宋 蕾

（中鐵港航局集團 第二工程有限公司，廣東 廣州510800）

0 前言

傳統(tǒng)的GPS測量方法，無論是從動態(tài)還是靜態(tài)方面，其cm的精準度均需要在完成測量后進行相應(yīng)的解算。由于采用了實時動態(tài)差分法，因此能夠?qū)崿F(xiàn)在野外也能對定位精度進行準確測量，其測量精準度能夠明確到厘米以上。RTK技術(shù)的出現(xiàn)為各類測量控制工作指引了發(fā)展的方向，促使野外作業(yè)效率得到顯著提高，因此，已廣泛應(yīng)用于鐵路測量中。

1 RTK技術(shù)的特點

1.1 RTK的硬件條件及軟件環(huán)境

RTK技術(shù)作業(yè)的設(shè)備配置應(yīng)滿足：GPS接收機及控制器2臺、電源設(shè)備套以及電臺1套。

目前應(yīng)用最為廣泛的數(shù)據(jù)處理軟件有天寶公司的Trimble Geomatics Office、萊卡公司的SKY-PRO等[1]。RTK技術(shù)通常會要求軟件具有對載波相位觀測值進行實時求解的功能，并且需要依照相關(guān)參數(shù)與基準站位置對基準站的相對坐標進行求解。RTK還需具有基線解算、參數(shù)求解及數(shù)據(jù)的編輯及上傳等多方面功能。

1.2 RTK的數(shù)據(jù)處理方法

1.2.1 整周未知數(shù)的搜索

RTK的數(shù)據(jù)處理完全是在控制器內(nèi)進行操作。RTK將卡爾曼濾波技術(shù)作為原理對各個歷元的觀測值進行數(shù)據(jù)處理。 RTK數(shù)據(jù)處理工作的重點是迅速解出整周未知數(shù)。較為常見的搜索方法包括：消去法；模糊度函數(shù)法與優(yōu)化Cholesky分解法等。其中優(yōu)化Cholesky分解法所采用的是以現(xiàn)今時刻為終點的全部歷元觀測值，并且會相應(yīng)地進行觀測值的追加，因此，與其它方式相比較而言，優(yōu)化Cholesky分解法具有較好的搜索效果。

1.2.2 地心、地方坐標之間的轉(zhuǎn)換

通過GPS測量方法得到了7個不同的參數(shù)，如果想要將所有參數(shù)全部解出，則需要明確知道其中3個參數(shù)的值。求解7個參數(shù)的最低標準是已知3個值，如果已知數(shù)大于3，那么應(yīng)該每次選取3個點進行其它參數(shù)的求解。之后通過多次比較，將具有較小可能的參數(shù)值進行剔除。幾個已知參數(shù)的位置應(yīng)該是有規(guī)律地分布在測量區(qū)附近的，在進行作業(yè)時，將其中的一個參數(shù)作為基準點，其余的地方性坐標通常為國家坐標點。數(shù)值計算是在投影面上進行的，之后再以平面坐標輸出。

GPS計算的坐標是位于84坐標系下，我們通常采用的是北京54坐標系下的。依照之前求解出的3或7個參數(shù)值進行坐標系的成功轉(zhuǎn)換。但要注意的是，此種轉(zhuǎn)換參數(shù)只能用于圈定區(qū)域及其周邊，外推精度值與內(nèi)插相比偏低。

1.3 影響RTK精準度的因素

一般情況而言，會對RTK測量精度造成一定影響的主要因素為偶然及系統(tǒng)誤差。由于已知點精度、對中誤差以及基線解算精度等影響，RTK技術(shù)在實際應(yīng)用時，基線解算精準度達10cm+1ppm；而基準站的精度范圍為3cm。動態(tài)作業(yè)由于測距偏心，天線高誤差等一般也在3cm以內(nèi)，至于正常高擬合與內(nèi)插精度取決于聯(lián)測點數(shù)目與分布、擬合模型等，一般在5-10cm內(nèi)是能夠做到的[2]。RTK的測量精準度能夠達到cm級甚至以上，能夠達到鐵路測量工作的標準。

2 GPS-RTK技術(shù)在鐵路測量中的應(yīng)用

2.1 測區(qū)平面控制網(wǎng)

