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GPS-RTK技术在铁路定测中的应用

2010-10-16  游子1



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GPS-RTK技术在铁路定测中的应用

默认分类 2008-01-01 12:54:54 阅读1 评论0   字号: 订阅

GPS-RTK技术在铁路定测中的应用
作者:佚名  出处:网络  更新时间: 2006年06月30日 

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,实施动态测量。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。

  1、RTK在铁路定测中的作业模式

  1.1 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,卫星的分布情况可用用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。

  1.2 建立测区平面控制网

  根据中线放样资料,用GPS静态测量方法建立测区控制网,相邻点间间距5-8公里,并与国家点联测,求出各控制点平面坐标,同时投影变形不得不考虑,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3o投影带的边缘,长度变形可达以上,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。

  1.3 高程控制测量

  GPS得到的高程是大地高,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。此外,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。因此等级水准仍采用水准仪作业模式。

  1.4 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。

  1.5 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。

  1.6 放样内业数据准备

  利用测量内外业一体化程序完成全部计算工作。将线路的起点坐标、方位角、加直线长度及曲线要素输入,程序根据里程计算出全线待放样点的坐标,其中直线上每50米一个点,曲线上每10米一个点。按相应的数据格式将放样点坐标导出成Trimble DC文件,通过Data Transfer将DC文件导入到外业掌上电脑供外业调用。

  1.7 外业操作

  将基准站接收机设在基准点上,开机后进行必要的系统设置、无线电设置及天线高等输入工作。流动站接收机开机后首先进行系统设置,输入转换参数,再进行流动站的设置和初始化工作。通常公布的坐标系统和大地水准面模型不考虑投影中的当地偏差,因此要通过点校正来减少这些偏差,获得更精确的当地网格坐标,且确保作业区域在校正的点范围内。

  2、应用实例

  2003年我公司对官柴线延长至新安煤矿铁路专用线进行定测。该专用线全长14.095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。

  2.1 劳动组织及作业进度

  利用RTK技术进行线路定测,将常规的沿线路中线测量模式改变为线路坐标控制测量模式,直接利用控制点测设中线,一次放出整桩和加桩,无需在做交点的贯通测量,进行中线、中平、断面的一次作业。

  采用1+2作业模式:基准站1人;流动站4人,其中2人操作GPS,1人写桩号、打桩,1人背木桩,1人用流动站作断面;抄平组7人,其中2人记录,2人司镜,2人跑尺,1人拉链。

  作业时,由流动站放样中桩点,抄平组马上测其高程,另一流动站作断面。且根据地物地貌的属性可对观测点进行属性编码,以取代原有的中桩记录。

  实际作业进度,每天完成新线定测2.5公里。

  对于要观测的跨线高和不适合RTK放样的点,可以与全站仪相结合的方法解决;现场无法用GPS测量的断面可由抄平组完成。

  2.2 精度情况

  公司未配GPS时,均采用全站仪放样,多年实践表明,全站仪中线测量精度较高,为检验GPS-RTK测量的精度,我们事先用全站仪放样一段线路,并将结果作为参考值,两种作业模式的成果比较如下:

坐 标 比 较

中桩里程 全站仪放样点坐标 GPS放样点坐标 坐标差值/mm
X Y X Y δX δY
K0+0.000 3868647.043 503172.571 3868647.045 503172.570 -2 +1
K0+ 50.000 3868689.751 503146.570 3868689.750 503146.571 +1 +1
K0+ 68.002 3868705.127 503137.208 3868705.126 503137.206 +1 +2
K0+ 78.002 3868713.661 503131.996 3868713.662 503131.998 -1 -2
K0+ 88.002 3868722.152 503126.713 3868722.152 503126.715 -1 -2
K0+ 98.002 3868730.553 503121.289 3868730.552 503121.292 +1 +3
K0+108.002 3868738.815 503115.657 3868738.816 503115.654 -1 -3
K0+140.000 3868763.948 503095.872 3868763.949 503095.874 -1 -2
K0+180.000 3868792.170 503067.567 3868792.169 503067.567 +1 +0
K0+220.000 3868816.377 503035.761 3868816.378 503035.765 -1 -4
K0+236.569 3868825.125 503021.692 3868825.130 503021.691 -5 +1
K0+240.000 3868826.839 503018.720 3868826.844 503018.716 -2 +4
K0+260.000 3868836.142 503001.019 3868836.146 503001.025 -4 -6
K0+280.000 3868844.245 502982.739 3868844.240 502982.740 +5 -1
K0+300.000 3868851.113 502963.959 3868851.116 502963.963 -3 -4

  根据统计结果分析,最大平面较差为7mm,因此,我们认为RTK测量成果质量可信。

  3、RTK动态测量的特点

1)在能够接收GPS卫星信号的任何地方,可进行全天候作业。

2)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。

3)流动站利用同一基准站信息可各自独立开展工作。

4)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。

5)GPS误差不累积。

  4、结束语

  RTK技术不仅能达到较高的定位精度,而且大大提高了测量的工作效率,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,因此RTK技术在铁路勘测设计领域有广阔的应用前景。

  参考文献 

  1.铁道部第二勘测设计院.铁路测量手册.北京:中国铁道出版社,1999

  2.孔祥元.控制测量学(上下册).武汉:武汉 测绘 科技大学出版社,1998.8

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