劉弟林 張冠軍

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300142)

為了滿足鐵路施工平順性的需要，在鐵路施工中使用的導(dǎo)線控制點對點間邊長、角度相對精度要求較高。導(dǎo)線測量受地形、通視等條件的影響，測量起來不夠靈活方便，對觀測儀器和人員專業(yè)操作經(jīng)驗要求較高。GPS技術(shù)具有精度高、速度快、可全天候觀測等優(yōu)點，在工程測量中已廣泛應(yīng)用，目前在很大程度上已經(jīng)取代了常規(guī)測量方法。結(jié)合鐵路導(dǎo)線測量的特點和技術(shù)要求，用GPS快速靜態(tài)定位方法采集數(shù)據(jù)，利用TGO/LGO進行基線解算及網(wǎng)平差，并將平差計算結(jié)果與地面導(dǎo)線測量平差計算結(jié)果進行比較，實測數(shù)據(jù)驗證了GPS快速靜態(tài)定位測量方法能夠滿足鐵路一級導(dǎo)線測量技術(shù)要求。該方法對于提高作業(yè)效率，減小測量過程中的人為誤差因素，降低勞動強度及提高測量精度有一定的工程實用意義。

1 布設(shè)形式

應(yīng)用GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)測量導(dǎo)線控制點或線路式導(dǎo)線控制網(wǎng)，布網(wǎng)方式有邊點連式、單三角形網(wǎng)式、星狀網(wǎng)式等，分別見圖1、圖2、圖3，常用的為邊點連式。

圖1 邊點連式

圖2 單三角形網(wǎng)式

圖3 星狀網(wǎng)式

2 觀測方法

鐵路導(dǎo)線網(wǎng)通常沿鐵路線位呈線狀布設(shè)，在首級GPS控制網(wǎng)基礎(chǔ)上布設(shè)成附合導(dǎo)線，采用2臺或2臺以上GPS接收機按照類似圖1、圖2、圖3的觀測方法進行快速靜態(tài)觀測，觀測時間20 min左右。為提高控制網(wǎng)可靠性，盡量能夠連成三邊或四邊形網(wǎng)。

3 精度分析

一般雙頻GPS接收機的標(biāo)稱精度為±(10 mm+2×10-6D)至±(5 mm+1×10-6D)。

式中:a為固定誤差;b為比例誤差系數(shù);

D為空間距離平均值，以邊長6 km為例，則對于兩種GPS接收機，分別有:

從以上儀器標(biāo)稱精度和理論計算，GPS平面精度評定為:

±(10 mm+2×10-6D)點位中誤差為22.1 mm;

±(5 mm+1×10-6D)點位中誤差為11.0 mm。

因此，利用GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)可滿足一級導(dǎo)線點(點位中誤差±5cm)及交點、中線控制樁測量精度。

《鐵路工程測量規(guī)范》(TB10101—2009)表5.10.4中規(guī)定:一級導(dǎo)線水平角檢測較差為11″，邊長檢測較差為可根據(jù)常用GPS接收機的標(biāo)稱精度指標(biāo)，分析GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)用于導(dǎo)線網(wǎng)測量的應(yīng)用范圍。對于全站儀測設(shè)導(dǎo)線，其精度分析見表1。

表1 全站儀導(dǎo)線測量精度分析

綜上可知，導(dǎo)線網(wǎng)測量時應(yīng)主要考慮方向的影響，用標(biāo)稱精度為±(10 mm+2×10-6D)的儀器測量時，導(dǎo)線邊長應(yīng)在550m以上;若利用標(biāo)稱精度為±(5 mm+1×10-6D)的儀器測量時，其導(dǎo)線邊長在200m以上可滿足一級導(dǎo)線水平角檢測、邊長檢測較差的要求。

4 應(yīng)用實例

理論分析表明，利用GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)進行導(dǎo)線測量是完全可行的，下面以筆者參與的張?zhí)畦F路工程中測量數(shù)據(jù)來分析實際精度的分布情況。

張?zhí)畦F路最大設(shè)計時速160 km/h，《鐵路工程測量規(guī)范》(TB10101—2009)要求，平面控制測量需要滿足一級導(dǎo)線的要求。

在工程實施過程中，平面控制測量所采用GPS接收機標(biāo)稱精度為±(5 mm+1×10-6D)，采用的全站儀標(biāo)稱精度為:測角2″，測距2 mm+1×10-6D。

利用GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)，觀測網(wǎng)形與圖1所示相同。

外業(yè)采集數(shù)據(jù)完成后，分別進行數(shù)據(jù)預(yù)處理、基線解算、網(wǎng)平差處理。結(jié)果表明，數(shù)據(jù)解算各項指標(biāo)滿足《鐵路工程測量規(guī)范》(TB10101—2009)五等GPS要求，導(dǎo)線點5 472點位中誤差最大為3.9 mm，遠(yuǎn)小于一級導(dǎo)線點位中誤差5 cm的限差。

將GPS快速靜態(tài)測量的解算結(jié)果與全站儀測量完成后解算的結(jié)果進行比較，見表2。

表2 全站儀距離、角度測量與GPS解算結(jié)果比較

表3 GPS快速靜態(tài)測量與全站儀導(dǎo)線測量分別計算坐標(biāo)差值

由表2可知，GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)采集數(shù)據(jù)完成后，使用全站儀對導(dǎo)線邊的距離及導(dǎo)線水平角檢測較差能夠滿足一級導(dǎo)線檢測要求。

快速靜態(tài)數(shù)據(jù)解算的坐標(biāo)與全站儀導(dǎo)線計算的結(jié)果比較如表3所示，可見其坐標(biāo)成果也吻合較好。

5 結(jié)論

GPS快速靜態(tài)測量方法能夠滿足鐵路一級導(dǎo)線測量要求，相對于導(dǎo)線測量方法，GPS快速靜態(tài)測量方法觀測效率高，受天氣影響較小，通視條件限制比導(dǎo)線測量要小很多，不需要相鄰?fù)ㄒ朁c均滿足通視要求，而只是為了方便全站儀測量的使用，滿足兩兩成對通視即可，觀測效率能夠大幅度提高，所需投入的人力物力能減少1/3以上，并且大大降低勞動強度。建議鐵路一級導(dǎo)線及加密控制網(wǎng)可采用此方法進行布網(wǎng)測量。

［1］GBT/18314—2009 全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范［S］

［2］TB10101—2009 鐵路工程測量規(guī)范［S］

［3］徐紹銓，張華海，楊志強.GPS測量原理及應(yīng)用［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2003

［4］潘正風(fēng)，楊正堯，程效軍，等.數(shù)字測圖原理與方法［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2004