陳國柱

摘 ? ?要：隨著科技發(fā)展，GPS（Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)已在各個領域廣泛應用，特別是RTK（Real Time Kinematic）測量技術由于其方便性應用越來越廣。GPS-RTK作為一種在鐵路測量中比較常用的新型測量技術，在實際測量中實現(xiàn)了把測量的精準度提到了cm的級數(shù)，有了很大的應用價值和發(fā)展前景，本論文主要論述了GPS-RTK技術的基本原理和在鐵路測量過程中的應用。

關鍵詞：GPS-RTK技術;鐵路測量;應用

1 ?RTK工作原理和優(yōu)缺點

1.1 ?工作原理

GPS-RTK（實時動態(tài)差分技術）是載波相位差分技術，是實時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法，將基準站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機，進行求差解算坐標。關鍵在于數(shù)據(jù)處理技術和數(shù)據(jù)傳輸技術，RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)（偽距觀測值，相位觀測值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機。其原理類似于GPS靜態(tài)觀測，只是靜態(tài)觀測是事后處理數(shù)據(jù)，而RTK技術是實時數(shù)據(jù)處理，原理為，最少兩臺接收機，一臺作為基準站（可以架在已知點也可以不用架在已知點），一臺流動站，基準站和流動站同時接受衛(wèi)星信號，同時基準站將接收到的載波相位觀測值，偽距觀測值，基準站坐標（此時的基準站坐標經(jīng)過點校正為準確坐標），通過無線電傳送給流動站，流動站的固化軟件通過解算兩種信號得到，基準站和流動站的空間位置相對關系（即基線向量）加上基準站坐標就為流動站的在當前坐標系下的平面坐標。

1.2 ?優(yōu)點

（1）觀測站之間無需通視。RTK測量不要求觀測站之間相互通視，因而不再需要建造覘標。這一優(yōu)點即可大大減少測量工作的經(jīng)費和時間，同時也使點位的選擇變得甚為靈活。

（2）提供三維坐標。RTK測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。RTK測量的這一特點，不僅為研究大地水準面的形狀和確定地面點的高程開辟了新途徑，同時也為其在航空物探、航空攝影測量及精密導航中的應用，提供了重要的高程數(shù)據(jù)。

（3）定位精度高，沒有誤差積累。RTK所有流動站放樣都只跟基準站相聯(lián)，相當于每個放樣點都是以基準站放樣，沒有誤差累計，完成改變了全站儀距離產生的累計誤差。

（4）測量作業(yè)多樣化，有測量點、放樣點、線路放樣測量、電力線、參考線、地震線、物探等多種測量作業(yè)。

（5）兩種設站方式（已知點設站和任意設站）方便快捷精度高。

（6）工作模式多樣化，可根據(jù)現(xiàn)場施工情況選擇工作模式。

（7）全天候作業(yè)，可以在任何地點、任何時間連續(xù)地進行，一般也不受天氣狀況的影響。

1.3 ?缺點

（1）GPS衛(wèi)星信號對測量精度影響較大，且部分位置無衛(wèi)星信號，直接影響外業(yè)觀測。

（2）每天的13～15點這兩個小時內電離層會影響GPS衛(wèi)星數(shù)量，導致接收機不能初始化。

（3）數(shù)據(jù)鏈傳輸受障礙物和傳輸距離影響較大，直接影響測量精度。

（4）在山區(qū)出現(xiàn)的高程異常對測量結果產生較大誤差，高海拔地區(qū)作業(yè)時RTK的高程精度也受到影響。

2 ?GPS-RKT作業(yè)精度

隨著GPS技術的不斷提高，RTK作業(yè)精度也有了穩(wěn)步提升，實時動態(tài)RTK精度為：平面精度：±（10+1×10-6×D）mm、高程精度：±（20+1×10-6×D）mm。經(jīng)過多次測試，RTK在觀測60s～180s的時間長度放樣點位精度可以達到1.5cm以內。可以進行2cm限差的結構物放樣。

