GPS快速靜態定位技術在鐵路導線測量中的應用

劉弟林 張冠軍

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

為了滿足鐵路施工平順性的需要，在鐵路施工中使用的導線控制點對點間邊長、角度相對精度要求較高。導線測量受地形、通視等條件的影響，測量起來不夠靈活方便，對觀測儀器和人員專業操作經驗要求較高。GPS技術具有精度高、速度快、可全天候觀測等優點，在工程測量中已廣泛應用，目前在很大程度上已經取代了常規測量方法。結合鐵路導線測量的特點和技術要求，用GPS快速靜態定位方法采集數據，利用TGO/LGO進行基線解算及網平差，并將平差計算結果與地面導線測量平差計算結果進行比較，實測數據驗證了GPS快速靜態定位測量方法能夠滿足鐵路一級導線測量技術要求。該方法對于提高作業效率，減小測量過程中的人為誤差因素，降低勞動強度及提高測量精度有一定的工程實用意義。

1 布設形式

應用GPS快速靜態定位技術測量導線控制點或線路式導線控制網，布網方式有邊點連式、單三角形網式、星狀網式等，分別見圖1、圖2、圖3，常用的為邊點連式。

圖1 邊點連式

圖2 單三角形網式

圖3 星狀網式

2 觀測方法

鐵路導線網通常沿鐵路線位呈線狀布設，在首級GPS控制網基礎上布設成附合導線，采用2臺或2臺以上GPS接收機按照類似圖1、圖2、圖3的觀測方法進行快速靜態觀測，觀測時間20 min左右。為提高控制網可靠性，盡量能夠連成三邊或四邊形網。

3 精度分析

一般雙頻GPS接收機的標稱精度為±(10 mm+2×10-6D)至±(5 mm+1×10-6D)。

式中:a為固定誤差;b為比例誤差系數;

D為空間距離平均值，以邊長6 km為例，則對于兩種GPS接收機，分別有:

從以上儀器標稱精度和理論計算，GPS平面精度評定為:

±(10 mm+2×10-6D)點位中誤差為22.1 mm;

±(5 mm+1×10-6D)點位中誤差為11.0 mm。

因此，利用GPS快速靜態定位技術可滿足一級導線點(點位中誤差±5cm)及交點、中線控制樁測量精度。

《鐵路工程測量規范》(TB10101—2009)表5.10.4中規定:一級導線水平角檢測較差為11″，邊長檢測較差為可根據常用GPS接收機的標稱精度指標，分析GPS快速靜態定位技術用于導線網測量的應用范圍。對于全站儀測設導線，其精度分析見表1。

表1 全站儀導線測量精度分析

綜上可知，導線網測量時應主要考慮方向的影響，用標稱精度為±(10 mm+2×10-6D)的儀器測量時，導線邊長應在550m以上;若利用標稱精度為±(5 mm+1×10-6D)的儀器測量時，其導線邊長在200m以上可滿足一級導線水平角檢測、邊長檢測較差的要求。

4 應用實例

理論分析表明，利用GPS快速靜態定位技術進行導線測量是完全可行的，下面以筆者參與的張唐鐵路工程中測量數據來分析實際精度的分布情況。

張唐鐵路最大設計時速160 km/h，《鐵路工程測量規范》(TB10101—2009)要求，平面控制測量需要滿足一級導線的要求。

在工程實施過程中，平面控制測量所采用GPS接收機標稱精度為±(5 mm+1×10-6D)，采用的全站儀標稱精度為:測角2″，測距2 mm+1×10-6D。

利用GPS快速靜態定位技術，觀測網形與圖1所示相同。

外業采集數據完成后，分別進行數據預處理、基線解算、網平差處理。結果表明，數據解算各項指標滿足《鐵路工程測量規范》(TB10101—2009)五等GPS要求，導線點5 472點位中誤差最大為3.9 mm，遠小于一級導線點位中誤差5 cm的限差。

將GPS快速靜態測量的解算結果與全站儀測量完成后解算的結果進行比較，見表2。

表2 全站儀距離、角度測量與GPS解算結果比較

表3 GPS快速靜態測量與全站儀導線測量分別計算坐標差值

由表2可知，GPS快速靜態定位技術采集數據完成后，使用全站儀對導線邊的距離及導線水平角檢測較差能夠滿足一級導線檢測要求。

快速靜態數據解算的坐標與全站儀導線計算的結果比較如表3所示，可見其坐標成果也吻合較好。

5 結論

GPS快速靜態測量方法能夠滿足鐵路一級導線測量要求，相對于導線測量方法，GPS快速靜態測量方法觀測效率高，受天氣影響較小，通視條件限制比導線測量要小很多，不需要相鄰通視點均滿足通視要求，而只是為了方便全站儀測量的使用，滿足兩兩成對通視即可，觀測效率能夠大幅度提高，所需投入的人力物力能減少1/3以上，并且大大降低勞動強度。建議鐵路一級導線及加密控制網可采用此方法進行布網測量。

［1］GBT/18314—2009 全球定位系統(GPS)測量規范［S］

［2］TB10101—2009 鐵路工程測量規范［S］

［3］徐紹銓，張華海，楊志強.GPS測量原理及應用［M］.武漢:武漢大學出版社，2003

［4］潘正風，楊正堯，程效軍，等.數字測圖原理與方法［M］.武漢:武漢大學出版社，2004