在對鐵路進行研究設(shè)計過程中，有一項關(guān)鍵性的工作便是鐵路的定測。鐵路定測工作主要包括交切測量、跨線測量以及中線測量等。在對鐵路的中線進行放樣工作之前，應(yīng)先采用傳統(tǒng)的GPS測量方法，沿線路鋪設(shè)平面控制網(wǎng)，在進行解算后，將各點的平面坐標進行求解。兩個相鄰點之間的距離應(yīng)控制在5至8km以內(nèi)，同時與國家點進行聯(lián)測，求出各點坐標，并且需考慮到平面投影變形的情況。測量區(qū)的位置會對投影的變形度造成直接影響，而鐵路的全程線路又長短不一，所涉及的地域范圍較廣，不同線路的整體走向與其經(jīng)過的地形也各不相同，因此變形的情況也存在著一定差異。在投影帶的邊緣位置，其變形程度為1/3 500以上，致使放樣長度與實際長度之間存在差異，達不到放樣標準。因此，應(yīng)盡快采取如改變中央子午線等相應(yīng)的解決措施，以此改善長度變形情況。

2.2 繪制大比例地形圖

多數(shù)高等級的鐵路選線是利用大比例變形圖幫助完成的。在傳統(tǒng)的測量方法中，是先建立全面控制網(wǎng)，之后再逐步進行分階段測量，最終繪制出大比例的地形圖。但傳統(tǒng)的測量方法工作量偏大，且工作效率偏低，耗費了大量的人力與物力。但是，運用GPS-RTK技術(shù)進行鐵路測量，將碎部點數(shù)據(jù)進行測量明確后，便可及時地繪制出軟件圖。在此過程中，只需掌握碎布點的實時坐標以及屬性即可，因此測圖難度得到大幅度降低，工作量相應(yīng)減少，避免了人力資源的浪費。

2.3 鐵路中線及邊坡的放樣

將GPS-RTK應(yīng)用到鐵路的中線及放樣工作中去，能夠有效節(jié)省人力資源，只需1人便可完成整項工作。將線路參數(shù)如線路起點終點坐標、曲線長度，轉(zhuǎn)角、半徑、線路斷面數(shù)據(jù)，邊坡坡度等輸入RTK的外業(yè)控制器，即可放樣[3]。此種放樣方法簡便且靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)樁號與坐標放樣的實時轉(zhuǎn)換。在放樣過程中，如果出現(xiàn)方位偏移的現(xiàn)象，在屏幕上會直接顯示，并用箭頭標出，以便于人為的更改。每個點的測量均是分開進行，因此不會出現(xiàn)較大范圍的測量誤差。GPS接受器的對于信號的接受并沒有較大難度的限制，只需保證較小范圍內(nèi)的無遮擋，因此，無需對遮擋信號的樹木進行砍伐，在加快測量速度的同時完成了對環(huán)境的保護。在進行放樣工作時，為了盡量降低出現(xiàn)誤差的概率，應(yīng)固定范圍地對坐標數(shù)據(jù)進行校正，及時解決其中出現(xiàn)的問題。

2.4 鐵路縱、橫斷面的測量及變形觀測

在明確鐵路線路的中線后，依照中線中的樁點目標與繪圖軟件便可得出具體的鐵路縱、橫斷面數(shù)據(jù)。其中所運用的數(shù)據(jù)均是通過采集得到，因此不必深入現(xiàn)場進行縱、橫斷面的測量，有效提高了工作效率。如遇到必須進行現(xiàn)場測量的情況，便可采用實時GPS測量方法。GPS-RTK與常規(guī)的測量方法進行比較，不僅更加經(jīng)濟實用且精準度也得到了顯著提高。

通過大量的實踐證明，如果變形觀測的時間偏長，應(yīng)采用分階段進行觀測的方式，并強制對中，長度在4km以內(nèi)的基線向量能夠達到2mm至3mm的精準度。

3 結(jié)語

現(xiàn)如今，GPS-RTK技術(shù)已在我國鐵路建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用，其與常規(guī)的測量方式相比，能夠有效提升測量工作效率并得到較高的精度。科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，促使測量工作的方式手段也開始逐步發(fā)生轉(zhuǎn)變，測量數(shù)據(jù)精度及方式的創(chuàng)新幫助提高了我國鐵路建設(shè)的工作水平與質(zhì)量，利用相關(guān)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，能夠在減輕工作人員工作壓力的同時，提升其效率，因此，GPS-RTK在今后具有較為廣闊的發(fā)展前景。

［1］劉全恒.GPS-RTK 技術(shù)在鐵路測量中的應(yīng)用[J].硅谷，2011(5)：81-119.

［2］王梓曳.淺談GPS-RTK技術(shù)在鐵路測量中的應(yīng)用[J].華章，2010(3)：157-160.

［3］何存見，歲有中，張新霞，郝永青.RTK在鐵路測量中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2010（8）：112-113.