封欽

摘 要:本文基于筆者多年從事鐵路工程測量的相關(guān)工作經(jīng)驗,以GPS RTK技術(shù)在鐵路線路測量中的應(yīng)用為研究背景,深度探討了GPS RTK技術(shù)用于鐵路工程測量的必要性、作業(yè)流程和優(yōu)點,論文結(jié)合筆者參與的具體工程實例進行了剖析,給出了具體的操作流程,全文是筆者長期工作實踐基礎(chǔ)上的理論升華,相信對從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞:GPS RTK線路測量定線測量斷面測量定位測量

中圖分類號:TB22 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(b)-0036-02

在鐵路工程測量中,常規(guī)地面測繪技術(shù)主要利用電子全站儀、水準儀等地面測量儀器,配合其他測量工具(如皮尺、塔尺等)進行。這種測量模式存在著作業(yè)人員和儀器設(shè)備多、野外工作量大、工作效率低、測量誤差累積、現(xiàn)場測量成果不直觀、自動化程度較低等諸多缺點。這些問題在工程測區(qū)內(nèi)的通行、通視條件差時更顯突出。相比之下,近年來出現(xiàn)的GPS-RTK定位技術(shù)具有實時、快速、精度好、所需控制點少、外業(yè)工作量小、自動化程度高等優(yōu)點,從而能有效地克服常規(guī)地面測量技術(shù)不能很好解決的通行、通視等困難。顯然,RTK技術(shù)為鐵路工程測量開辟了一種全新的、高效的測量模式。本文結(jié)合某鐵路工程測量實踐,闡述了GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用于工程測量中的原理、作業(yè)流程和技術(shù)要點,通過試驗分析,總結(jié)出了具體應(yīng)用中應(yīng)注意的主要問題,對類似工程具有一定的參考價值。

1RTK定位原理、方法及作業(yè)流程

1.1 GPS-RTK技術(shù)的工作原理

GPS-RTK是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù),它能夠?qū)崟r地提供觀測點在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果,并達到厘米級精度。GPS-RTK定位由基準站和流動站兩部分組成?；鶞收疽话氵x設(shè)在視野開闊、地勢較高的高等級已知控制點上,它主要是對GPS衛(wèi)星進行連續(xù)跟蹤觀測,并通過數(shù)據(jù)鏈實時地將載波觀測數(shù)據(jù)及基準站信息發(fā)送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù),還要采集GPS觀測數(shù)據(jù),并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理,同時給出厘米級定位結(jié)果。

1.2 GPS-RTK定位的作業(yè)流程

作業(yè)流程如圖1所示。

(1)基準站的設(shè)置。根據(jù)工程需要在當(dāng)?shù)厥占叩燃壱阎刂泣c,并對收集到的控制點進行必要的檢測,以保證起算數(shù)據(jù)準確可靠。多數(shù)情況下,收集的已知控制點不便于工程直接使用,此時要在測區(qū)內(nèi)布設(shè)若干控制點,聯(lián)測坐標(biāo)與高程。RTK定位測量時,在選定的基準站上安置接收機,正確配置參數(shù)。(2)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。一般工程項目的建設(shè)都是在地方獨立坐標(biāo)系中進行,因此需要計算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。利用控制點(至少三個)進行RTK參數(shù)修正(必須解得七參數(shù)),求出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)后,利用測量控制器即可實時解算出定位點的工程獨立坐標(biāo)。3)流動站測量定位。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)確定無誤后,即可在測區(qū)根據(jù)工程需要進行相關(guān)的測量定位放樣和測繪工作。

