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GPS-RTK技術(shù)在鐵路定測(cè)中的應(yīng)用

閱讀：233發(fā)布時(shí)間：2021-9-24

RTK定位技術(shù)是以載波相位觀測(cè)值為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS定位技術(shù)，實(shí)施動(dòng)態(tài)測(cè)量。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè) 值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)通過輸入的相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)和投影參數(shù)，實(shí)時(shí)得到流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及精度。

RTK在鐵路定測(cè)中的作業(yè)模式

1、選擇作業(yè)時(shí)段

鐵路沿線地物地貌復(fù)雜多變，為獲取完整的數(shù)據(jù)，必須根據(jù)衛(wèi)星可見預(yù)報(bào)和天氣預(yù)報(bào)選擇觀測(cè)時(shí)段。衛(wèi)星的幾何分布越好，定位精度就越高，衛(wèi)星的分布情況可用用Planning 軟件查看多項(xiàng)預(yù)測(cè)指標(biāo)，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果合理安排工作計(jì)劃。

2、建立測(cè)區(qū)平面控制網(wǎng)

根據(jù)中線放樣資料，用GPS靜態(tài)測(cè)量方法建立測(cè)區(qū)控制網(wǎng)，相鄰點(diǎn)間間距5－8公里，并與國家點(diǎn)聯(lián)測(cè)，求出各控制點(diǎn)平面坐標(biāo)，同時(shí)投影變形不得不考慮，變形的程度與測(cè)區(qū)地理位置和高程有關(guān)，鐵路線路短則數(shù)十公里，長則上千公里，跨越范圍廣，線路走向、地形情況千差萬別，長度變形各不相同。在3o投影帶的邊緣，長度變形可達(dá)以上，導(dǎo)致中線樁由圖上反算的放樣長度與實(shí)地測(cè)量長度不一致，無法滿足放樣要求。因此必須采取相應(yīng)的措施消弱長度變形。

3、高程控制測(cè)量

GPS得到的高程是大地高，而實(shí)際采用的是正常高，需要將大地高轉(zhuǎn)化為正常高。而測(cè)區(qū)的高程異常是未知數(shù)，且高程異常的變化較復(fù)雜，特別在山區(qū)精度較差。此外，新線定測(cè)要求約每隔2KM設(shè)置水準(zhǔn)點(diǎn)，而有些地形環(huán)境不能滿足GPS觀測(cè)的條件，采用高程擬合的方法擬合的高程精度不能得到保證。*用GPS 替代等級(jí)水準(zhǔn)難度大。因此等級(jí)水準(zhǔn)仍采用水準(zhǔn)儀作業(yè)模式。

4、求取地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

合理選擇控制網(wǎng)中已知的 WGS84和北京54坐標(biāo)（或地方獨(dú)立網(wǎng)格坐標(biāo)）以及高程的公共點(diǎn)，求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，為RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量做好準(zhǔn)備。選擇轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)要注意以下兩個(gè)問題：

要選測(cè)區(qū)四周及中心的控制點(diǎn)，均勻分布；
為提高轉(zhuǎn)化精度，選3個(gè)以上的點(diǎn)，利用最小二乘法求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。

5、基準(zhǔn)站選定

基準(zhǔn)站設(shè)置除滿足GPS靜態(tài)觀測(cè)的條件外，還應(yīng)設(shè)在地勢(shì)較高，四周開闊的位置，便于電臺(tái)的發(fā)射?？稍O(shè)在具有地方網(wǎng)格坐標(biāo)和WGS84坐標(biāo)的已知點(diǎn)上，也可未知點(diǎn)設(shè)站。

6、放樣內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

利用測(cè)量內(nèi)外業(yè)一體化程序完成全部計(jì)算工作。將線路的起點(diǎn)坐標(biāo)、方位角、加直線長度及曲線要素輸入，程序根據(jù)里程計(jì)算出全線待放樣點(diǎn)的坐標(biāo)，其中直線上每50米一個(gè)點(diǎn)，曲線上每10米一個(gè)點(diǎn)。按相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式將放樣點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)出成Trimble DC文件，通過Data Transfer將DC文件導(dǎo)入到外業(yè)掌上電腦供外業(yè)調(diào)用。

