姚源嘉

南昌鐵路天河測量技術(shù)股份有限公司，江西 南昌 330002

現(xiàn)階段，全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)RTK技術(shù)憑借自身多項優(yōu)勢，在測量工作中得到了普遍應(yīng)用，項目實踐精度有效提升。鐵路測量工程包含多項細碎化測量內(nèi)容，精準(zhǔn)度要求較高，將RTK技術(shù)應(yīng)用于鐵路測量，可有效保證測量精度可靠性，促進鐵路測量工作的持續(xù)性發(fā)展。

1 鐵路工程測量中RTK技術(shù)的原理

傳統(tǒng)測量方式均需通過事后解算獲取厘米級精度，而RTK作為一種新型GPS測量方式，可野外實時獲取厘米級定位精度，依托載波相位動態(tài)實時差分方法，是GPS應(yīng)用里程碑標(biāo)志，該技術(shù)的興起為工程放樣、地形測圖等提供了新的方向，提高了測量效率。RTK技術(shù)主要是建立在實時處理兩個測站載波相位層面上，實時輸送觀測點三維坐標(biāo)，并保證測量精度實現(xiàn)厘米級。通常RTK測量系統(tǒng)由三大模塊構(gòu)成，即GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和實施動態(tài)測量軟件。RTK技術(shù)工作原理是，將一臺接收機安設(shè)于基準(zhǔn)站上，另一臺或其他幾臺布設(shè)于流動站上，基準(zhǔn)站與流動站處于相同時間，獲取同一衛(wèi)星發(fā)射的信號，基準(zhǔn)站實時將測量載波相位觀測數(shù)值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)等數(shù)據(jù)通過無線電傳輸至流動站，流動站及時收取基準(zhǔn)站傳輸信息，對載波相位觀測值進行差分，最終獲取基準(zhǔn)站和流動站基線向量，然后通過基線向量與基準(zhǔn)站坐標(biāo)之和，獲取流動站各個坐標(biāo)值，最終通過轉(zhuǎn)換明確流動站坐標(biāo)值[1]。

基準(zhǔn)站與流動站的相互關(guān)聯(lián)性體現(xiàn)在，基準(zhǔn)站計算調(diào)整之后將數(shù)據(jù)輸送至流動站，該過程目標(biāo)的實現(xiàn)主要借助于數(shù)據(jù)鏈，單基站RTK數(shù)據(jù)鏈由兩部分構(gòu)成，即調(diào)制調(diào)器、電臺。其中，前者的核心目標(biāo)是將改正數(shù)進行編碼和調(diào)制，之后輸送至電臺中發(fā)射，流動站及時接收其相關(guān)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)解調(diào)之后傳輸至GPS接收機進行改正；后者是將調(diào)整之后的數(shù)據(jù)以電磁波形式輻射，可在特定范圍內(nèi)提供信號，保證流動站接收信息的可靠性。

用戶站發(fā)送和接收差分改正、原始數(shù)據(jù)觀測等，可選用多種方式實現(xiàn)，RTK地面通信鏈依附于業(yè)余無線電、蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字集群系統(tǒng)等，其傳輸速率不一。衛(wèi)星定位靜態(tài)測量數(shù)據(jù)處理應(yīng)用中，核心目標(biāo)是基線向量的求解，因此計算程序布設(shè)是通過三差確定相似基線長度，通過浮動雙差法解除相位模糊度及基線矢量，待相位模糊度湊整之后，極端固定雙差，最終解出基線向量。衛(wèi)星定位動態(tài)應(yīng)用中，RTK數(shù)據(jù)處理屬于單基線處理過程，選取基準(zhǔn)站和流動站載波相位觀測差分?jǐn)?shù)，組合新的載波相位，其中將流動站未知坐標(biāo)視為隨機參數(shù)，載波相位整周模糊度是非隨機參數(shù)進行求解。

