郎咸龍

（中鐵十八局集團有限公司，中國 天津300222）

1 GPS-RTK 技術發(fā)展現狀

GPS-RTK（載波相位差分技術）是一種實時動態(tài)定位技術，是GPS全球定位系統在工程測量方面的一項重大突破。 高精度的RTK 技術在高速鐵路測繪工作中的應用，極大地提高了測繪工作的準確性和時效性。從第一顆人造地球衛(wèi)星SPUTNIK-1 發(fā)射成功，空間科學技術的發(fā)展進入了一個嶄新的時，隨著人造地球衛(wèi)星的不斷入軌運行，利用人造地球衛(wèi)星進行定位測量已成為現實。 20 世紀60 年代衛(wèi)星定位技術的成功問世， 使得利用人造地球衛(wèi)星解決大地測量問題成為現實。30 多年間，GPS 的不斷發(fā)展給大地測量工作帶來了革命性的變化。 其不斷提到的定位精度也為實際測繪工作提供了極大地便利；GPSRTK 技術在鐵路測量中的應用，大大加快了高速鐵路中的測繪工作。

2 GPS-RTK 基本原理

基本原理： 在基準站安置一臺GPS 接收機， 對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，并通過無線電傳輸設備實時將觀測數據及站坐標信息傳送給用戶站；用戶站一方面通過接受機接收GPS 衛(wèi)星信號，同時還通過無線電接收設備接收基準站傳送的觀測數據，然后根據相對定位原理，實時地處理數據，并實時地以厘米級的精度給出用戶站的三維坐標。 未知點三維坐標的基本求解公式如下：

X p = X ′p + ΔX + d(ΔX) / dt(t-t0)

Yp = Yp′ + ΔY + d(ΔY) / dt(t-t0)

Zp = Z ′p + ΔZ + d(ΔZ) / dt(t-t0)

利用這種差分技術，可以有效地消弱電離層誤差、對流層誤差，大大提高測量精度，現今的實時定位差分技術可達到厘米級。

3 GPS-RTK 技術在鐵路測量中的應用

目前， 隨著各國通信衛(wèi)星技術的發(fā)展，GPS-RTK 技術不斷地完善， 精度在不斷地提高GPS-RTK 技術較常規(guī)控制測量技術相比，具有精度高、快速定位、靈活高效等優(yōu)點，因此，運用該技術及相關測繪軟件進行數字化測繪是解決當前問題的有效方法。

3.1 GPS 控制測量

GPS 控制測量，按其工作性質可分為外業(yè)和內業(yè)兩大部分，外業(yè)工作主要包括：選點、建立測站標志、埋石、野外觀測作業(yè)以及成果質量檢核等；內業(yè)工作主要包括：技術設計、測后數據處理以及技術總結等。按照GPS 測量實施的工作程序，大體分為幾個階段:GPS 控制網的優(yōu)化設計，選點與埋石，外業(yè)觀測，成果檢核，數據處理，編制報告。

控制點的位置及網形可在1：1～5 萬比例尺的國家基本圖上進行設計。 以往對三角網和測邊網作圖上設計是十分繁瑣的，既要保證相鄰點間互為通視，又要考慮圖形結構良好，對每個三角形的內角大小均有限制，除了搶占制高點外，有時還須借助于建立高標。對于觀測方向較多的中點多邊形的中點位置更是難以確定。當然，對于面積較小、邊長較短的精密邊角控制網，相對說來解決通視問題就容易些。

GPS 網點并不以點間通視為必要條件，點位的選定有很大的靈活性，可以先按需要選定點位，再來組織網形，為便于觀測和使用，GPS點選在交通方便容易到達的地方，盡量避免在山頂和河邊設點。 圖上設計的僅是概略的點位，在實地選點時可在圖上初選點的附近選定合適的點位，以滿足GPS 測量對點位的要求。擬作為GPS 網的位置基準及方位基準的已有控制網的起始點及起始方位角的兩端點必須選作GPS 點，設計的點位中應盡可能多地包括一些符合條件的已有控制網點（城市或工程控制網點及國家網點）。這樣不僅可以充分利用已有的標石，更可獲知GPS 網與原有控制網在同名點上的坐標差異，并可以進行坐標系之間的轉換。 與此同時，在選點過程中應按所需的密度來進行布點。

