GPS-RTK技术在高速铁路施工测量中的应用

GPS-RTK技术在高速铁路施工测量中的应用 摘要：随着国家对铁路等基础设施的投入，铁路建设进入了大发展时期，特别是高速铁路技术的应用，对测绘技术的要求更高，传统的测绘仪器已经不能满足现在的要求，因此gps技术在高速铁路施工测量中得到了广泛的应用。而在gps技术中，rtk实时动态测量技术也以其强大的技术优势获得了越来越广泛的应用。本文首先介绍了gps-rtk技术工作原理及精度，然后分析了其技术优势和缺点，最后重点结合京沪高铁项目探讨了gps-rtk技术的要点。 关键词：gps；rtk；施工测量；精度 abstract: along with the country the railway infrastructure investment, railway construction into the big development period, especially the application of high-speed railway technology, surveying and mapping technology requirements higher, the traditional surveying and mapping instruments have already can’t meet the requirements of the now, so the gps technology in high speed railway construction survey has been widely used in the field. and in the gps technology, rtk real-time dynamic measurement technology is also with its powerful technical advantage won more and more widely used. this paper first introduces the gps-rtk technology principle and accuracy, and then analyzes its technological advantages and disadvantages, and finally focus on combining the beijing-shanghai high iron project discusses gps - of rtk technology points. keywords: gps; rtk; construction survey; precision. 中图分类号：u238文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2013） gps-rtk技术简介 rtk 技术是gps实时载波相位差分的简称。这是一种将gps与数传技术相结合，实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法，经实时解算进行数据处理，在1～2s的时间里得到高精度位置信息的技术。rtk 系统主要由基准站和流动站构成。如图所示, 基准站由gps接收机及接收天线、无线电数据链电台及发射天线、直流电源等组成；流动站由gps接收机、无线电数据链电台及天线、电子手簿等组成。

gps-rtk系统构成图 （一）gps-rtk的工作原理 rtk 的工作原理是在基准站上安置一台gps接收机，另一台或几台接收机置于载体(称为流动站)上，基准站和流动站同时接收同一时间相同gps卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到gps 差分改正值。然后将这个改正值及时地通过无线电数据链电台传递给共视卫星的流动站以精化其gps 观测值，得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。一般来说，只要基准站和流动站同时观测4颗以上的卫星，流动站就可以得到厘米级的实时定位结果。 （二）gps-rtk的精度问题 一般的gps接收机对精度的描述是以相对精度进行的，对rtk实时定位精度描述为：平面10mm+(1～2)×10-6，高程2cm+(1～2)×10-6这是在wgs-84框架下的相对精度，但在转换到可用的城市坐标系或北京坐标系中精度如何，因受多种因素的制约，还没有较系统的理论和可借鉴的资料。 有关资料显示，山区和城市由于信号干扰较多，点位精度低于其他地区，一般gps-rtk点位精度优于±2.0cm。相对于最近起算点的点位中误差远远高于规范要求，且精度均匀，不存在误差累计传递，对于视线条件好的，适合gps观测的地方，更适合rtk工作。 （三）基准站和流动站的设置 1、基准站的设置 gps- rtk在工作时，基准站应安置在测区中央，架设在高处，四周要开阔。周围不能有高大树木、建筑物和小山包的遮挡。远离大功率无线电发射源如电视台、微波站等，远离高压输电线，避免周围磁场对gps卫星信号的干扰。基准站附近不应有强烈干扰接收卫星信号的物体，手机、对讲机应远离10m外使用，并尽量避开大面积水域。 流动站的设置 为了保证流动站的测量精度和可靠性，应在整个测区选择高精度的控制点进行检测校对，选择的控制点应具有代表性，均匀的分布在整个测区。流动站在测量时应设置屏蔽卫星高度角小于15度卫星，稳定gps天线，避免靠近遮挡物和大面积的水域，在双差固定解的置信度设置为99.9%的情况下，在固定解状态下方可采集数据。 gps-rtk技术的优势及缺点 （一）技术优势 1、测站间无需通视 gps这一特性是所有传统的测量仪器都无法相比的。应用rtk 技术进行实时定位, 基准站跟流动站之间根本无需通视，只需基准站和流动站上空开阔即可，并且流动站测量时使用对中杆支架精密对中，待水准气泡稳定后即可采集数据，实时地得到了高精度的测量结果。 2、定位精度高，没有误差积累 应用实践证明，只要满足rtk 的作业条件,rtk 技术实时定位的平面精度可达到1cm，高程精度可达到2～3cm。且rtk 所有流动站放样都只跟基准站相联，相当于每个放样点都是以基准站放样的，没有误差累计，完全改变了全站仪由于距离远和不通视而转站所带来的误差累计。 3、操作简便，测量范围广 随着gps接收机不断的改进，其自动化程度越来越高、体积越来越小、重量越来越轻，极大地减轻了测量人员的工作强度。测量时不用频繁地输入输出数据以免出错，只要在办公室将要放样的点位坐标一次性导入gps手簿中，外业工作时在基准站和流动站设站时进行简单的连接，就可以以步行的速度采集数据或坐标放样，使野外工作变得轻松愉快。 （二）技术缺点 gps-rtk的主要技术缺点就是稳定性较差，由于受轨道误差、钟差、电离层折射和对流层折射、卫星和天气的状况、数据链的链接状况以及人为等因素的影响，应用gps- rtk 测量的稳定性一般不如传统的测量仪器。因此，在rtk 实时定位的时候，要尽量避免人为因素的干扰。 gps-rtk技术在京沪高铁施工测量中的应用