1.3 GPS-RTK測量技術(shù)的主要優(yōu)點

(1)可大幅度地減少控制測量的工作量。在常規(guī)地面測量中,一般按“先控制,后碎部”的原則,首先逐級布設(shè)測區(qū)控制網(wǎng),然后再利用控制點進行碎部測量。而GPS-RTK技術(shù)則可免除繁瑣復(fù)雜的分級控制測量工作,只需在測區(qū)布設(shè)少量控制點以建立基準站即可滿足需要。(2)可全天候作業(yè)。在任何時間任何地點,只要能同時接收到4顆GPS衛(wèi)星的信號,并滿足一定的幾何圖形條件,即能進行正常作業(yè)。(3)可根據(jù)要求精度來設(shè)置。實踐表明:當(dāng)觀測條件良好時,采用性能良好的雙頻接收機觀測2s～5s即可得到厘米級的定位結(jié)果,并且測量誤差不會逐點積累,能顯著降低外業(yè)返工率。(4)測量過程直觀。采用RTK進行測量定位放樣時,利用流動站接收機的測量控制器能直觀地對測量過程進行有效控制,能及時查看坐標(biāo)定位精度,這是常規(guī)測量技術(shù)無法實現(xiàn)的。(5)在地形起伏大、植被茂密的地區(qū)進行測量時,RTK技術(shù)能很好地解決測量過程中因通行、通視不便而造成的難題。

2工程概況

某12km鐵路工程項目穿過一省級森林公園,沿線地形復(fù)雜、山體高差較大(最大值達400m)、植被茂密、荊棘叢生。該鐵路工程由隧道、橋梁、路基等分項工程組成,其中隧道11座,共長12901m(左、右線合計);特大、大、中橋13座,共長7359m(左、右線合計),匝道橋長5030m;橋、遂連接路線長約1500m。工程所處的特殊地理地形條件和工程自身的復(fù)雜性,對工程測量工作提出了很高的要求,同時,項目工期要求十分緊迫,又進一步加大了測量工作的難度。

3測量方法與步驟

3.1 基準站設(shè)置

由于收集到的已知控制點距線路較遠,因此在線路附近按規(guī)范要求布測了15個平面兼高程控制點,用作GPS基準站。平面控制網(wǎng)按C級GPS靜態(tài)相對測量精度施測,并按三等精度聯(lián)測水準高程。相鄰控制點平均間距大約為1km,最大間距為3km左右。

3.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的確定

由于本項目所在區(qū)域地理環(huán)境的特殊性,采用常規(guī)測量方法很難在短時間內(nèi)完成如此大工作量的測量工作,因此必須應(yīng)用先進的GPS-RTK技術(shù)。使用的儀器為Trimble 5700型GPS接收機,轉(zhuǎn)換參數(shù)的確定有兩種方法。

(1)利用RTK設(shè)備中測量控制器在現(xiàn)場進行測算,首先從平面控制點中選擇至少三個點(三個點均要有高程),將其準確的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)輸人控制器中,然后在現(xiàn)場進行逐點定位測量,觀測時間不少于5min,當(dāng)三個點測量完成后,既可利用測量控制器中的自帶軟件計算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。通過實踐證明這種方法在現(xiàn)場花費時間較多,并不實用。(2)利用步驟1中得到的各個控制點的大地經(jīng)緯度和測算出的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo),在內(nèi)業(yè)中計算得到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù),直接將參數(shù)輸人測量控制器。實踐證明,這種方法算得的參數(shù)準確、花費時間較少。

得到參數(shù)后,在現(xiàn)場對控制點進行檢核測量,每個檢查點上觀測3s。將GPS靜態(tài)觀測成果與RTK觀測成果進行對比,對比結(jié)果見表1。

由表1可得知,RTK定位成果能滿足鐵路工程中一般測量工作的精度需要。

3.3 分項測量

(1)普通控制測量。在收集的已知點或利用相對靜態(tài)技術(shù)加密的GPS控制點上,采用RTK技術(shù)連續(xù)觀測3min～5min加密測設(shè)部分控制點,滿足局部區(qū)域使用全站儀進行分項工程測量的需要。

(2)定線放樣。預(yù)先在測量控制器中輸人線路中線的曲線要素,即可自動生成線路圖。在整個放線過程中,控制器實時顯示測點里程和偏移距,從而指導(dǎo)線路放線工作。

