杜鵬偉

（中鐵二十二局集團第二工程有限公司，北京 100041）

勘察是中國鐵路建設初期最重要的環(huán)節(jié)，在鐵路工程勘察過程中，需要進行電氣設計勘察、征地勘察、基礎勘察、施工安裝勘察、鐵路工程勘察。測量在項目后期的維護和檢查過程中也發(fā)揮著重要作用。目前，在中國，GPS-RTK技術正在應用于鐵路工程研究中，GPS-RTK技術在鐵路工程中的應用正在中國鐵路工程研究工作中產生重大影響。現(xiàn)階段，GPS-RTK技術將主要應用于選路階段、路線階段、位置管理等相關環(huán)節(jié)，促進中國鐵路工程的健康發(fā)展。

1 RTK技術概述

除了用于管理固網(wǎng)傳輸外，RTK還可以用于實時監(jiān)控，基于載波時間監(jiān)測的RTK測量技術可以檢測特定的GPS測量值。主要思想是設置從參考站到接收器的GPS以監(jiān)控視覺狀態(tài)。內置的GPS衛(wèi)星持續(xù)監(jiān)控并使用無線發(fā)射器將視覺數(shù)據(jù)實時發(fā)送到用戶的監(jiān)控通道。在用戶監(jiān)測站，GPS接收機接收參考站發(fā)送的觀測數(shù)據(jù)，然后接收衛(wèi)星信號，此過程需要無線設備，它還基于相對位置理論實時求解整個圓的不等式，找到未知數(shù)，并計算用戶信道的空間和精度，狀態(tài)結果實時計算，用戶監(jiān)測通道對觀測質量進行評價，對得到的結果和結果的準確性進行實時判斷和組合，避免出現(xiàn)不必要的問題，顯示反應時間短。

GPS-RTK技術已經成為應用最廣泛的測量技術之一，可以使用GPS來識別、分析和整合測量數(shù)據(jù)，開發(fā)基于精確GPS技術的RTK（實時動態(tài)）技術。結合和改進這兩種技術將產生測量技術的新策略?？梢杂行岣邷y距精度，保證實時定位數(shù)據(jù)精度，形成RTK技術后，可以在技術研究中發(fā)揮重要作用。

GPS-RTK系統(tǒng)實際運行需要三個組成部分：基站、移動臺和數(shù)據(jù)連接。這三種協(xié)作方式可以有效提高測量精度。還可以將GPS接收器收集的所有數(shù)據(jù)發(fā)送到通道，最后使用互聯(lián)網(wǎng)連接技術將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到電話通道。此功能既可以提高GPS數(shù)據(jù)的準確性，檢測數(shù)據(jù)錯誤，也可以提供給數(shù)據(jù)地圖供以后使用。

2 高速鐵路工程測量中常見的問題

（1）缺乏相關設計方案。在這個階段，許多研究項目在高鐵工程研究之前沒有適當?shù)脑O計方案。在這種情況下直接進行地質調查會增加整體調查工作的不確定性并可能使最后的工作無效。如果下一個測量任務沒有解決方案，就會對原有網(wǎng)絡造成一定的破壞，增加測量任務的工作量，測量目標的實現(xiàn)問題非常嚴重。

（2）測量誤差較大。在進行調查和布置巖土網(wǎng)絡時，一些研究單位在追求單邊成本節(jié)約和縮短施工時間方面遇到了困難。此外，層次網(wǎng)絡布局理論在實際測繪中并未受到太多關注。因此，測量誤差不斷累積，最終影響測量數(shù)據(jù)的準確性。

3 GPS-RTK技術工作原理

目前，RTK 的全稱是常規(guī)數(shù)據(jù)庫部署技術。最先進的技術提供標準級厘米，可以滿足整個工程規(guī)模的整體精度要求。

RTK技術通過結合地球靜止軌道技術、空間技術、衛(wèi)星技術、無線通信技術、計算機技術等廣泛的技術能力，可廣泛應用于各個領域。 RTK 具有三個主要組成部分：基站、多移動信道和通信系統(tǒng)。提供基站的設備包括 GPS 接收器和天線、無線傳輸、電源、信道控制器等。流動站的主要功能有GPS天線、接收機、指南等。

