陳國(guó)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(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，特別是RTK（Real Time Kinematic）測(cè)量技術(shù)由于其方便性應(yīng)用越來(lái)越廣。GPS-RTK作為一種在鐵路測(cè)量中比較常用的新型測(cè)量技術(shù)，在實(shí)際測(cè)量中實(shí)現(xiàn)了把測(cè)量的精準(zhǔn)度提到了cm的級(jí)數(shù)，有了很大的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景，本論文主要論述了GPS-RTK技術(shù)的基本原理和在鐵路測(cè)量過(guò)程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK技術(shù);鐵路測(cè)量;應(yīng)用

1 ?RTK工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 ?工作原理

GPS-RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)）是載波相位差分技術(shù)，是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)量站載波相位觀測(cè)量的差分方法，將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機(jī)，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時(shí)要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)地把觀測(cè)數(shù)據(jù)（偽距觀測(cè)值，相位觀測(cè)值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動(dòng)站接收機(jī)。其原理類似于GPS靜態(tài)觀測(cè)，只是靜態(tài)觀測(cè)是事后處理數(shù)據(jù)，而RTK技術(shù)是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，原理為，最少兩臺(tái)接收機(jī)，一臺(tái)作為基準(zhǔn)站（可以架在已知點(diǎn)也可以不用架在已知點(diǎn)），一臺(tái)流動(dòng)站，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)接受衛(wèi)星信號(hào)，同時(shí)基準(zhǔn)站將接收到的載波相位觀測(cè)值，偽距觀測(cè)值，基準(zhǔn)站坐標(biāo)（此時(shí)的基準(zhǔn)站坐標(biāo)經(jīng)過(guò)點(diǎn)校正為準(zhǔn)確坐標(biāo)），通過(guò)無(wú)線電傳送給流動(dòng)站，流動(dòng)站的固化軟件通過(guò)解算兩種信號(hào)得到，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的空間位置相對(duì)關(guān)系（即基線向量）加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)就為流動(dòng)站的在當(dāng)前坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)。

1.2 ?優(yōu)點(diǎn)

（1）觀測(cè)站之間無(wú)需通視。RTK測(cè)量不要求觀測(cè)站之間相互通視，因而不再需要建造覘標(biāo)。這一優(yōu)點(diǎn)即可大大減少測(cè)量工作的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，同時(shí)也使點(diǎn)位的選擇變得甚為靈活。

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

（3）定位精度高，沒(méi)有誤差積累。RTK所有流動(dòng)站放樣都只跟基準(zhǔn)站相聯(lián)，相當(dāng)于每個(gè)放樣點(diǎn)都是以基準(zhǔn)站放樣，沒(méi)有誤差累計(jì)，完成改變了全站儀距離產(chǎn)生的累計(jì)誤差。

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

（5）兩種設(shè)站方式（已知點(diǎn)設(shè)站和任意設(shè)站）方便快捷精度高。

（6）工作模式多樣化，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況選擇工作模式。

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

1.3 ?缺點(diǎn)

（1）GPS衛(wèi)星信號(hào)對(duì)測(cè)量精度影響較大，且部分位置無(wú)衛(wèi)星信號(hào)，直接影響外業(yè)觀測(cè)。

（2）每天的13～15點(diǎn)這兩個(gè)小時(shí)內(nèi)電離層會(huì)影響GPS衛(wèi)星數(shù)量，導(dǎo)致接收機(jī)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(cè)量精度。

（4）在山區(qū)出現(xiàn)的高程異常對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差，高海拔地區(qū)作業(yè)時(shí)RTK的高程精度也受到影響。

2 ?GPS-RKT作業(yè)精度

隨著GPS技術(shù)的不斷提高，RTK作業(yè)精度也有了穩(wěn)步提升，實(shí)時(shí)動(dòng)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(guò)多次測(cè)試，RTK在觀測(cè)60s～180s的時(shí)間長(zhǎng)度放樣點(diǎn)位精度可以達(dá)到1.5cm以內(nèi)。可以進(jìn)行2cm限差的結(jié)構(gòu)物放樣。

3 ?GPS-RTK在鐵路測(cè)量中的應(yīng)用

3.1 ?應(yīng)用于控制測(cè)量

在鐵路定測(cè)中對(duì)中線放樣工作之前，采用傳統(tǒng)的測(cè)量方法，沿著鐵路線進(jìn)行鋪設(shè)平面控制網(wǎng)的工作。解算后對(duì)各點(diǎn)的平面坐標(biāo)進(jìn)行求解，兩點(diǎn)之間的距離應(yīng)該控制在5km～8km內(nèi)。與此同時(shí)與國(guó)家聯(lián)測(cè)求出各點(diǎn)的坐標(biāo)。同時(shí)也應(yīng)該考慮到投影變形的情況，因?yàn)闇y(cè)量區(qū)域的位置會(huì)對(duì)投影的變形造成一定的影響，而且全程的鐵路線路又長(zhǎng)短不一，所以會(huì)涉及到很廣的地域。又因?yàn)椴煌€路的走向不同，線路經(jīng)過(guò)的地形也不同，因此變形的情況會(huì)出現(xiàn)一定的差異。由于投影帶的變形限制，因此放樣長(zhǎng)度和實(shí)際的長(zhǎng)度會(huì)不一致，因此要盡快采取相關(guān)的解決措施來(lái)改善這種情況。