(3)地形測繪。利用RTK進行沿線及各工點局部地形測繪,因為一臺基準站可以同時供多個流動站使用,因此外業(yè)測量中可以分若干小組同時開展工作,能顯著提高測圖效率。采用這種技術(shù)可獨立地完成絕大部分的地形測繪工作,當(dāng)測點位于高山密林且地勢特別低洼處時,GPS信號嚴重受阻,則可采用RTK與全站儀相結(jié)合的方法測繪局部地形,即利用RTK技術(shù)測設(shè)必要的圖根點,再設(shè)全站儀進行碎部測量。實踐證明:RTK技術(shù)與常規(guī)地面技術(shù)的合理組合是解決復(fù)雜條件下地形測繪的一條切實可行的途徑。

(4)縱、橫斷面測量。本工程包括了隧道、橋梁和路基等多個分項工程,縱、橫斷面測量工作量大、工期緊、精度要求高,且現(xiàn)場地形情況十分復(fù)雜,若采用常規(guī)的地面測量方法,不僅效率低,而且很難保證測繪成果質(zhì)量。本項目中采用RTK技術(shù)進行工程地形斷面測繪,達到了靈活、高效和質(zhì)優(yōu)的效果。

(5)專業(yè)調(diào)查與測繪。本項目設(shè)計中要求進行橋梁、隧道、路基等各個專業(yè)的調(diào)查和測繪工作,比如改河改溝調(diào)查、涵洞調(diào)查,被交叉道路(管線)調(diào)查,線路附近重要建(構(gòu))筑物調(diào)查等,這些工作不僅要進行實地調(diào)查,還要進行必要的測繪。采用RTK作業(yè)就能真正做到需要什么測量什么,避免了常規(guī)方法作業(yè)時頻繁支點和搬站的勞累,提高了工效,保證了成果質(zhì)量。

4結(jié)語

GPS RTK技術(shù)的引進和應(yīng)用,導(dǎo)致了鐵路工程測量模式的一次根本性變革和發(fā)展。實踐證明,RTK技術(shù)能顯著提高測量效率、縮短工期、降低成本,同時具有精度可靠、方便實用和靈活多變的突出優(yōu)點,它為復(fù)雜地形條件下的鐵路工程測量開辟了一條嶄新的和切實可行的技術(shù)途徑。在山區(qū)復(fù)雜地形條件下進行鐵路測量時,應(yīng)采取有效措施克服RTK技術(shù)的不足,以提高測繪成果精度和作業(yè)效率。

在地形起伏較大、森林茂密的山區(qū)或建筑密集的城區(qū),基站與流動站之間的數(shù)據(jù)鏈通訊難度顯著加大,RTK的最佳作業(yè)半徑往往比標(biāo)稱的有效作業(yè)半徑小許多,因此,一般認為作為基準站控制點的點間距應(yīng)在標(biāo)稱半徑的2/3以內(nèi),考慮到鐵路工程的復(fù)雜性,作者認為相鄰控制點間距宜小于標(biāo)稱半徑的1/2倍,且RTK作業(yè)半徑宜控制在5km～8km以內(nèi)。

同時,基準站應(yīng)盡可能設(shè)在地勢較高處。利用RTK進行工程測量時,控制點的數(shù)量比以往大大減少,各測點坐標(biāo)均依據(jù)基準站解算而得,與傳統(tǒng)作業(yè)模式相比,其測量檢核條件也明顯減少,因此,必須采取已知點校準、重復(fù)測量等手段來檢查測量成果的精度及其可靠性,作業(yè)過程中必須通過GPS接收機控制器實時監(jiān)控基準站和流動站的定位質(zhì)量,同時必須嚴格遵守GPS測量中的相關(guān)技術(shù)規(guī)定,以確保測量成果的質(zhì)量。

RTK技術(shù)具有很多優(yōu)點,但同時也存在著一些缺點和不足,因此在實際測量中的質(zhì)量控制是一個不容忽視的問題。作者認為,制定RTK測量方面的技術(shù)規(guī)范乃當(dāng)務(wù)之急,值得有關(guān)部門高度重視。

參考文獻

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