王 萬 祥

(陜西鐵道工程勘察有限公司，陜西 西安 721000)

在中國鐵路的高速發(fā)展中，許多新建鐵路都會遇到既有鐵路接軌、改擴建既有鐵路等問題，不可避免的要進行既有鐵路線路的復(fù)測。在復(fù)測中，常規(guī)的復(fù)測方法往往是通過鋼鏈丈量確定既有線里程，然后采用方尺配合全站儀觀測外移樁和進行曲線查定來確定既有線平面線型，最后通過水準儀觀測軌面高程來確定既有線軌面高程。此方法需要人員眾多，作業(yè)效率低，因此迫切需要一種高效的復(fù)測方法來替代傳統(tǒng)方法。

1 GPS-RTK

RTK定位技術(shù)是基于載波相位觀測值的一種實時動態(tài)定位技術(shù)。在RTK作業(yè)模式下，基準站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起發(fā)送給流動站。流動站通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù)，再采集GPS觀測數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理并給出厘米級定位結(jié)果。

在GPS-RTK觀測中，由于控制點的精度、分布情況、觀測時星歷狀況、衛(wèi)星遮擋及其他因素會導(dǎo)致觀測結(jié)果精度欠佳，甚至發(fā)生錯誤。因此在GPS-RTK觀測時要注意以下幾個方面：

1)GPS-RTK基站架設(shè)的位置盡量高，保證周圍無遮擋，無強電磁干擾；

2)基站盡量在已知點上架設(shè)并精確對中整平，求取轉(zhuǎn)換參數(shù)時，采用至少4個控制點，控制點精度必須要高，此外點位要均勻分布且覆蓋整個測區(qū)；

3)求取轉(zhuǎn)換參數(shù)時采用控制點的殘差要嚴格按照TB 10054—2010鐵路工程衛(wèi)星定位測量規(guī)范規(guī)定平面殘差控制在15 mm，高程殘差控制在20 mm的要求執(zhí)行，此外觀測中應(yīng)按照規(guī)范要求每天進行必要的檢核；

4)流動站距離基站應(yīng)控制在5 km以內(nèi)；

5)流動站觀測時必須采用高質(zhì)量固定解，觀測時最少觀測5個歷元。

2 既有線復(fù)測

傳統(tǒng)既有線復(fù)測流程如下：

1)采用鋼鏈加方尺丈量既有鐵路里程并在既有線路上標(biāo)注；

2)根據(jù)既有線上標(biāo)注的里程按照規(guī)范要求布設(shè)外移樁，并按照一定等級要求進行外移樁導(dǎo)線觀測。導(dǎo)線應(yīng)以線路GPS控制網(wǎng)點為起算點，保證觀測點與基礎(chǔ)平面控制點同坐標(biāo)系；

3)使用全站儀對既有線路的曲線段落根據(jù)臺賬對半徑、緩和曲線長等測量確認并進行股道撥道量的計算；

4)使用水準儀按照等級水準測量的方法進行基中平觀測，基平觀測可以和中平觀測同步進行，也可以分開進行，最終獲得既有線路軌面高程；

5)車站內(nèi)需要進行站場測繪，對車站內(nèi)相關(guān)股道、影響既有線的重要建筑物及設(shè)施等進行觀測。

至此可獲得既有線路正線及車站的平面和高程信息，為后期改擴建及新線接入提供了完備的基礎(chǔ)資料。

按照此方法，要完成完整工序粗略估算需要20人次，而且里程丈量工序必須在前，否則其余工序無法開展工作。

隨著GPS-RTK技術(shù)的發(fā)展和精度的日益提高，為節(jié)省人員成本并加快復(fù)測進度，考慮采用GPS-RTK進行既有線復(fù)測工作。