（一）京沪高铁项目概述 京沪高铁客运专线是我国第一条具有世界先进水平的高速铁路，是世界上一次建成线路最长，标准最高的高速铁路。京沪高铁设计时速350公里/小时，具有高速度、高平顺性、高可靠性的特点，要确保运营期间的安全，对工程质量有很高的要求。 京沪高铁工程施工测量不仅要克服施工进度要求快、测量控制要求精度高的问题，还要克服因受季节和复杂自然环境条件下带来的影响。必须保证铁路具有非常高的平顺性和精确的几何线性参数，从而达到高精度控制测量的目的。从以上要求讲，gps-rtk技术大大满足施工测量的要求。 （二）施工测量中的作业要点 选择作业时段 京沪高铁里程较长，铁路沿线地貌复杂多变，为获取完整的数据，必须根据卫星可见预报和天气预报选择最佳观测时段。卫星的几何分布越好，定位精度就越高，卫星的分布情况也可以用planning软件查看多项预测指标，根据预测结果合理安排工作计划。 2、建立测区平面控制网 在铁路勘察设计阶段，铁路定测是一项很重要的工作内容，在铁路定测过程中，测量的主要工作是进行交切测量、中线测量、中桩高程测量、断面测量、跨线测量、桥涵测量等工作。在放样中线之前，首先要采用gps静态测量方法常规测量方法，沿线布设平面控制网，经过严密平差解算，求出各控制点的平面坐标与高程。相邻点间间距5～8km，并与国家点联测，求出各控制点平面坐标。这里需要考虑投影变形的影响。变形的程度与测区地理位置和高程有关，铁路线路短则数十公里，长则上千公里，跨越范围广，线路走向、地形情况千差万别，长度变形各不相同。在3度投影带的边缘，长度变形可达1/3500以上，导致中线桩由图上反算的放样长度与实地测量长度不一致，无法满足放样要求。因此，必须采取相应的措施消弱长度变形，如改变中央子午线、设置抵偿投影面等方法 建立测区高程控制测网 gps得到的是大地高，而实际采用的是正常高，需将大地高转化成正常高。而通常测区的高程是未知数，且高程异常的变化较复杂，特别在山区精度较差的情况下。完全用gps替代等级水准难度大，因此等级水准仍采用水准仪作业模式。 4、求取地方坐标转换参数 采用rtk l+2模式，即一个基准站两组流动站，一组边测量已知平面控制点及沿线水准点同时测量既有线路，另外一组测量电气化支柱、电力线及其他待定点。两个测组建立相同属性(无投影无基准)的项目，采用同一个基准站，各自采集数据。外业数据采集完成后，将两个组的测量dc文件导入到一个tgo项目内一起参与校正，因为此段测区地势较为平坦将采得的水准点同时进行高程拟合(便于后续中线测量同时得到中桩的拟合高程，省去了常规测量用水平仪测量中桩高程工序)，这样求得转换参数之后就能将两个组的测量数据转换成当地坐标，提交成果进行线路设计。方案设计完成后根据校正好的项目按照提供的坐标用rtk进行中线放样测量及横断面测量。 放样内业数据准备 利用测量内外业一体化程序完成全部计算，将线路的起点坐标、方位角、加直线长度及曲线要素输入，程序根据里程计算出全线待放样点的坐标，其中直线上每20m一个点，曲线上每10m一个点，按相应的数据格式将放样点坐标导出，根据线路要素和设计图纸计算出承台、加台、墩柱和各结构物的角点坐标，通过date transfer将文件导入到外业掌上电脑供外业调用。 外业操作 将基准站接收机设在基准点上，开机后进行必要的系统设置、无线电设置及天线高等输入工作，流动站接收机开机后首先进行系统