3.2 GPS-RTK 路線放樣

GPS-RTK 具有多種放樣功能， 在路線中線放樣中最常用的是放樣點的平面位置。 設置好基準站和流動站以后，在主菜單下進入放樣功能，選擇點放樣界面，輸入放樣點點號，單擊解算按鈕，進入解算界面，顯示放樣點信息，并計算出導航數據，將放樣帶你的位置顯示在導航圖中央。 單擊放樣進行放樣測量，通過RTK-GPS 方式測量出RTK天線在地方坐標系下的坐標， 并顯示出當前RTK 天線位置與放樣點的實際位置重合時，即得到放樣點的位置。 中線放樣的方法：

（1）坐標引數法。 即預先知道公路中線待放樣帶你P 的坐標（XP,YP）.GPS 實地放樣時，只要測點G（XG,YG）逼近P（XP,YP），在一定限差范圍內，則認為P 點已放樣完畢。

（2）樁號引數法。 即預先知道公路中線待放樣點P 的里程樁號位Lp,也就知道了點P 的坐標（XP,YP）。 因此，樁號引數法其實際等同于坐標引數法。而對于任意加樁，如果采用上述2 種方法來進行時，則可能會出現令人尷尬的現象，如水溝加樁不在溝心、水網區(qū)加樁落入水中等等。 為此，必須尋求其他更合理、有效的方法。

（3）測點引數法。以測點為引數可以采用“法線方向法”，通過測點向路線中線做垂線，求出垂足點的坐標；也可以采用“任意方向法”通過兩測點確定的直線與路線中線的交點，求得交點的坐標無論采用何種方法，其關鍵是推求待放樣點P 的坐標，然后按坐標（樁號）引數法進行處理。

4 GPS-RTK 技術在鐵路測量中的應用前景

高速鐵路已成為我國振興交通運輸產業(yè)、實現科技強國、推動區(qū)域及社會經濟全面快速協調發(fā)展的有效途徑；中國高鐵的速度、技術及規(guī)模已經引領世界。 高精度的GPS-RTK 技術在國家鐵路網絡的建設中起到了重大作用，為現代鐵路的測設、修建、維護提供了極大的方便，大大提高了測量的準確性和時效性。 其可利用載波相位觀測和數據處理軟件的結合，實時解算出觀測點的三維坐標信息，其精度可達到厘米級。 RTK 的實時解算能力決定了其極高的靈活性，使其在工程測量、導航制導、現代農業(yè)、環(huán)境監(jiān)測等方面得到了廣泛應用，是我國GNSS 發(fā)展進程中擴展的一項重要技術。

5 結語

鐵路伴同人類交通出行而產生， 極大地促進了社會的進步和發(fā)展，是一個國家科學進步和現代化進程的標志。因此，世界各國都加大國家鐵路網的修建進程。 隨著我國國民經濟的快速增長，我國的鐵路建設迎來前所未有的發(fā)展機遇， 這就對勘測設計提出了更高的要求，隨著鐵路設計行業(yè)軟件技術和硬件設備的發(fā)展，鐵路從設計到管理將實現數字化；建立勘測、設計、施工、后期管理一體化的數據鏈；減少數據轉錄、輸入等中間環(huán)節(jié)，會成為鐵路勘測設計的發(fā)展要求。

［1］何華武.無碴軌道技術[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

［2］朱穎.客運專線無砟軌道鐵路工程測量技術[M].北京：中國鐵道出版社，2008.

［3］曲衛(wèi)東.土地信息系統[M].北京：中國人民大學出版社，2009.

［4］曾若飛，袁玫.高速鐵路對測繪裝備的需求展望[C]//北京：中國測繪學會2010 年年會論文集.