)在實(shí)際高速鐵路測(cè)量中,仍然會(huì)存在微小誤差.因此,必須有效防止影響GPS-RTK技術(shù)的不良因素出現(xiàn),并通過(guò)多種設(shè)備對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn),從而提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度.

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P228.4;U212.2

A

1671-0711(2017)11(下)-0208-02