GPS-RTK在鐵路復測中的應用研究

王 萬 祥

(陜西鐵道工程勘察有限公司，陜西 西安 721000)

在中國鐵路的高速發展中，許多新建鐵路都會遇到既有鐵路接軌、改擴建既有鐵路等問題，不可避免的要進行既有鐵路線路的復測。在復測中，常規的復測方法往往是通過鋼鏈丈量確定既有線里程，然后采用方尺配合全站儀觀測外移樁和進行曲線查定來確定既有線平面線型，最后通過水準儀觀測軌面高程來確定既有線軌面高程。此方法需要人員眾多，作業效率低，因此迫切需要一種高效的復測方法來替代傳統方法。

1 GPS-RTK

RTK定位技術是基于載波相位觀測值的一種實時動態定位技術。在RTK作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起發送給流動站。流動站通過數據鏈接收來自基準站的數據，再采集GPS觀測數據，在系統內組成差分觀測值進行實時處理并給出厘米級定位結果。

在GPS-RTK觀測中，由于控制點的精度、分布情況、觀測時星歷狀況、衛星遮擋及其他因素會導致觀測結果精度欠佳，甚至發生錯誤。因此在GPS-RTK觀測時要注意以下幾個方面：

1)GPS-RTK基站架設的位置盡量高，保證周圍無遮擋，無強電磁干擾；

2)基站盡量在已知點上架設并精確對中整平，求取轉換參數時，采用至少4個控制點，控制點精度必須要高，此外點位要均勻分布且覆蓋整個測區；

3)求取轉換參數時采用控制點的殘差要嚴格按照TB 10054—2010鐵路工程衛星定位測量規范規定平面殘差控制在15 mm，高程殘差控制在20 mm的要求執行，此外觀測中應按照規范要求每天進行必要的檢核；

4)流動站距離基站應控制在5 km以內；

5)流動站觀測時必須采用高質量固定解，觀測時最少觀測5個歷元。

2 既有線復測

傳統既有線復測流程如下：

1)采用鋼鏈加方尺丈量既有鐵路里程并在既有線路上標注；

2)根據既有線上標注的里程按照規范要求布設外移樁，并按照一定等級要求進行外移樁導線觀測。導線應以線路GPS控制網點為起算點，保證觀測點與基礎平面控制點同坐標系；

3)使用全站儀對既有線路的曲線段落根據臺賬對半徑、緩和曲線長等測量確認并進行股道撥道量的計算；

4)使用水準儀按照等級水準測量的方法進行基中平觀測，基平觀測可以和中平觀測同步進行，也可以分開進行，最終獲得既有線路軌面高程；

5)車站內需要進行站場測繪，對車站內相關股道、影響既有線的重要建筑物及設施等進行觀測。

至此可獲得既有線路正線及車站的平面和高程信息，為后期改擴建及新線接入提供了完備的基礎資料。

按照此方法，要完成完整工序粗略估算需要20人次，而且里程丈量工序必須在前，否則其余工序無法開展工作。

隨著GPS-RTK技術的發展和精度的日益提高，為節省人員成本并加快復測進度，考慮采用GPS-RTK進行既有線復測工作。

采用GPS-RTK進行既有線復測工作的方法如下：

1)在室內進行控制點的選擇和轉換參數的求??；

2)在已知控制點上架設基站并觀測另外一個已知點檢查轉換參數的正確性；

3)將GPS流動站天線頭放置于經過加工的方尺上，天線頭的中心位置精確位于股道中心位置；

4)流動站獲得初始化后，在手簿里面輸入方尺側面正中心對應的里程，觀測保存，并在股道外側標注里程；

5)移動方尺并放樣上一個里程根據放樣距離來確定下一個位置的里程，例如直線段50 m觀測一個點，曲線上20 m觀測一個點；

6)重復步驟4)和步驟5)至測量終點。

GPS-RTK進行既有線復測，不僅在現場標注里程，同時觀測了軌中坐標，而且還可以獲得軌面高程。完成該工序觀測只需要4人次，效率大大提高。

3 工程實例

為檢驗該方法的精度能否滿足既有線復測要求，我們對某段既有線同時采用兩種方法進行觀測，并對比兩者的優劣。我們首先檢查GPS-RTK觀測時轉換關系的正確性，然后檢查測點高程質量，最后對兩種不同方法觀測的軌中坐標和軌面高程進行對比。