在測量過程中，所有衛(wèi)星數(shù)據(jù)都被傳輸?shù)交?，基站又將?shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿优_?？梢钥吹?，每個移動頻道收到的數(shù)據(jù)有兩個來源：衛(wèi)星數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)頻道數(shù)據(jù)。當移動頻道被激活時，控制器訪問主頻道數(shù)據(jù)并顯示移動頻道的確切空間。 RTK 系統(tǒng)能夠快速準確地解決數(shù)值歧義的主要原因是系統(tǒng)的算法非?？?。該高速算法包括運算法、最小二乘搜索法、綜合波導搜索法和高速衰減法。 RTK 技術的優(yōu)勢在于高速數(shù)據(jù)傳輸技術。主要的 RTK 調整系統(tǒng)是 WGS-84 系統(tǒng)。后者包括前者的所有觀察和解決方案。目前，日本使用的自適應系統(tǒng)是1980年的國家大地測量系統(tǒng)，在此之前，還有1954年的調整系統(tǒng)、各種工程整合系統(tǒng)、城市平衡系統(tǒng)等各種區(qū)域系統(tǒng)。因此，實用程序需要將 RTK 調諧系統(tǒng)（WGS-84） 更改為本地調諧系統(tǒng)。因此，需要區(qū)分測量單位（旋轉刻度、刻度測量、旋轉方式）。

4 GPS-RTK技術參數(shù)轉換及誤差分析

（1）網(wǎng)域整合的信號輪換問題。在實現(xiàn)GPSRTK技術時需要考慮可調參數(shù)。這些調整選項和轉換參數(shù)是為RTK分析提供的。最后的技術動作可以改進，直到一切都完成。但是，在傳輸信號時應注意以下因素：首先，要特別注意探測和焦點區(qū)域的選擇，每個主體的分布要均衡，以確保一致性。在選擇主題時，最好選擇至少三個涵蓋整個區(qū)域的共同點；其次，在激活GPS-RTK之前，需要在GPS位置確認一定次數(shù)，在更換天平之前，必須準確測量整個坐標，也可以在RTK逆變器中插入?yún)?shù)，以提高參數(shù)的準確性。

（2）誤差分析。應用GPS-RTK定位技術時出現(xiàn)誤差，需要分析和糾正電流誤差，以提高工程測量的整體準確率。首先，可能存在用戶使用接收機特有的錯誤，例如內部振動、噪聲、重新定位、天線變化、線路變化等，都可能導致錯誤。最常見的誤差是信號干擾和天氣影響。狀態(tài)中出現(xiàn)的誤差會影響最終的技術測量數(shù)據(jù)，應予以消除。除了提高技術的科學性外，還應使用特殊的技術設備來減少這些誤差。使用誤差分析技術可以消除所有用戶接收器共有的誤差，例如對流層誤差、傳播延遲誤差和天體運動誤差。使用創(chuàng)新技術和其他方法可以避免其他錯誤，但要注意修復過程中存在殘留錯誤。如果未能盡快消除錯誤，會增加了后續(xù)系統(tǒng)轉換的難度，無法確認準確性。

5 GPS-RTK技術在工程研究中的應用

（1）快速穩(wěn)定的位置分析。高對準技術也是一種基本的定位技術，但這項技術的特點是高精度、高質量和方便。該技術的原理是在每個用戶通道安裝一個GPS設備，以確保接收器處于一個穩(wěn)定的位置，可以正確顯示數(shù)據(jù)，用戶信道接收包含轉換信息的信道和衛(wèi)星數(shù)據(jù)，用戶通道的界面可以微調。但是，如果輸出的變化很小，則它是穩(wěn)定的，可以容忍厘米誤差，此外，在定位完成后，信道接收器可以在特定位置工作時使用接收器測量衛(wèi)星頻率。

