浅议GPS-RTK技术在铁路测绘中的应用

李伟丽

摘要：随着社会的发展与进步，重视GPS-RTK技术在铁路测绘中的应用对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍GPS-RTK技术在铁路测绘中的应用的有关内容。

关键词铁路；技术；测量；测绘；模式；应用；

中图分类号：F530.3 文献标识码：A 文章编号：

引言

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 。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。

一、GPS—RTK动态测量的特点

在能够接收 GPS卫星信号的任何地方，可进行全天候作业。经典GPS测量不具备实时性，RTK动态测量弥补这一缺陷，放样精度可达到厘米级，误差不累积。流 动站 利用 同一基 准站信息可各自独立开展工作。实时提供测点三维坐标，现场及时对观测质量进行检查 ，避免外业出现返工。GPS误差不累积。定测放线的结果更接近于设计线位，通过消除投影变形，现场所测的线位，设计长度等于施工长度。从GPS控制点上直接测设中线及中平 ，不需要在交切的基础上测设中线，改变了定测工序的环节，避免了过去一条龙的工序需要等交切测量完后才能进行中线中平、横断面测量的局面。

二、RTK在铁路定测中的作业模式

2．1 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。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。

2．2 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，卫星的分布情况可采用 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。

2．3 高程控制测量

GPS测出的高度是大地高，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。近几年来，随着高程拟合方法的逐步应用，在地形变化不大的平坦、半丘陵地区，已经可以将 GPS—RTK高度值进行处理来得出正常高。此外，铁路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。因此要结合测区具体情况，确定要采用的方法。

2．4 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：①要选测区四周及中心的控制点，均匀分布；②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。

2．5 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。

三、RTK在铁路定测中的应用分析

2012年滨港线铁路专用线进行初、定测。该专用线全长32.6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。如表1所示为坐标比较：

3.1 中线测量

中线测量是新线定测阶段的主要工作，它的任务是把在带状地形图上设计好的线路中线测设到地面上，并用木桩标定出来。

中线测量包括放线和中桩测设两部分工作。放线是把纸上定线各交点间的直线段测设于地面上；中桩测设是沿着直线和曲线详细测设中线桩。利用RTK的测量手簿程序，把设计数据传输到手簿中以备放样需要。

3.1.1 放线测量

RTK测量簿中具有针对道路放样的程序，利用该程序计算好放样要素，并依照作业顺序进行一一放样。放线的任务是把中线上直线部分的控制桩（jd、zd）测设到地面，以标定中线的位置。可采用RTK按照设计里程直接放样，根据地形条件考虑是否需要加桩。另外还需要检查jd、zd的放样位置，如坐标是否与设计坐标一致。

3.1.2 线路纵断面测量

线路纵断面图：按照线路中线里程和中桩高程，绘制出沿线路中线地面起伏变化的图，称纵断面图。其测量方法是按照中线放样，测设出中桩高程即可。

线路纵断面图中，其横向表示里程，比例尺为1∶10 000；纵向表示高程，比例尺为1∶1 000，它比横向比例尺大10倍，以突出地面的起伏变化。纵断面图上还包括线路的平面位置、设计坡度、地质状况等资料，因此，它是施工设计的重要技术文件之一，图中各项内容说明如下：

工程地质持征： 填写沿线地质情况。

路肩设计标高： 是设计路基的肩部标高。

设计坡度： 是中线纵向的设计坡度，斜线方向代表纵坡度，斜线上方数字表示坡度的千分率（‰），下方数字表示坡段长度。

地面标高 ：为中桩高程。

加桩： 竖线表示百米桩和加桩的位置，数字表示至相邻百米桩的距离。里程 ：表示勘测里程，在百米桩和公里桩处注字。

线路平面： 它是线路平面形状示意图，中央实线代表直线段；曲线段向下凸者为左转，向上凸者为右转，斜线代表缓和曲线，斜线间的直线为圆曲线。曲线起终点的里程，只注百米以下里程尾数。

连续里程： 表示线路自起点开始计算的里程公里数，短实线表示公里标位置，下面注字为公里数，短线左侧注字为公里标至相邻百米桩的距离。

3.2 线路横断面测量

横断面是指沿垂直线路中线方向的地面断面线。横断面测量的任务，是测出各中线桩处的横向地面起伏情况，并按一定比例尺给出横断面图。横断面图主要用于路基断面设计、土石方数量计算、路基施工放样等。

3.2.1 横断面测量的密度和宽度

横断面施测的密度和宽度，应根据地形、地质情况和设计需要而定。一般应在百米桩和线路纵、横向地形明显变化处及曲线控制桩处测绘横断面。在大桥桥头、隧道洞口、挡土墙重点工程地段及地质不良地段，横断面应适当加密。

横断面测绘宽度，根据地面坡度、路基中心填挖高度、设计边坡及工程上的需要来决定。应满足路基、取土坑、弃土堆及排水沟设计的需要和施工放样的要求。

3.2.2 横断面方向的测定

线路横断面方向，在直线上应垂直线路中线；在曲线地段，则应与测点处的切线相垂直。采用RTK测量断面点时，利用手簿中的测量程序测量，其测量方法简单而且精度较高。

如果在林区或遮挡严重时只能采用全站仪测量断面点了，先确定直线地段横断面的方向，然后用全站仪加方向架直接测定。若用方向架测定，可将方向架立于中线测点上，用一个方向瞄准中线上远方定向标杆，则方向架瞄准的另一个方向就是横断面的方向。

曲线上的横断面方向，若用方向架，将力向架立于待测断面b上，使其一个方向照准曲线上的a点，在另一力向上可标定出1点；再用方向架照准与a等距的c点，同法可标定出2点，使b1＝b2，则l～2的中点n与b的连线即为横断面的方向。

结束语

RTK技术不仅能达到较高的定位精度 ，而且省掉了许多不必要的中间环节，最大限度地减少外业工作量，大大提高了测量的工作效率，从而使整个勘察工期得到缩短。随着 RTK技术的提高，这项技术已经逐步应用到测图工作中。通过相应的数据处理程序，可大大减轻了测量人员的内外业 劳动强度 ，在铁路勘测设计领域有广阔的应用前景。

参考文献

[1] TB10101--99新建铁路工程测量规范[s]

[2] GB50026--93工程测量规范[s]

[3] 孔祥元，等．控制测量学(上、下册)[M]．武汉 ：武汉测绘科技大学出版社，2010