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GPS-RTK技术在铁路定测中的应用

时间：2012-10-16浏览：次责任编辑：四川拓图测绘仪器

RTK定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS定位技术，实施动态测量。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时通过输入的相应的坐标转换参数和投影参数，实时得到流动站的三维坐标及精度。

RTK在铁路定测中的作业模式

1、选择作业时段

铁路沿线地物地貌复杂多变，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，卫星的分布情况可用用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

根据中线放样资料，用GPS静态测量方法建立测区控制网，相邻点间间距5－8公里，并与国家点联测，求出各控制点平面坐标，同时投影变形不得不考虑，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3o投影带的边缘，长度变形可达以上，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。

3、高程控制测量

GPS得到的高程是大地高，而实际采用的是正常高，需要将大地高转化为正常高。而测区的高程异常是未知数，且高程异常的变化较复杂，特别在山区精度较差。此外，新线定测要求约每隔2KM设置水准点，而有些地形环境不能满足GPS观测的条件，采用高程拟合的方法拟合的高程精度不能得到保证。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

合理选择控制网中已知的 WGS84和北京54坐标（或地方独立网格坐标）以及高程的公共点，求解转换参数，为RTK动态测量做好准备。选择转换参数时要注意以下两个问题：

要选测区四周及中心的控制点，均匀分布；
为提高转化精度，最好选3个以上的点，利用最小二乘法求解转换参数。

5、基准站选定

基准站设置除满足GPS静态观测的条件外，还应设在地势较高，四周开阔的位置，便于电台的发射。可设在具有地方网格坐标和WGS84坐标的已知点上，也可未知点设站。

6、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工作。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50米一个点，曲线上每10米一个点。按相应的数据格式将放样点坐标导出成Trimble DC文件，通过Data Transfer将DC文件导入到外业掌上电脑供外业调用。

7、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设置，输入转换参数，再进行流动站的设置和初始化工作。通常公布的坐标系统和大地水准面模型不考虑投影中的当地偏差，因此要通过点校正来减少这些偏差，获得更精确的当地网格坐标，且确保作业区域在校正的点范围内。

应用实例

对官柴线延长至新安煤矿铁路专用线进行定测。该专用线全长14.095公里，测区地势平坦，除几处外都较适合GPS-RTK测量。作业时将基准站设在大致全线中心处，距离最远待放样点7km多,满足作业要求。

1、劳动组织及作业进度

利用RTK技术进行线路定测，将常规的沿线路中线测量模式改变为线路坐标控制测量模式，直接利用控制点测设中线，一次放出整桩和加桩，无需在做交点的贯通测量，进行中线、中平、断面的一次作业。
采用1＋2作业模式：基准站1人；流动站4人，其中2人操作GPS,1人写桩号、打桩，1人背木桩，1人用流动站作断面；抄平组7人，其中2人记录，2人司镜，2人跑尺，1人拉链。
作业时，由流动站放样中桩点，抄平组马上测其高程，另一流动站作断面。且根据地物地貌的属性可对观测点进行属性编码，以取代原有的中桩记录。
实际作业进度，每天完成新线定测2.5公里。
对于要观测的跨线高和不适合RTK放样的点，可以与全站仪相结合的方法解决；现场无法用GPS测量的断面可由抄平组完成。

2、精度情况

公司未配GPS时，均采用全站仪放样，多年实践表明，全站仪中线测量精度较高，为检验GPS-RTK测量的精度，我们事先用全站仪放样一段线路，并将结果作为参考值，两种作业模式的成果比较如下：

坐标比较

中桩里程全站仪放样点坐标 GPS放样点坐标坐标差值/mm

X Y X Y δX δY

K0+0.000 3868647.043 503172.571 3868647.045 503172.570 -2 +1

K0+ 50.000 3868689.751 503146.570 3868689.750 503146.571 +1 +1

K0+ 68.002 3868705.127 503137.208 3868705.126 503137.206 +1 +2

K0+ 78.002 3868713.661 503131.996 3868713.662 503131.998 -1 -2

K0+ 88.002 3868722.152 503126.713 3868722.152 503126.715 -1 -2

K0+ 98.002 3868730.553 503121.289 3868730.552 503121.292 +1 +3

K0+108.002 3868738.815 503115.657 3868738.816 503115.654 -1 -3