鐵路工程測(cè)量中RTK技術(shù)的應(yīng)用研究

郭澤 聶振鋼 魏向輝

摘要：傳統(tǒng)鐵路測(cè)量工程以常規(guī)光電測(cè)量?jī)x器為主，輔以其它測(cè)量工具，光電測(cè)量?jī)x器包括電子全站儀、水準(zhǔn)儀等。這種傳統(tǒng)大地測(cè)繪技術(shù)要求有大量的測(cè)量人員和儀器設(shè)備投入其中，還需要進(jìn)行大量的野外作業(yè)施工，工作效率低下。近年來(lái)，出現(xiàn)了一種高效、全新的測(cè)量手段，即RTK技術(shù)，該技術(shù)擁有實(shí)時(shí)快速、精度高、野外工作量少、控制點(diǎn)少且自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)。它打破了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的局限性，為鐵路測(cè)量開辟出一條全新的測(cè)繪模式。基于此，本文就鐵路工程測(cè)量中RTK技術(shù)的應(yīng)用展開了研究。

關(guān)鍵詞：鐵路工程測(cè)量；RTK技術(shù)；應(yīng)用

1、RTK的工作原理

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分RTK測(cè)量系統(tǒng)，是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)。RTK差分技術(shù)目前有3種方法：坐標(biāo)差分、偽距差分及載波相位差分。而采用載波相位為基本觀測(cè)量的差分定位方法是目前GPS定位中精度最高的一種方法，其相對(duì)定位精度可達(dá)l0～lppm以上。RTK系統(tǒng)的最低配置可包括三部分：基準(zhǔn)站接收機(jī)：流動(dòng)站接收機(jī)，包括支持RTK的軟件系統(tǒng)：數(shù)據(jù)鏈，包括基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺(tái)及流動(dòng)站的接收電臺(tái)。RTK的作用距離很大程度上取決于數(shù)據(jù)鏈，一般可達(dá)10km～40km左右，當(dāng)使用GSM通信網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)鏈時(shí)，其作用距離更長(zhǎng)，日前最大可達(dá)70km。作業(yè)時(shí)基準(zhǔn)站接收機(jī)設(shè)在有已知坐標(biāo)的參考點(diǎn)上，連續(xù)不斷接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，并將測(cè)站坐標(biāo)觀測(cè)值（偽距和相位的原始測(cè)量值）、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機(jī)工作狀態(tài)等通過(guò)發(fā)射電臺(tái)發(fā)送出去，流動(dòng)站在跟蹤GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，通過(guò)最小二乘搜索法OTF解求載波相位整周模糊度，再通過(guò)相對(duì)定位模型獲取所在點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)站的坐標(biāo)和精度指標(biāo)。

2、鐵路工程測(cè)量中RTK技術(shù)的應(yīng)用

以某鐵路工程為例，該工程施工地的地形情況和工程本身比較復(fù)雜，所以，本工程的測(cè)量工程將會(huì)面臨很大困難，難度系數(shù)較高。因此，本鐵路工程測(cè)量中應(yīng)用RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。

2.1基站設(shè)備

對(duì)已掌握收集的高等級(jí)已知控制點(diǎn)分析后，發(fā)現(xiàn)這些控制點(diǎn)與本工程的路線距離相差很遠(yuǎn)。根據(jù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，需要在工程路線周圍布設(shè)18個(gè)平面控制點(diǎn)。這18個(gè)控制點(diǎn)還將作為高程控制點(diǎn)，作為GPS基準(zhǔn)站。在工程周圍布測(cè)平面控制點(diǎn)時(shí)，要以C級(jí)GPS靜態(tài)相對(duì)測(cè)量精度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，GPS接收機(jī)可通過(guò)模式切換實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜態(tài)GPS切換，以三等精度為標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)測(cè)水準(zhǔn)的高程。與此同時(shí)，相鄰控制點(diǎn)之間的平均距離要控制在1km左右的范圍之內(nèi)，這其中最大的間距允許達(dá)到3km左右的范圍。

2.2確定坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

借助RTK測(cè)量技術(shù)，并使用相應(yīng)的儀器進(jìn)行測(cè)量。在確定坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的過(guò)程中，可以通過(guò)以下兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。（1）可以在鐵路工程的測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)直接使用RTK測(cè)量控制器進(jìn)行測(cè)算。在實(shí)際的測(cè)算工作中，需從原有的平面控制點(diǎn)中選取三個(gè)具有高程的控制點(diǎn)。并將相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)輸入到測(cè)量控制器內(nèi)，然后在對(duì)每一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行五分鐘以上的定位測(cè)量，待全部完成后，便可使用控制器內(nèi)的軟件自動(dòng)生成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。使用這種方法的確可以保證參數(shù)確定的準(zhǔn)確性，但是花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，在實(shí)際的鐵路工程測(cè)量中難以保證測(cè)量進(jìn)度，實(shí)用性不強(qiáng)。（2）使用點(diǎn)校正的方法對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行保留。在實(shí)際的測(cè)量工作中，務(wù)必要注意，不要每次都對(duì)同一測(cè)區(qū)的控制點(diǎn)進(jìn)行校正。從測(cè)量結(jié)果來(lái)看，該方法不僅能夠確保參數(shù)計(jì)算的精準(zhǔn)度，計(jì)算速度也很快，能夠滿足鐵路工程測(cè)量對(duì)測(cè)量速度與精準(zhǔn)度方面的基本要求。

