高速铁路工程测量中GPS-RTK技术的应用与探讨

张轩浩

(中铁二十一局第五工程有限责任公司, 重庆 400025)

高速铁路工程测量中GPS-RTK技术的应用与探讨

张轩浩

(中铁二十一局第五工程有限责任公司, 重庆 400025)

随着我国社会经济不断发展,并不断完善城市基础设施建设,使高速铁路工程的覆盖范围越来越大.现阶段高速铁路工程并不仅是人们出行的交通工具,还是促进内需发展,推动我国经济稳步增长的重要因素,国家也对高速铁路工程测量精度的要求越来越高.基于此,本文对高速铁路工程测量中应用的GPS-PTK技术进行了探讨.

高速铁路工程;测量;GPS-PTK技术;应用

高速铁路工程测量大致分为:断面复测、开口线放样、控制测量、总线测设等.因为GPS-RTK技术具备误差小、操作方法简单、测量效率高、良好的定位精度等优点,所以GPS-RTK技术在高速铁路工程测量中被广泛应用.同时GPS-RTK技术还可以在高速铁路工程测量通行条件差、通视条件较低等情况下,发挥重要的作用.

1 GPS-RTK技术

(1)GPS-RTK技术概述.GPS被称为全球定位系统,通过GPS定位卫星,进行动态导航和定位.同时GPS系统可以为使用者提供精确定时、速度定时、三维位置、低成本的数据信息;RTK被称为载波相位差分技术.GPS-RTK技术即将数据通信传输技术与全球定位系统测量技术组合而成的一种新型、精准的GPS定位方式,其精度可以到达cm级.

(2)GPS-RTK技术优势.第一,可以为高速铁路工程提供精准的三维坐标.GPS-RTK技术可以准确测量平面位置,及平面所在位置的大地高程.可以准确定位,误差较小.GPS-RTK技术测量精度可以达到cm,并且不会随着测量区域变大而增加测量误差.第二,GPSRTK技术操作便捷、工作效率高.在高速铁路工程测量中,高速铁路工程测量人员只需对天线折中并整平,之后在将相关设备电源打开,对有关参数设置好之后就可以实现自动化测量,操作较为简便.传统的测量方法需要对测量仪器的搬站次数较多,同时所需控制点数量较多,需要耗费很多的人力.一般情况下GPS-RTK设站可以测量直径数十km的区域,而且只需1人就可以进行操作,每个放样点停留的时间也较短,大幅度提高测量效率.第三,GPS-RTK技术的测站间不需要通视及全天候运行.GPS-RTK技术可以有效解决测站间的通视问题,同时在选点上可以更加便利.GPS-RTK技术观测可以在不同地点、不同时间进行运行,另外,GPSRTK技术观测不受天气的影响.

2 GPS-RTK技术在高速铁路工程测量中的应用

(1) GPS-RTK在高速铁路工程中应用于界址点放样.高速铁路工程在对界址点放样进行测量时,通过GPS-RTK技术,进行固定站设置,在已知控制点上设置一台接收机,通过RTK移动站对界址点进行放样.具体方式主要有以下几点:首先,对坐标系统管理及项目名称进行建立;其次,将移动站电台设置频率,将界址点放样坐标值进行传输和输入,在测量列表中选择相关的测量方式,从而对放样进行定位.

(2) GPS-RTK技术在高速铁路工程中用于控制加密测量.一般高速铁路工程的控制点在高速线路中线两侧.随着高速铁路工程施工,控制点容易遭到破坏,加上为了满足工程测量要求,需要对控制点进行加密工作,传统的控制测量需要控制点之间相互通视,还要耗费大量的时间和人力,也不能保证精度.GPS静态测量不需要点与点之间的通视,但是却需要先进性外业测量,之后才能对内业数据进行处理,不能对定位结果实时获取,效率较低.而GPS-RTK技术不论是在测量效率上,还是在测量精度上都高于以上技术,可以满足不同高速铁路工程对精度的要求.基于此,GPS-RTK技术更加适合对高速铁路工程中的控制加密测量工作.

(3) GPS-RTK技术用于高速铁路工程中数字地形图的测量.通过传统方案对地形图进行测量时,应该对控制点进行布置,之后再采集相关数据信息,最后形成地形图.传统的方法不但要花费较长的时间,还要花费较大的工作量.而GPS-RTK技术可以提高工作效率、减少测量时间、减少工作量,并且只需要在各个碎部点上停留较少时间,就可以得到碎部点准确的三维数据,之后再将输入点的特征编码和输入点的属性信息进行结合,在室内通过外业测量草图,使用专业的制图软件对地形图进行绘制.所以GPS-RTK技术可以降低人力和物力,提高工作效率、节省高速铁路工程建设成本.