（2）動態(tài)的定位。由于GPS的強推送性，定位工作分為以下兩種：一是時間分配；二是測量。在進行測量之前，需要關閉控制面板，幾分鐘后，樣本數(shù)據(jù)返回接收器，采集的樣本直接返回到移動站接收器。這樣可以找到樣本點的確切位置，例如搜索地理空間坐標、顯示厘米誤差內的位置以及快速移動導航功能。

（3）準動態(tài)的定位分析。參考位置也是一個重要的基礎，基于動態(tài)位置測量技術，有一個類似的原理，移動站接收機必須在測量前進行初始化，以便在穩(wěn)定的起點進行觀測和采樣，測量前必須重啟移動站接收機，以便在準確的開機時間對產品進行測試，初始完成后，移動站接收機可以從任何一個源通道接收同步數(shù)據(jù)。該方法測量速度快、精度高，適用于各種氣象圖和地圖的分析設計。

6 GPS-RTK技術在鐵路建設中的應用

6.1 控制測量的應用

在基礎測量中使用GPS-RTK技術可以顯著提高測量精度。使用現(xiàn)有的測量技術會造成很多問題，容易影響項目的實施。傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)，包含全局控制指標和本地指標兩樣，這兩個都占據(jù)了重要的位置。要加快整體空間搜索，需要知道如何進行源映射。這種方法可以提高單線測量的精度，但會消耗更多的員工和設備。因此，無論是具體的利用測量進行施工指導還是工程調整，都可以利用GPS-RTK技術進行測量，完成整個測量過程，提高測量的可靠性和快捷性。

6.2 勘探線路

在鐵路路線的選擇和設計層面，GPS-RTK技術仍然具有重要價值。在選擇道路位置時，需要加強研究和分析，為道路系統(tǒng)選擇正確的路線，減少農場和房屋的數(shù)量，并充分利用舊道路。這就可以使用GPS-RTK技術來實施科學戰(zhàn)略。根據(jù)GPS-RTK技術的工作原理，GPS-RTK接收機可以作為移動RTK系統(tǒng)中的“漫游器”，成為整個RTK技術系統(tǒng)設置選擇的參考信道。從取景器收集數(shù)據(jù)，一旦收集到數(shù)據(jù)，開發(fā)人員需要使用計算機和數(shù)據(jù)分析軟件來衡量數(shù)據(jù)并做出最佳決策。

6.3 線路的中線以及縱、橫斷面放樣

與傳統(tǒng)的交點積分方法相比，GPS-RTK技術在研究中更加高效。首先，在設計鐵路的中線時，只需在每條車道的直線上添加網(wǎng)格并彎曲它們，然后將每個樁的庫存編號輸入計算機系統(tǒng)，然后輸入一些基本數(shù)據(jù)，如平均角度、到直線的距離和彎曲長度、圓半徑等數(shù)據(jù)就足夠了，其他任務可以通過GPS電子手冊完成。其次，在豎向上，只須將每個坡度的航道編號、垂線、曲線半徑等信息輸入GPS電子書，然后輸入室內建筑測試軟件，設計結果將根據(jù)路徑特征自動創(chuàng)建。樁測試在設計和施工現(xiàn)場進行。最后，在路基地段，根據(jù)設計和施工要求確定斷面形狀、填挖方方法，最終確定邊坡設計數(shù)據(jù)：坡度、道路寬度和斷面截面。如果GPS電子手冊有道路選項功能，系統(tǒng)會提供與設計和施工相對應的視圖文件，以滿足必要的定位要求。

使用GPS-RTK技術進行分析，收集路線導航所提供的所有數(shù)據(jù)，無需額外進行數(shù)據(jù)收集和測量，減少鐵路建設費用和建設周期。

6.4 GPS RTK技術可防止錯誤初始化的發(fā)生

此外，工軌測量RTK GPS技術應用可以防止工軌測量中的錯誤。在火車發(fā)動機測量系統(tǒng)中，如果研究人員在同一路線上的一個地方進行兩次調整，則會錯誤地重新開始。