3.1 GPS-RTK轉換關系檢查

表1 GPS-RTK測量檢核表

從表1中可以看出，轉換關系中平面殘差最大0 mm，高程殘差最大1 mm。滿足TB 10054—2010鐵路工程衛星定位測量規范規定的平面殘差控制在15 mm，高程殘差控制在30 mm的要求。對已知點的檢核平面較差最大10 mm,高程較差最大24 mm滿足規范要求。由此可以判定本次RTK轉換關系正確，可以進行后續觀測。

3.2 GPS-RTK高程精度檢查

表2 流動站高程檢核

從表2中可以看出流動站大地高和正常高較差為常數，無突變異常值，因此可以判斷本次RTK觀測高程成果正確。

3.3 GPS-RTK復測軌中坐標成果和傳統復測軌中坐標成果精度檢查

表3 GPS-RTK復測和傳統復測坐標成果對比表

表4 GPS-RTK復測和傳統復測高程成果精度檢查

從表3中可以看出，兩種方法觀測的坐標較差最大0.032 2 m，差值正負號不同，這個與GPS-RTK觀測值精度不穩定有很大關系，但是較差滿足復測要求，成果可以采用。

3.4 GPS-RTK復測軌面高程成果和傳統復測高程成果精度檢查

從表4中可以看出，兩種方法觀測的高程較差最大0.047 7 m，且較差忽高忽低，這個與GPS-RTK觀測值精度不穩定有很大關系。雖然部分較差能滿足復測要求，但存在個別較差過大無法滿足復測精度要求，因此需要進一步研究。

4 結語

通過對比，我們可以得出以下結論：

1)GPS-RTK平面觀測成果和傳統平面觀測成果較差較小，滿足既有線復測技術要求，在今后工作中可以推廣使用；

2)GPS-RTK在觀測中要加強測前質量檢核，觀測中必須要確保流動站無遮擋、無強電磁干擾并獲得高精度固定解，否則觀測精度不穩定，容易發生錯誤；

3)GPS-RTK觀測高程精度有限，在實際使用中要慎重。

對于后期的工作有以下考慮：

1)對于隧道段落等GPS-RTK無法發揮作用，考慮全站儀和GPS-RTK配合作業，重點研究全站儀如何采用GPS-RTK類似的作業方法快速進行既有線復測；

2)繼續研究如何能夠使GPS-RTK觀測高程精度滿足既有線復測要求；

3)繼續研究改進方尺等裝置確保曲線等有超高段落高程觀測成果精度；

4)由于目前測繪技術發展迅猛，應重點研究三維激光掃描儀及航測法在既有線復測中的應用。

參考文獻:

[1] TB 10054—2010,鐵路工程衛星定位測量規范[S].

[2] 王國祥,梅 熙.GPS RTK技術在工程測量中的應用[J].四川測繪,2001，24(4)：166-167.

[3] 閆志剛,張兆龍,趙曉虎，等.GPS RTK作業模式原理及實用技術[J].四川測繪,2001，24(2)：66-69.

[4] 趙 萌.GPS-RTK測量精度的分析與質量控制[J].鐵道勘察,2012，38(2)：10-12.

[5] 張建民.GPS-RTK三維一體化既有線測繪方法的研究[J].鐵道勘察,2012，38(5)：6-9.

[6] 朱 福.實時動態GPS在鐵路復測中應用的可行性[J].鐵路航測，2000(4)：42-44.

[7] 魯永辰.坐標法復測既有鐵路曲線[J].鐵道勘察，2006，32(3)：15-17.

[8] 劉金喜,張冠軍.應用GPSRTK進行既有鐵路里程丈量的精度分析[J].鐵道勘察，2009，35(6)：14-17.