7、外業(yè)操作

將基準(zhǔn)站接收機(jī)設(shè)在基準(zhǔn)點(diǎn)上，開機(jī) 后進(jìn)行必要的系統(tǒng)設(shè)置、無線電設(shè)置及天線高等輸入工作。流動(dòng)站接收機(jī)開機(jī)后首*行系統(tǒng)設(shè)置，輸入轉(zhuǎn)換參數(shù)，再進(jìn)行流動(dòng)站的設(shè)置和初始化工作。通常公布的坐標(biāo)系統(tǒng)和大地水準(zhǔn)面模型不考慮投影中的當(dāng)?shù)仄?，因此要通過點(diǎn)校正來減少這些偏差，獲得更精確的當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)格坐標(biāo)，且確保作業(yè)區(qū)域在校正的點(diǎn)范圍內(nèi)。

應(yīng)用實(shí)例

對(duì)官柴線延長至新安煤礦鐵路專用線進(jìn)行定測(cè)。該專用線全長14.095公里，測(cè)區(qū)地勢(shì)平坦，除幾處外都較適合GPS-RTK測(cè)量。作業(yè)時(shí)將基準(zhǔn)站設(shè)在大致全線中心處，距離最遠(yuǎn)待放樣點(diǎn)7km多,滿足作業(yè)要求。

1、勞動(dòng)組織及作業(yè)進(jìn)度

利用RTK技術(shù)進(jìn)行線路定測(cè)，將常規(guī)的沿線路中線測(cè)量模式改變?yōu)榫€路坐標(biāo)控制測(cè)量模式，直接利用控制點(diǎn)測(cè)設(shè)中線，一次放出整樁和加樁，無需在做交點(diǎn)的貫通測(cè)量，進(jìn)行中線、中平、斷面的一次作業(yè)。
采用1＋2作業(yè)模式：基準(zhǔn)站1人；流動(dòng)站4人，其中2人操作GPS,1人寫樁號(hào)、打樁，1人背木樁，1人用流動(dòng)站作斷面；抄平組7人，其中2人記錄，2人司鏡，2人跑尺，1人拉鏈。
作業(yè)時(shí)，由流動(dòng)站放樣中樁點(diǎn)，抄平組馬上測(cè)其高程，另動(dòng)站作斷面。且根據(jù)地物地貌的屬性可對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行屬性編碼，以取代原有的中樁記錄。
實(shí)際作業(yè)進(jìn)度，每天完成新線定測(cè)2.5公里。
對(duì)于要觀測(cè)的跨線高和不適合RTK放樣的點(diǎn)，可以與全站儀相結(jié)合的方法解決；現(xiàn)場(chǎng)無法用GPS測(cè)量的斷面可由抄平組完成。

2、精度情況

公司未配GPS時(shí)，均采用全站儀放樣，多年實(shí)踐表明，全站儀中線測(cè)量精度較高，為檢驗(yàn)GPS-RTK測(cè)量的精度，我們事先用全站儀放樣一段線路，并將結(jié)果作為參考值，兩種作業(yè)模式的成果比較如下：

坐標(biāo)比較

中樁里程全站儀放樣點(diǎn)坐標(biāo) GPS放樣點(diǎn)坐標(biāo) 坐標(biāo)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

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析,平面較差為7mm，因此，我們認(rèn)為RTK測(cè)量成果質(zhì)量可信。

RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量的特點(diǎn)

在能夠接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的任何地方，可進(jìn)行全天候作業(yè)。
經(jīng)典GPS測(cè)量不具備實(shí)時(shí)性，RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量彌補(bǔ)這一缺陷，放樣精度可達(dá)到厘米級(jí)，誤差不累積。
流動(dòng)站利用同一基準(zhǔn)站信息可各自獨(dú)立開展工作。
實(shí)時(shí)提供測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)對(duì)觀測(cè)質(zhì)量進(jìn)行檢查，避免外業(yè)出現(xiàn)返工。
GPS誤差不累積。

結(jié)束語

RTK技術(shù)不僅能達(dá)到較高的定位精度，而且大大提高了測(cè)量的工作效率，隨著RTK技術(shù)的提高，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用到測(cè)圖工作中。通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序，可大大減輕了測(cè)量人員的內(nèi)外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，因此RTK技術(shù)在鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

信息標(biāo)題：GPS-RTK技術(shù)在鐵路定測(cè)中的應(yīng)用

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