在測量過程中意外啟動有兩個主要原因。首先，有一些限制，例如影響軌距無線電信號源傳播的流動站和列車軌距語音站附近的樹木。第二個問題是，在鐵路工程師的研究中，流動站與車站之間的距離太大，以至于衛(wèi)星圖像的影響可以忽略不計，員工很難測量出準確的數(shù)據(jù)量。在火車發(fā)動機測量系統(tǒng)中，當出現(xiàn)錯誤時，啟動時間通常會超過 6 分鐘，而 RTK 技術可以應用于火車發(fā)動機，這樣只有員工需要減少流動站與車站之間的距離。測量工作期間到射頻范圍的 1 /2，同時在列車工程標準周期總和中均方根誤差應降至8以下，這可以提高系統(tǒng)工程測量的效率和效率。

7 GPS-RTK技術在高速鐵路工程測量放樣中的注意事項及質量控制措施

7.1 注意事項

第一，要盡快搭建出基準站，其性能要達到標準。在搭建基準站的路段選擇上，要優(yōu)先選擇比較空曠且盡可能地將控制點布置在干擾因素少的路段，之后將各個儀器設備連接在一起，并將坐標數(shù)據(jù)輸入基準站的接收器中，保證數(shù)據(jù)的準確性。第二，對系統(tǒng)內的坐標進行定位，用科學合理的方法校對每一個坐標點，在保證每一個坐標點準確性的基礎上將其轉化為技術參數(shù)。最后，確保坐標點校對的合理性，正常情況下使用以下兩種形式來進行：對已知的坐標點進行校對；對模糊的坐標點進行校對。

7.2 質量控制措施

（1）通過穿線比較法掌控測量工作的質量。為了使工作質量進一步提高，在檢測區(qū)域內使用GPSRTK技術完成測量以后，還需要有一條新的GPSRTK技術測量線路。確定出一個GPS-RTK點，利用已有的數(shù)據(jù)來分析控制點的質量。

（2）通過復測比較措施掌控測量工作的質量。數(shù)據(jù)復測的工作要在基準站搭建完成以后進行，優(yōu)先對上一個基準站所復核的坐標數(shù)據(jù)進行核對。正常情況下，每一個RTK點都對應1～3個點，在施工現(xiàn)場就可以操作匹配，如果二者不能吻合，則需要進一步復測。

（3）通過快速靜態(tài)比較法掌控測量工作的質量。在使用GPS-RTK技術進行測量的過程中，進行測量的方法還有靜態(tài)對比法，可以多種方法共同作業(yè)，最終將兩種不同的方法得到的結果進行對比分析，這樣有利于驗證GPS-RTK技術的穩(wěn)定性與可靠性，也可以最大程度上保證RTK的測量質量。

（4）通過避免數(shù)據(jù)鏈相關誤差來掌控測量工作的質量。因無線電與設備自身因素會出現(xiàn)一些干擾問題，這就導致最后的數(shù)據(jù)是存在一定誤差的?；诖朔N現(xiàn)象，在選擇施工作業(yè)時間、作業(yè)場所及天氣狀況時就要慎重再慎重，要及時檢查測量設備的性能是否良好，保證測量結果的準確性。

（5）盡可能地選擇高性能的測量設備，可以避免由設備問題導致精準度下降的情況。

8 結語

綜上所述，GPS-RTK對于測量和管理道路建設的各個部分非常有用。與以往的測量設備相比，該工具具有測量時間更短、運行效率更低、精度更高等諸多優(yōu)點。但是，在某些情況下，必須仔細準備技術。進行搜索時，需要注意基站的位置，選擇聚焦區(qū)域、指令長度、開放位置，保證信息質量，周圍沒有磁場。此外，還需要對綜合調查結果和基層檢修結果進行調整，如此使用這種觀測調整系統(tǒng)可以獲得高精度。