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GPS-RTK技术在高速铁路工程测量中的应用

作者：刘金先

来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2012年第01期

摘要：本文介绍在线路较长条件下铁路工程中GPS-RTK测量的原理、方法、步骤和技术要点，总结出RTK技术的主要优点，并结合我局所施工的新建天津到秦皇岛客运专线工程实例，提出了在高速铁路工程测量中应用RTK技术时应注意的要点。 关键词：GPS RTK 高速铁路 测量 0 引言

在进行长线路铁路工程测量时，存在的问题有很多，如：在工程测区内的通行、通视条件很差，用常规的测量方法，工作量很大，而且精度也难以保证。所以，GPS—RTK定位技术以其实时、快速、精度好、自动化程度高等优点得以应用，并能取得良好效果。 1 GPS-RTK技术简介

GPS（Global Positioning System）全球定位系统，是1994年由美国研发并投入使用的卫星导航与定位系统，RTK（Real Time Kinematic）技术也叫做载波相位动态实时差分技术，它可以实时提供指定坐标系中测量点的三维坐标，且能够精确到cm。目前，很多行业已开始运用GPS- RTK 技术开展生产活动。

GPS—RTK定位主要包括基准站和流动站组成。一般而言，我们都在地势高、视野开阔的高等级已知控制点设置基准站，这些地方便于连续跟综观测GPS卫星活动，同时利用数据链将站内信息和载波观测数据实时传输给流动站。流动站在利用数据链收集基准站相关数据的同时，还要对GPS观测数据进行采集，在系统内构成差分观测值实时处理这些数据，然后得出精确到cm级的定位结果。 2 GPS—KTK测量的作业流程

GPS-RTK测量作业流程：接受任务——接收控制资料——参考站设置——流动站设置——转换参数求解——实时测量。

2.1 基准站的设置。按工程设计的相关要求，对当地高等级已知控制点进行收集和检测，确保相关数据的准确性。在RTK定位测量的过程中，将接收机装设在基准站上，并准确设置配置参数。

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2.2 坐标系统转换。正常情况下，都在地方独立坐标系中开展工程建设，这就需要对坐标转换参数进行计算。通过控制点来调整RTK参数，计算出坐标转换参数后，定位点工程独立坐标的计算工作就能通过测量控制器来完成。

2.3 流动站测量定位。确定坐标转换参数后，再按工程要求进行具体的测量定位放样及相关测绘工作。

3 GPS-RTK技术在津秦客运专线测量中的应用

3.1 工程概况。由我局所承建的天津市境内津秦客运专线二标，项目线路长达12公里，本合同段为全线桥梁，其中跨下邬蓟运河、京山铁路线、芦汉公路、唐津高速公路、跨新建112高速公路。在铁路基础建设过程中采用了GPS-RTK技术进行测量工作。 3.2 测量方法

3.2.1 基准站设置。已知控制点与施测线路之间相距较远，因此，根据相关要求在线路附近布测了10个平而兼高程控制点作为GPS基准站。平面控制网根据C级GPS静态相对测量精度进行测量，同时以三等精度为准对水准高程进行联测。每两个控制点之间相距1km左右，最大不超过2km。

3.2.2 坐标转换参数的确定。由于本项目所在区域为山区并有河流，用常规测量方法很难在短时间内完成测量工作，精确度也难以保证，因此选用GPS—RTK技术。

这项工程建设采用的接收机是天宝（Trimble）5700型GPS接收机，施测时主要通过以下两种途径实现参数的转换：

一是通过RTK设备中的测量控制器进行现场测算。先选择三个或三个以上高程的监测点，在控制器上输入这些监测点的坐标，现场逐点定位观测至少5分钟，结束监测点的观测后，通过测量控制器对坐标转换参数进行计算。但实践证明，这种方法需要的时间较长。 二是通过在步骤l中测得的所有控制点的大地经纬度来对当地坐标进行测算。再利用内业中计算出坐标转换参数，在测量控制器上输入所得参数。实践表明，通过该方法测算出的参数准确度较高，且比较节省时间。计算出参数后即可对各控制点进行检核测量，所有监测点的观测时间为3秒，再把GPS静态观测成果和RTK观测成果进行比照后得知，后者可以达到铁路工程测量对测量精度的要求。

3.2.3 分项测量。①普通监测工作。对已知点进行收集的过程中，或通过相对静态技术加密GPS控制点时，利用RTK技术持续监测3～5分钟加密测设部分控制点，使其符合局部区域采用全站仪检测进行分项工程的要求。②定线放样工作。将线路中线的曲线要素提前输入测量控制器，使其自动生成线路图。放线时，测点里程及其对应的偏移距就能在控制器上显示出来，以便更好的开展放线工作。

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放样导航图

③地形的测绘。通过RTK测量工程沿线和各工点的局部地形，一个基准站可同时为多个流动站工作，因此，可分三个小组同时展开地形测绘工作，而且大多数地形测绘仅通过这项技术就能完成。本工程测点位于城乡结合部中，并有大量高压变电线路，因此测量时GPS信号受到严重阻碍，因此测量中我们采用RTK技术与全站仪相结合的方法来进行桩位放样。这样可以利用RTK技术对所需图和点进行测设，再通过全站仪测量碎部。对局部地形进行测绘后得知，将一般的测绘技术与RTK技术并用，即可顺利开展地形测绘工作。 4 GPS-RTK测量技术的主要优点

4.1 GPS-RTK作业模式可以实时动态地将测量结果显示出来。该作业模式不仅避免了由粗差引起的返工，大大提升了GPS的工作效率，而且能在短时间内实时提供精确到cm级的测量结果，达到了工程建设中大部分地形测绘的要求，解决了三维实时动态放样及一步法快速成图等工程监测问题，无论是测量精度还是工作效率，都超过了常规性测量手段。

4.2 可全天作业。只要完成4颗GPS卫星的信号的收集工作，并达到几何图形的要求，就能正常开展测量工作。

4.3 观测时间很短，当观测条件良好时，采用性能良好的双频接收机观测，3—5S即可求得測点的三维坐标。

4.4 测量过程直观，操作方便。采用RTK进行测量定位放样时，利用流动站接收机的测量控制器能直观地对测量过程进行有效控制。在外部影响因素较大的情况下进行测量时能很好地解决因通行、通视条件不好而造成的难题。 5 结语

GPS—RTK技术的引进及应用，是对长线路铁路工程测量模式的一次重要的改进。凭借这项全新的测量技术，我们可以在复杂地形条件下正常开展高等级铁路工程的测绘工作。而且实践证明，GPS—RTK技术能够提高测量结果的准确度和测量工作效率。整个操作过程由微电子技术、计算机技术控制，数据自动记录处理，人为因素不会过多影响测量结果。当然GPS—RTK技术也存在缺点，在实际测量工作中也要进行很好的控制，不断的将其完善才能更好的为我们所用。 参考文献：

[1]李征航，黄劲松，GPS测量与数据处理[M].武汉大学出版社.2005.