GPS-RTK技術在鐵路定測中的應用
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人氣：發表時間：2021-12-21 10:18
RTK定位技術是以載波相位觀測值為根據的實時差分GPS定位技術，實施動態測量。在RTK作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還要采集GPS觀測數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理，同時通過輸入的相應的坐標轉換參數和投影參數，實時得到流動站的三維坐標及精度。
1、RTK在鐵路定測中的作業模式
1．1 選擇作業時段
鐵路沿線地物地貌復雜多變，為獲取完整的數據，必須根據衛星可見預報和天氣預報選擇最佳觀測時段。衛星的幾何分布越好，定位精度就越高，衛星的分布情況可用用Planning 軟件 查看多項預測指標，根據預測結果合理安排工作計劃。
1．2 建立測區平面控制網
根據中線放樣資料，用GPS靜態測量方法建立測區控制網，相鄰點間間距5－8公里，并與國家點聯測，求出各控制點平面坐標，同時投影變形不得不考慮，變形的程度與測區地理位置和高程有關，鐵路線路短則數十公里，長則上千公里，跨越范圍廣，線路走向、地形情況千差萬別，長度變形各不相同。在3o投影帶的邊緣，長度變形可達以上，導致中線樁由圖上反算的放樣長度與實地測量長度不一致，無法滿足放樣要求。因此必須采取相應的措施消弱長度變形。
1．3 高程控制測量
GPS得到的高程是大地高，而實際采用的是正常高，需要將大地高轉化為正常高。而測區的高程異常是未知數，且高程異常的變化較復雜，特別在山區精度較差。此外，新線定測要求約每隔2KM設置水準點，而有些地形環境不能滿足GPS觀測的條件，采用高程擬合的方法擬合的高程精度不能得到保證。完全用GPS替代等級水準難度大。因此等級水準仍采用水準儀作業模式。
1．4 求取地方坐標轉換參數
合理選擇控制網中已知的WGS84和北京54坐標（或地方獨立網格坐標）以及高程的公共點，求解轉換參數，為RTK動態測量做好準備。選擇轉換參數時要注意以下兩個問題：①要選測區四周及中心的控制點，均勻分布；②為提高轉化精度，最好選3個以上的點，利用最小二乘法求解轉換參數。
1．5 基準站選定
基準站設置除滿足GPS靜態觀測的條件外，還應設在地勢較高，四周開闊的位置，便于電臺的發射?？稍O在具有地方網格坐標和WGS84坐標的已知點上，也可未知點設站。
1.6 放樣內業數據準備
利用測量內外業一體化程序完成全部計算工作。將線路的起點坐標、方位角、加直線長度及曲線要素輸入，程序根據里程計算出全線待放樣點的坐標，其中直線上每50米一個點，曲線上每10米一個點。按相應的數據格式將放樣點坐標導出成Trimble DC文件，通過Data Transfer將DC文件導入到外業掌上電腦供外業調用。
1．7 外業操作
將基準站接收機設在基準點上，開機后進行必要的系統設置、無線電設置及天線高等輸入工作。流動站接收機開機后首先進行系統設置，輸入轉換參數，再進行流動站的設置和初始化工作。通常公布的坐標系統和大地水準面模型不考慮投影中的當地偏差，因此要通過點校正來減少這些偏差，獲得更精確的當地網格坐標，且確保作業區域在校正的點范圍內。
2、應用實例
2003年我公司對官柴線延長至新安煤礦鐵路專用線進行定測。該專用線全長14.095公里，測區地勢平坦，除幾處外都較適合GPS-RTK測量。作業時將基準站設在大致全線中心處，距離最遠待放樣點7km多,滿足作業要求。
2．1 勞動組織及作業進度
利用RTK技術進行線路定測，將常規的沿線路中線測量模式改變為線路坐標控制測量模式，直接利用控制點測設中線，一次放出整樁和加樁，無需在做交點的貫通測量，進行中線、中平、斷面的一次作業。
采用1＋2作業模式：基準站1人；流動站4人，其中2人操作GPS,1人寫樁號、打樁，1人背木樁，1人用流動站作斷面；抄平組7人，其中2人記錄，2人司鏡，2人跑尺，1人拉鏈。
作業時，由流動站放樣中樁點，抄平組馬上測其高程，另一流動站作斷面。且根據地物地貌的屬性可對觀測點進行屬性編碼，以取代原有的中樁記錄。
實際作業進度，每天完成新線定測2.5公里。
對于要觀測的跨線高和不適合RTK放樣的點，可以與全站儀相結合的方法解決；現場無法用GPS測量的斷面可由抄平組完成。
2．2 精度情況
公司未配GPS時，均采用全站儀放樣，多年實踐表明，全站儀中線測量精度較高，為檢驗GPS-RTK測量的精度，我們事先用全站儀放樣一段線路，并將結果作為參考值，兩種作業模式的成果比較如下：
坐 標 比 較
3、RTK動態測量的特點
根據統計結果分析,最大平面較差為7mm，因此，我們認為RTK測量成果質量可信。
1）在能夠接收GPS衛星信號的任何地方，可進行全天候作業。
2）經典GPS測量不具備實時性，RTK動態測量彌補這一缺陷，放樣精度可達到厘米級，誤差不累積。
3）流動站利用同一基準站信息可各自獨立開展工作。
4）實時提供測點三維坐標，現場及時對觀測質量進行檢查，避免外業出現返工。
5）GPS誤差不累積。
4、結束語
RTK技術不僅能達到較高的定位精度，而且大大提高了測量的工作效率，隨著RTK技術的提高，這項技術已經逐步應用到測圖工作中。通過相應的數據處理程序，可大大減輕了測量人員的內外業勞動強度，因此RTK技術在鐵路勘測設計領域有廣闊的應用前景。
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