采用GPS-RTK進行既有線復(fù)測工作的方法如下：

1)在室內(nèi)進行控制點的選擇和轉(zhuǎn)換參數(shù)的求??；

2)在已知控制點上架設(shè)基站并觀測另外一個已知點檢查轉(zhuǎn)換參數(shù)的正確性；

3)將GPS流動站天線頭放置于經(jīng)過加工的方尺上，天線頭的中心位置精確位于股道中心位置；

4)流動站獲得初始化后，在手簿里面輸入方尺側(cè)面正中心對應(yīng)的里程，觀測保存，并在股道外側(cè)標(biāo)注里程；

5)移動方尺并放樣上一個里程根據(jù)放樣距離來確定下一個位置的里程，例如直線段50 m觀測一個點，曲線上20 m觀測一個點；

6)重復(fù)步驟4)和步驟5)至測量終點。

GPS-RTK進行既有線復(fù)測，不僅在現(xiàn)場標(biāo)注里程，同時觀測了軌中坐標(biāo)，而且還可以獲得軌面高程。完成該工序觀測只需要4人次，效率大大提高。

3 工程實例

為檢驗該方法的精度能否滿足既有線復(fù)測要求，我們對某段既有線同時采用兩種方法進行觀測，并對比兩者的優(yōu)劣。我們首先檢查GPS-RTK觀測時轉(zhuǎn)換關(guān)系的正確性，然后檢查測點高程質(zhì)量，最后對兩種不同方法觀測的軌中坐標(biāo)和軌面高程進行對比。

3.1 GPS-RTK轉(zhuǎn)換關(guān)系檢查

表1 GPS-RTK測量檢核表

從表1中可以看出，轉(zhuǎn)換關(guān)系中平面殘差最大0 mm，高程殘差最大1 mm。滿足TB 10054—2010鐵路工程衛(wèi)星定位測量規(guī)范規(guī)定的平面殘差控制在15 mm，高程殘差控制在30 mm的要求。對已知點的檢核平面較差最大10 mm,高程較差最大24 mm滿足規(guī)范要求。由此可以判定本次RTK轉(zhuǎn)換關(guān)系正確，可以進行后續(xù)觀測。

3.2 GPS-RTK高程精度檢查

表2 流動站高程檢核

從表2中可以看出流動站大地高和正常高較差為常數(shù)，無突變異常值，因此可以判斷本次RTK觀測高程成果正確。

3.3 GPS-RTK復(fù)測軌中坐標(biāo)成果和傳統(tǒng)復(fù)測軌中坐標(biāo)成果精度檢查

表3 GPS-RTK復(fù)測和傳統(tǒng)復(fù)測坐標(biāo)成果對比表

表4 GPS-RTK復(fù)測和傳統(tǒng)復(fù)測高程成果精度檢查

從表3中可以看出，兩種方法觀測的坐標(biāo)較差最大0.032 2 m，差值正負號不同，這個與GPS-RTK觀測值精度不穩(wěn)定有很大關(guān)系，但是較差滿足復(fù)測要求，成果可以采用。

3.4 GPS-RTK復(fù)測軌面高程成果和傳統(tǒng)復(fù)測高程成果精度檢查

從表4中可以看出，兩種方法觀測的高程較差最大0.047 7 m，且較差忽高忽低，這個與GPS-RTK觀測值精度不穩(wěn)定有很大關(guān)系。雖然部分較差能滿足復(fù)測要求，但存在個別較差過大無法滿足復(fù)測精度要求，因此需要進一步研究。

4 結(jié)語

通過對比，我們可以得出以下結(jié)論：

1)GPS-RTK平面觀測成果和傳統(tǒng)平面觀測成果較差較小，滿足既有線復(fù)測技術(shù)要求，在今后工作中可以推廣使用；

2)GPS-RTK在觀測中要加強測前質(zhì)量檢核，觀測中必須要確保流動站無遮擋、無強電磁干擾并獲得高精度固定解，否則觀測精度不穩(wěn)定，容易發(fā)生錯誤；

3)GPS-RTK觀測高程精度有限，在實際使用中要慎重。

對于后期的工作有以下考慮：

1)對于隧道段落等GPS-RTK無法發(fā)揮作用，考慮全站儀和GPS-RTK配合作業(yè)，重點研究全站儀如何采用GPS-RTK類似的作業(yè)方法快速進行既有線復(fù)測；

2)繼續(xù)研究如何能夠使GPS-RTK觀測高程精度滿足既有線復(fù)測要求；

3)繼續(xù)研究改進方尺等裝置確保曲線等有超高段落高程觀測成果精度；

4)由于目前測繪技術(shù)發(fā)展迅猛，應(yīng)重點研究三維激光掃描儀及航測法在既有線復(fù)測中的應(yīng)用。

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