3 GPS-RTK技术在高速铁路工程测量放样中注意事项

首先,设立科学高效的启动基准站.在控制点的选择上,应选择在多路径误差影响小、电气干扰少、空间开阔的地段上,将各个仪器电缆正确连接,并注意输入基准站坐标信息的准确性.其次,注意定义坐标系统与新任务设立的科学性.选择合理的方式进行坐标系统的定位,加之点校正方法落实参数转变.最后,注意点校正的合理性.点校正主要分为两种形式:一是已知情况下的点校正.确保系统与WGS-84坐标为转换器参数,便可建立坐标转换关系.二是未知参数点校正.确保区域内坐标系统已开展了测量放样,便可采用点校正建立坐标转换.

4 GPS-RTK技术在高速铁路工程测量中容易出现的问题与解决办法

一是卫星信号不稳定.卫星作为GPS定位接受信号的基础,若基站位置发生变化,则极易影响该技术信号源的稳定性.在卫星位置、数量以及天线接受信号俱佳的情况下,则可有效缩短初始化时间并提高测量精度,反之则直接影响测量结果.此外,quot;多路径效应quot;也是妨碍技术测量精准性的主要原因.基于此,GPS-RTK技术应优化自身信息接受系统、提高信号抗干扰能力、降低高速铁路工程测量因信号源不稳定的原因,从而提高工作效率.

二是转换参数的影响.转换参数值作为该技术合理落实的主要数据资料,若出现偏差将直接影响测量结果.基于此,技术应用人员应将参数计算点均匀分布在所要测量点的四周,并要确保计算对象的丰富性与全面性,从而提高参数设置精准度,为提高GPS-RTK技术应用效率奠定基础.

三是GPS-RTK技术受环境影响较为严重.由于该技术以接收处理信号为主落实测量工作,若工程处于林区、山区以及建筑过于密集的环境中,则会出现接收信号源不稳定、信号较弱以及卫星空间结构较差等问题,使得测量工作无法顺利进行.基于此,GPS-RTK技术则应主要选择在空旷环境中应用,并通过人为方法排除环境中的一些影响因素.针对深基坑工程,该技术应通过嫁接接收线路,加之将设备置于较为空旷的地域内,避免受周围建筑的影响.

5 GPS-RTK技术在高速铁路工程中避免误差的质量控制措施

(1)通过穿线比较法,进行质量控制.为了对质量进行更好的控制,在被测区域通过RTK测量部分完成后,应该重新设置一条RTK测量链,其可以对被测区域的RTK成果质量进行控制.同时,在该被测区域内重新设置的策略链中,选择一定RTK点,按照测量链的RTK成果,对该区域的RTK测量质量进行判定.

(2)通过复测比较措施,进行质量控制.在基准站建立后,才可以进行复测比较,先对上一个基准站的RTK点进行复测,RTK点大致在1～3个左右,直接在现场进行成果比较,如果成果符合要求之后,再进行新的RTK观测.

(3)通过快速静态比较法措施,进行质量控制.在进行RTK观测的同时,进行快速静态比较法,两种方法同时进行,并通过这两种比较措施,对RTK动态化的可靠性及数据链的稳定性进行检查,最终获得RTK结果来验证质量.

(4)通过数据链相关误差的避免,进行质量控制.由于设备内部噪声及外部无线电干扰会造成误差,因此针对这些现象,应对作业时间、作业环境及天气状况进行选择,并强化对设备的质量性能控制及检测工作,以此进行质量控制.

(5)其他.可选择具备良好性能的设备,以此降低接收机因自身存在缺陷而产生的误差;可通过相关技术将对流层、电离层产生的误差进行消除,以此提高测量质量.另外,还可以通过差分技术消除卫星产生的误差.

6 结语

综上所述,GPS-RTK技术在高速铁路工程测量中发挥着重要的作用,不但可以帮助高速铁路工程实现社会效益和经济效益,还可帮助铁路工程测量数据的准确度到达到最大值.虽然GPS-RTK技术在高速铁路工程测量中具备很多优势,但是GPS-RTK技术在实际高速铁路测量中,仍然会存在微小误差.因此,必须有效防止影响GPS-RTK技术的不良因素出现,并通过多种设备对测量结果进行检验,从而提高测量数据的准确度.

[1] 丁士俊,何亮云,李鹏鹏等.斜轴墨卡托圆柱投影及其在高速铁路控制网中的应用[J].武汉大学学报(信息科学版),2016,41(4):541-546.

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P228.4;U212.2

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1671-0711(2017)11(下)-0208-02