GPS快速静态定位技术在铁路导线测量中的应用

刘弟林 张冠军

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

为了满足铁路施工平顺性的需要，在铁路施工中使用的导线控制点对点间边长、角度相对精度要求较高。导线测量受地形、通视等条件的影响，测量起来不够灵活方便，对观测仪器和人员专业操作经验要求较高。GPS技术具有精度高、速度快、可全天候观测等优点，在工程测量中已广泛应用，目前在很大程度上已经取代了常规测量方法。结合铁路导线测量的特点和技术要求，用GPS快速静态定位方法采集数据，利用TGO/LGO进行基线解算及网平差，并将平差计算结果与地面导线测量平差计算结果进行比较，实测数据验证了GPS快速静态定位测量方法能够满足铁路一级导线测量技术要求。该方法对于提高作业效率，减小测量过程中的人为误差因素，降低劳动强度及提高测量精度有一定的工程实用意义。

1 布设形式

应用GPS快速静态定位技术测量导线控制点或线路式导线控制网，布网方式有边点连式、单三角形网式、星状网式等，分别见图1、图2、图3，常用的为边点连式。

图1 边点连式

图2 单三角形网式

图3 星状网式

2 观测方法

铁路导线网通常沿铁路线位呈线状布设，在首级GPS控制网基础上布设成附合导线，采用2台或2台以上GPS接收机按照类似图1、图2、图3的观测方法进行快速静态观测，观测时间20 min左右。为提高控制网可靠性，尽量能够连成三边或四边形网。

3 精度分析

一般双频GPS接收机的标称精度为±(10 mm+2×10-6D)至±(5 mm+1×10-6D)。

式中:a为固定误差;b为比例误差系数;

D为空间距离平均值，以边长6 km为例，则对于两种GPS接收机，分别有:

从以上仪器标称精度和理论计算，GPS平面精度评定为:

±(10 mm+2×10-6D)点位中误差为22.1 mm;

±(5 mm+1×10-6D)点位中误差为11.0 mm。

因此，利用GPS快速静态定位技术可满足一级导线点(点位中误差±5cm)及交点、中线控制桩测量精度。

《铁路工程测量规范》(TB10101—2009)表5.10.4中规定:一级导线水平角检测较差为11″，边长检测较差为可根据常用GPS接收机的标称精度指标，分析GPS快速静态定位技术用于导线网测量的应用范围。对于全站仪测设导线，其精度分析见表1。

表1 全站仪导线测量精度分析

综上可知，导线网测量时应主要考虑方向的影响，用标称精度为±(10 mm+2×10-6D)的仪器测量时，导线边长应在550m以上;若利用标称精度为±(5 mm+1×10-6D)的仪器测量时，其导线边长在200m以上可满足一级导线水平角检测、边长检测较差的要求。

4 应用实例

理论分析表明，利用GPS快速静态定位技术进行导线测量是完全可行的，下面以笔者参与的张唐铁路工程中测量数据来分析实际精度的分布情况。

张唐铁路最大设计时速160 km/h，《铁路工程测量规范》(TB10101—2009)要求，平面控制测量需要满足一级导线的要求。

在工程实施过程中，平面控制测量所采用GPS接收机标称精度为±(5 mm+1×10-6D)，采用的全站仪标称精度为:测角2″，测距2 mm+1×10-6D。

利用GPS快速静态定位技术，观测网形与图1所示相同。

外业采集数据完成后，分别进行数据预处理、基线解算、网平差处理。结果表明，数据解算各项指标满足《铁路工程测量规范》(TB10101—2009)五等GPS要求，导线点5 472点位中误差最大为3.9 mm，远小于一级导线点位中误差5 cm的限差。

将GPS快速静态测量的解算结果与全站仪测量完成后解算的结果进行比较，见表2。

表2 全站仪距离、角度测量与GPS解算结果比较

表3 GPS快速静态测量与全站仪导线测量分别计算坐标差值

由表2可知，GPS快速静态定位技术采集数据完成后，使用全站仪对导线边的距离及导线水平角检测较差能够满足一级导线检测要求。

快速静态数据解算的坐标与全站仪导线计算的结果比较如表3所示，可见其坐标成果也吻合较好。

5 结论

GPS快速静态测量方法能够满足铁路一级导线测量要求，相对于导线测量方法，GPS快速静态测量方法观测效率高，受天气影响较小，通视条件限制比导线测量要小很多，不需要相邻通视点均满足通视要求，而只是为了方便全站仪测量的使用，满足两两成对通视即可，观测效率能够大幅度提高，所需投入的人力物力能减少1/3以上，并且大大降低劳动强度。建议铁路一级导线及加密控制网可采用此方法进行布网测量。

［1］GBT/18314—2009 全球定位系统(GPS)测量规范［S］

［2］TB10101—2009 铁路工程测量规范［S］

［3］徐绍铨，张华海，杨志强.GPS测量原理及应用［M］.武汉:武汉大学出版社，2003

［4］潘正风，杨正尧，程效军，等.数字测图原理与方法［M］.武汉:武汉大学出版社，2004