2.3使用RTK技術(shù)進(jìn)行分項(xiàng)測(cè)量

（1）測(cè)量普通控制。利用RTK測(cè)量技術(shù)持續(xù)觀測(cè)收集到的已知控制點(diǎn)以及通過(guò)相對(duì)靜態(tài)技術(shù)進(jìn)行加密的GPS控制點(diǎn)。觀測(cè)時(shí)間需在3～5min之間。要對(duì)部分測(cè)設(shè)控制點(diǎn)進(jìn)行加密，以保證對(duì)局部區(qū)域?qū)嵤┓猪?xiàng)工程測(cè)量時(shí)，全站儀可以達(dá)到工程的要求。（2）放樣與定線。首先把輸入線路的線曲線要素錄入測(cè)量控制器內(nèi)，以便控制器可以自動(dòng)生成線路圖。在放樣與定線的作業(yè)中，控制器可以實(shí)時(shí)顯示測(cè)點(diǎn)里程和偏移距。這樣，有利于高效指導(dǎo)放線作業(yè)。（3）對(duì)地形進(jìn)行測(cè)繪。在使用RTK測(cè)量技術(shù)進(jìn)行地形測(cè)繪的過(guò)程中，可以使用多小組同時(shí)測(cè)量的方式來(lái)提高地形測(cè)繪工作的效率。然而，由于部分地形的復(fù)雜性會(huì)對(duì)GPS的信號(hào)造成一定的干擾，影響地形測(cè)繪的效果。因此，可以使用全站儀與RTK技術(shù)相結(jié)合的方式來(lái)解決復(fù)雜地形條件下的地形測(cè)繪問(wèn)題。此次工程地形復(fù)雜，在地形測(cè)繪的過(guò)程中使用這種技術(shù)十分適合。（4）斷面與縱面的測(cè)量。鐵路中線確定后，利用中線樁點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)繪圖軟件，即可給出路線縱斷面和各樁點(diǎn)的橫斷面。由于所用數(shù)據(jù)都是測(cè)繪地形圖時(shí)采集來(lái)的，因此不需要再到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行縱、橫斷面測(cè)量，從而大大減少了外業(yè)工作。如果需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)斷面測(cè)量時(shí)，也可采用實(shí)時(shí)GPS測(cè)量。與傳統(tǒng)方法相比，在精度、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用性各方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3、RTK測(cè)量技術(shù)在鐵路工程測(cè)量中的注意事項(xiàng)

（1）要注意RTK測(cè)量技術(shù)的實(shí)時(shí)性以及動(dòng)態(tài)化特點(diǎn)，在確保各觀測(cè)值獨(dú)立性的同時(shí)，又要確保RTK與衛(wèi)星分布、數(shù)據(jù)鏈的性能進(jìn)行密切的聯(lián)系。在實(shí)際的測(cè)量工作開始前，要確保測(cè)量?jī)x器能夠正常工作，確保數(shù)據(jù)鏈能夠正常通訊。一旦在工作中儀器發(fā)生故障，應(yīng)及時(shí)采取有效措施對(duì)故障進(jìn)行排除后，才可繼續(xù)使用，從而確保觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。（2）為提高觀測(cè)成果的精度，流動(dòng)站宜采用帶支架的對(duì)中桿，這樣流動(dòng)站天線穩(wěn)定性好、對(duì)中整平誤差小，同時(shí)在采集數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)等待數(shù)據(jù)跳動(dòng)變化在設(shè)計(jì)要求實(shí)時(shí)采集。（3）RTK作業(yè)時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈不穩(wěn)定的現(xiàn)象?？赡苁怯捎诹鲃?dòng)站附近存在與電臺(tái)頻率相同的外界無(wú)線電，干擾了數(shù)據(jù)的傳輸。這時(shí)應(yīng)通知基準(zhǔn)站測(cè)量人員重新選擇電臺(tái)發(fā)射頻率，流動(dòng)站也重新選擇接收頻率；也可能是電臺(tái)的電量不足，應(yīng)及時(shí)充電。

4、結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的不斷發(fā)展，RTK測(cè)量技術(shù)因其實(shí)時(shí)、高效與快速的優(yōu)勢(shì)被廣泛運(yùn)用到鐵路測(cè)量工程中。與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)相比，它省時(shí)、省工且高精度，運(yùn)用數(shù)據(jù)處理程序大大降低了測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，給鐵路建設(shè)帶來(lái)諸多便利。因此，RTK測(cè)量技術(shù)在鐵路測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用前景將無(wú)限廣闊。

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（作者單位：石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院）