2 鐵路工程測量中RTK技術(shù)的優(yōu)缺點

2.1 RTK技術(shù)優(yōu)勢

（1）RTK作業(yè)自動化、集成程度高，測繪功能優(yōu)良。RTK技術(shù)可應(yīng)用的測繪領(lǐng)域范圍較廣，滿足測繪內(nèi)、外作業(yè)測量要求，流動站內(nèi)使用內(nèi)裝式軟件，可自行實施各類測量功能，無須人工干預(yù)，能將專業(yè)人員從煩瑣復(fù)雜的工作中解脫出來，減小由于人為操作形成的誤差，進而提升測量作業(yè)精準(zhǔn)度。（2）降低作業(yè)條件。RTK技術(shù)僅要求滿足兩點間對天基本通視、電磁波通視即可，在光學(xué)通視上并無過高要求。因此，與傳統(tǒng)測量技術(shù)相較，RTK技術(shù)實施受外界影響因素干擾較少，如通視條件、氣候等，有效突破了傳統(tǒng)測量技術(shù)的局限性?；趥鹘y(tǒng)測量技術(shù)層面，在地形復(fù)雜、障礙物較多的難通視區(qū)域內(nèi)，僅需滿足RTK技術(shù)應(yīng)用基本條件，便可實現(xiàn)高精準(zhǔn)度的測量作業(yè)。（3）定位精度高、數(shù)據(jù)安全可靠，不會產(chǎn)生誤差積累。以全站儀為代表的測量儀器經(jīng)過多次搬動移動之后，均不同程度存在誤差累積，移動次數(shù)與累積誤差成正相關(guān)；而RTK并不會產(chǎn)生此類作業(yè)瓶頸，只要滿足RTK基本工作條件，處于作業(yè)半徑范圍內(nèi)，RTK技術(shù)測量的平面和高程精度可實現(xiàn)厘米級別。（4）測量作業(yè)效率高。在一般地形條件下，高質(zhì)量的RTK測設(shè)站可一次性測量半徑為10km的測區(qū)，有效減少傳統(tǒng)測量方式下需布設(shè)多個控制測量點和搬運儀器的問題，僅需一人便可完成測量操作。一般電磁波環(huán)境下獲取一個具體點位實際坐標(biāo)，僅需幾秒鐘便可完成，作業(yè)速率較快，勞動強度較低，能在加快測量速率的基礎(chǔ)上，降低測量成本支出。（5）操作便捷、數(shù)據(jù)處理能力強。測繪RTK基準(zhǔn)站無需進行任何布設(shè)，移動站可移動獲取測量結(jié)果，數(shù)據(jù)收集、存儲及處理能力強，短時間內(nèi)與計算機連接，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，另外，測繪軟件使用知識及流程簡單易掌握[2]。

2.2 RTK技術(shù)缺點

即便RTK技術(shù)擁有其他儀器無法比擬的優(yōu)勢，但其在鐵路測量工程上的實踐表明仍存在以下不足。

（1）受衛(wèi)星狀況限制。隨著用戶實際需求的日漸提高，GPS衛(wèi)星空間構(gòu)成和衛(wèi)星信號強度均難以滿足實際所需。譬如在中、低緯度地區(qū)存在兩次盲區(qū)，一般每次持續(xù)時間在20～30min，處于盲區(qū)內(nèi)的衛(wèi)星幾何圖形結(jié)構(gòu)強度低，RTK測量難以實現(xiàn)固定解，以及在信號強度較弱，對空遮擋較為嚴(yán)重的區(qū)域，GPS無法正常工作。（2）受電離層影響。通常在白天中午時間段，受電離層干擾較大，共用衛(wèi)星數(shù)量較少，因而初始化時間較長，無法進行實際測量。根據(jù)實際調(diào)研測量，每天12：00—13：00，RTK測量難以獲取固定解。（3）受數(shù)據(jù)鏈電臺傳輸距離干擾。數(shù)據(jù)鏈電臺實際數(shù)據(jù)傳輸過程中，易受外界環(huán)境干擾，如建筑物等，導(dǎo)致外業(yè)精度及測量范圍不準(zhǔn)確。此外，RTK實際測量作業(yè)超出特定距離時，測量誤差會超限，因此RTK實際作業(yè)半徑小于有效半徑。（4）受高程異常問題影響。RTK測量工作模式要求高程轉(zhuǎn)換應(yīng)具備良好的精確性，我國部分區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)換存在一定誤差，精度分布缺乏均勻性，最終影響RTK高程測量的精度。