3.2 ?應(yīng)用于繪制大比例地形圖

對(duì)于測(cè)量工作者來(lái)說(shuō)，測(cè)量工作始終要遵循先控制后碎步的工作原理，工作量相當(dāng)?shù)拇?，而RTK作業(yè)，可在地形地物上直接測(cè)量獲取三維坐標(biāo)，再由控制器中的軟件系統(tǒng)將坐標(biāo)、高程與有關(guān)的點(diǎn)屬性編碼綜合存儲(chǔ)，在室內(nèi)及時(shí)繪制大比例地形圖，但有時(shí)候會(huì)碰到少量的障礙物后應(yīng)怎樣處理的問(wèn)題，現(xiàn)在RTK-GPS控制器系統(tǒng)中的坐標(biāo)幾何功能就能很好地解決這樣的問(wèn)題，用線-線交點(diǎn)，線-距正交等方法間接算出所求點(diǎn)的坐標(biāo)。運(yùn)用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量不僅使測(cè)量難度大幅度降低，而且使工作量大幅減少，同時(shí)節(jié)省了大量的人力和物力等。

3.3 ?應(yīng)用于鐵路中線及邊坡放樣

GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用到鐵路中線及放樣，只需一人就可以完成整個(gè)項(xiàng)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(diǎn)和終點(diǎn)及坐標(biāo)、曲線長(zhǎng)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(jìn)行放樣了。這種放樣方法不僅方便操作，而且也可以隨時(shí)對(duì)樁號(hào)和坐標(biāo)放樣進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如果在進(jìn)行放樣的過(guò)程中出現(xiàn)方位的偏移時(shí)，會(huì)在屏幕上面直接顯示，并且用箭頭表示出來(lái)以便于后期人為更改。因?yàn)槊總€(gè)點(diǎn)的測(cè)量都是分開(kāi)進(jìn)行的，因此不會(huì)出現(xiàn)大范圍內(nèi)的測(cè)量誤差。因?yàn)镚PS對(duì)信號(hào)的接收沒(méi)有太大的難度限制，只用保證小范圍內(nèi)無(wú)遮擋物即可，因此也不用對(duì)遮擋信號(hào)的樹(shù)木進(jìn)行砍伐，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。在放樣工作進(jìn)行中，為了盡量降低出現(xiàn)誤差的概率，應(yīng)在固定范圍內(nèi)對(duì)坐標(biāo)校正，做到出現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)解決。

3.4 ?應(yīng)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(guò)程中要注意檢核。放樣前在流動(dòng)站獲得固定解后要在已知三維坐標(biāo)的控制點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，在該點(diǎn)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)偏差平面達(dá)到10mm以內(nèi)、高程達(dá)到20mm以內(nèi)，方可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放樣工作。若偏差較大需檢查基準(zhǔn)站架設(shè)的儀器是否對(duì)中、坐標(biāo)系定義是否正確、坐標(biāo)輸入是否有誤等。樁位放樣后，應(yīng)用同一承臺(tái)內(nèi)的樁位的相對(duì)幾何關(guān)系驗(yàn)證，同一承臺(tái)內(nèi)的樁基全站儀只放樣一個(gè)樁位即可對(duì)全部樁基進(jìn)行位置復(fù)核，既提高了工作效率又保證了精度。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)在，在我國(guó)鐵路建設(shè)中GPS-RTK技術(shù)已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。它與傳統(tǒng)的鐵路測(cè)量方法相比，具有顯著的優(yōu)勢(shì)，不僅能在取得較高的精度前提下提高鐵路測(cè)量的工作效率，而且能與時(shí)俱進(jìn)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛的運(yùn)用到測(cè)量領(lǐng)域。同時(shí)也影響著測(cè)量工具和手段開(kāi)始逐步發(fā)生轉(zhuǎn)變，測(cè)量數(shù)據(jù)的精度以及方式的創(chuàng)新有效的提高了我國(guó)鐵路建設(shè)的工作水平和質(zhì)量。利用一些相關(guān)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，減輕了工作人員外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度和壓力，從而使整個(gè)鐵路的勘測(cè)工期實(shí)現(xiàn)縮短。GPS-RTK技術(shù)在鐵路測(cè)量領(lǐng)域有很廣闊的應(yīng)用前景，此外GPS-RTK作業(yè)以其高效率還可廣泛應(yīng)用于航測(cè)外控、鐵路、公路、電力的勘測(cè)設(shè)計(jì)和施工放樣以及石油勘探、水文地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1] ?TB 10101—2009.鐵路工程測(cè)量規(guī)范[S] .

[2] ?TB 10601—2009.高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范[S] .

[3] ?GB/T 18314—2009.全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范[S] .

[4] TB 10054—2010.鐵路工程衛(wèi)星定位測(cè)量規(guī)范[S] .