3 ?GPS-RTK在鐵路測量中的應用

3.1 ?應用于控制測量

在鐵路定測中對中線放樣工作之前，采用傳統(tǒng)的測量方法，沿著鐵路線進行鋪設平面控制網(wǎng)的工作。解算后對各點的平面坐標進行求解，兩點之間的距離應該控制在5km～8km內。與此同時與國家聯(lián)測求出各點的坐標。同時也應該考慮到投影變形的情況，因為測量區(qū)域的位置會對投影的變形造成一定的影響，而且全程的鐵路線路又長短不一，所以會涉及到很廣的地域。又因為不同線路的走向不同，線路經(jīng)過的地形也不同，因此變形的情況會出現(xiàn)一定的差異。由于投影帶的變形限制，因此放樣長度和實際的長度會不一致，因此要盡快采取相關的解決措施來改善這種情況。

3.2 ?應用于繪制大比例地形圖

對于測量工作者來說，測量工作始終要遵循先控制后碎步的工作原理，工作量相當?shù)拇螅鳵TK作業(yè)，可在地形地物上直接測量獲取三維坐標，再由控制器中的軟件系統(tǒng)將坐標、高程與有關的點屬性編碼綜合存儲，在室內及時繪制大比例地形圖，但有時候會碰到少量的障礙物后應怎樣處理的問題，現(xiàn)在RTK-GPS控制器系統(tǒng)中的坐標幾何功能就能很好地解決這樣的問題，用線-線交點，線-距正交等方法間接算出所求點的坐標。運用GPS-RTK技術進行測量不僅使測量難度大幅度降低，而且使工作量大幅減少，同時節(jié)省了大量的人力和物力等。

3.3 ?應用于鐵路中線及邊坡放樣

GPS-RTK技術應用到鐵路中線及放樣，只需一人就可以完成整個項目，大幅度節(jié)約了人力資源。將線路參數(shù)，例如線路的起點和終點及坐標、曲線長度、偏角和半徑以及線路斷面等數(shù)據(jù)輸入到RTK控制區(qū)，就可以進行放樣了。這種放樣方法不僅方便操作，而且也可以隨時對樁號和坐標放樣進行轉換。如果在進行放樣的過程中出現(xiàn)方位的偏移時，會在屏幕上面直接顯示，并且用箭頭表示出來以便于后期人為更改。因為每個點的測量都是分開進行的，因此不會出現(xiàn)大范圍內的測量誤差。因為GPS對信號的接收沒有太大的難度限制，只用保證小范圍內無遮擋物即可，因此也不用對遮擋信號的樹木進行砍伐，有利于保護生態(tài)環(huán)境。在放樣工作進行中，為了盡量降低出現(xiàn)誤差的概率，應在固定范圍內對坐標校正，做到出現(xiàn)問題，及時解決。

3.4 ?應用于鐵路樁基放樣

樁基成樁中心允許偏差±50mm ， 使用GPS-RTK放樣完全可以滿足精度要求，但在放樣過程中要注意檢核。放樣前在流動站獲得固定解后要在已知三維坐標的控制點進行校準，在該點的實測坐標與設計坐標偏差平面達到10mm以內、高程達到20mm以內，方可進行現(xiàn)場放樣工作。若偏差較大需檢查基準站架設的儀器是否對中、坐標系定義是否正確、坐標輸入是否有誤等。樁位放樣后，應用同一承臺內的樁位的相對幾何關系驗證，同一承臺內的樁基全站儀只放樣一個樁位即可對全部樁基進行位置復核，既提高了工作效率又保證了精度。

4 ?結束語

現(xiàn)在，在我國鐵路建設中GPS-RTK技術已經(jīng)得到越來越廣泛的應用。它與傳統(tǒng)的鐵路測量方法相比，具有顯著的優(yōu)勢，不僅能在取得較高的精度前提下提高鐵路測量的工作效率，而且能與時俱進，隨著科學技術的不斷發(fā)展，這項技術已經(jīng)廣泛的運用到測量領域。同時也影響著測量工具和手段開始逐步發(fā)生轉變，測量數(shù)據(jù)的精度以及方式的創(chuàng)新有效的提高了我國鐵路建設的工作水平和質量。利用一些相關的數(shù)據(jù)處理技術，減輕了工作人員外業(yè)勞動強度和壓力，從而使整個鐵路的勘測工期實現(xiàn)縮短。GPS-RTK技術在鐵路測量領域有很廣闊的應用前景，此外GPS-RTK作業(yè)以其高效率還可廣泛應用于航測外控、鐵路、公路、電力的勘測設計和施工放樣以及石油勘探、水文地質調查等領域。

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