3 RTK技術(shù)在鐵路工程測量中的實際應(yīng)用

3.1 基站設(shè)備

依照鐵路工程測量相關(guān)規(guī)定，工程路線周圍應(yīng)布設(shè)超過18個控制點，并將其作為GPS基準(zhǔn)站。布設(shè)平面控制點時，建議以C級靜態(tài)相對測量精度為標(biāo)準(zhǔn)，對其進行系統(tǒng)性測量，GPS接收機通過不斷切換模式，實現(xiàn)靜態(tài)GPS切換功能，并將三等精度作為測量標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)測水準(zhǔn)的高程。

3.2 確定坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

鐵路工程測量具有一定的復(fù)雜性，利用傳統(tǒng)測量方式難以滿足測量精確度較高的要求。因此，應(yīng)用RTK測量技術(shù)，聯(lián)合與之匹配的各類儀器進行測量，在確定坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的過程中，可通過以下兩種方式實現(xiàn)：第一，在鐵路工程測量現(xiàn)場使用。實際測量中需從原有平面控制點中選取3個具有高程的控制點，并將相對應(yīng)的坐標(biāo)輸送至測量控制器內(nèi)部，之后逐項對每個控制點以5min為時間間隔進行定位測量，待全部完成之后，通過內(nèi)部控制器軟件自行生成相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。選用此種方式，可保證參數(shù)轉(zhuǎn)換的可靠性，但需耗損較長時間，在鐵路工程測量中應(yīng)用的可行性較低。第二，利用點校正方式存留轉(zhuǎn)換參數(shù)。實際測量過程中需特別注意的是，無須每次逐個調(diào)整控制點。該方式不僅可保證參數(shù)計算的精準(zhǔn)度，而且計算速率較快，可滿足鐵路工程測量的實際要求[3]。

4 使用RTK技術(shù)進行分項測量

4.1 普通控制測量

實際鐵路項目測量過程中，充分應(yīng)用RTK技術(shù)先進性，對已知路控制點以及利用相對靜態(tài)加密的控制點，實現(xiàn)全周期實時跟蹤觀測，觀測時間控制在3～5min。為保證全站儀滿足鐵路工程測量實際要求，應(yīng)加密部分測設(shè)控制點。

4.2 定線與放樣

鐵路工程測量過程中，在放樣與定線之前，應(yīng)將線路輸入相關(guān)細節(jié)錄入相關(guān)控制器內(nèi)，并在此基礎(chǔ)上自行生成相應(yīng)的線路圖，如此可保證實際作業(yè)中控制器實時對其工作狀況進行監(jiān)測，以此明晰觀測點內(nèi)實際歷程及偏移距離，為放樣和定線提供基礎(chǔ)保障。

4.3 對地形進行測繪

利用RTK技術(shù)對地形進行測繪的過程中，為進一步提高測量工作的實際效率，可選用多小組同時測量方式。然而，鐵路工程部分測量區(qū)域地形較為復(fù)雜，會對GPS信號造成一定的干擾，影響最終地形測繪成效。因此，為解決上述測量瓶頸問題，可選用全站儀和RTK技術(shù)聯(lián)合的方式解決復(fù)雜條件下的地形測繪問題。

4.4 橫斷面與縱斷面測量

通常鐵路工程測量中包含多個復(fù)雜項，均需測量，如隧道、橋梁以及路基等，且此類工程測量精度要求較高，在施工時間緊張的條件下，會增加測量作業(yè)實施難度。選用RTK技術(shù)應(yīng)用橫斷面與縱斷面測量，主要流程是待其中線確定之后，利用中線樁點坐標(biāo)，使用繪圖軟件，可短期內(nèi)完成路線的縱斷面以及各樁點橫斷面測量。因為實際所需數(shù)據(jù)均是繪制地圖時采集，所以無須再次進行現(xiàn)場實際測量，以有效降低各類資源耗損。

5 結(jié)束語

RTK技術(shù)的誕生為測量作業(yè)提供了新的發(fā)展方向，其集成了多項先進技術(shù)，能實現(xiàn)厘米級實時定位，成功將測繪領(lǐng)域應(yīng)用從單純控制測量擴展至常規(guī)工程測量中，其仍存在較大的挖掘空間，與GIS集成、綜合自動化是未來發(fā)展趨勢，具有廣闊的應(yīng)用前景。