GPS RTK在铁路既有线测量中的应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇GPS RTK在铁路既有线测量中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：系统介绍了gps的组成和定位原理，以灵锐S82　GPS接收机为例，介绍GPS　rtk在铁路既有线测量中的应用过程和注意事项，通过阐述GPS　RTK在测量中的优势，展望了GPS测量在铁路建设和养护维修中的前景。

关键词：GPS-RTK；既有线；测量

中图分类号：U449.52 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2013）01-0148-3

1.引言

铁路既有线的测量，目的是将既有线的现状准确地反映出来，为养护和维修提供依据。采用全站仪进行既有线的测量，受地形条件、气候条件等制约因素的限制，而且在测量时必须用对讲机进行方向及距离指挥，而且不时受到行车的干扰，速度很慢。若遇到视线被挡，还必须测转点，移动测站。目前我段线路都是山区铁路，通视条件普遍不理想，采用常规测量手段很困难。采用GPS　RTK技术，不受通视条件、气候等制约因素限制，主站及流动站无须指挥，依据流动站的数目，可同时放出多个点，各个点间误差不积累。下面以灵锐S82　GPS接收机为例，介绍GPS　RTK在铁路既有线测量中的应用过程。

GPS（　Global　Positioning　System　）全球定位系统　，是美国国防部于1993　年底建成的军民两用卫星导航定位系统。近年来　，GPS技术在我国测绘领域的推广应用迅速发展　，是一种新型的定位技术。RTK（Real　-　time　kinematic）方法，即载波相位动态实时差分，就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。可以达到既有线测量的要求。

2.GPS系统的组成

GPS主要由空间部分、地面控制部分和用户部分组成。

2.1　空间部分

GPS的空间部分由24　颗分布在　6　个倾角为　55°的几乎为圆形轨道上绕地球运行的　GPS　工作卫星组成　，每个轨道上有4　颗卫星　，卫星的平均高度为20　200　km。每颗　GPS工作卫星都发出用于导航定位的导航电文（信号　），其运行周期约为　12　恒星时　，约为11小时58分，确保全球任一位置在任何时间均能接收到最少　4　颗以上卫星信号　，最多可以接收11　颗卫星信号。

2.2　地面控制部分

GPS的地面控制部分由分布在全球的一个主控站、五个监控站和三个注入站构成。

2.3　用户部分

GPS的用户部分由　GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成　，其作用是接收　GPS　卫星发出的信号　，利用信号进行导航定位等。

2.3.1　GPS接收机

GPS卫星接收机的基本结构是天线单元和接收单元两部分。天线单元的主要作用是当　GPS　卫星从地平线上升起时　，能捕获、跟踪卫星　，接收放大　GPS　信号。接收单元的主要作用是记录　GPS　信号并对信号进行解调和滤波处理　，还原出　GPS卫星发送的导航电文　，解求信号在站星间的传播时间和载波相位差　，实时地获得导航定位数据或采用测后处理的方式　，获得定位、测速、定时等数据。微处理器是　GPS　接收机的核心　，承担整个系统的管理、控制和实时数据处理。

2.3.2　GPS数据处理软件

GPS数据处理软件是　GPS用户系统的重要部分　，其主要功能是对　GPS　接收机获取的卫星测量记录数据进行“粗加工”、“预处理”，并对处理结果进行平差计算、坐标转换及分析综合处理。解得测站的三维坐标　，测体的坐标、运动速度、方向及精确时刻。GPS数据处理技术也处在不断更新之中　，各系列　GPS接收机制造厂家研制的处理软件也各具特色。

3.GPS定位技术原理

分别为卫星A，B，C在时刻ti的空间直角坐标。GPS系统常用的坐标系统有WGS284　（Geodical　System284　即世界大地坐标系284）、1954　年北京坐标系、1980年西安大地坐标系。然后根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换求出所使用的坐标系统的坐标。

4.GPS在铁路既有线测量中的测量方法

4.1GPS基准站的设置

（1）基准站应安置在对天空比较开阔的地方，应该能够看到高度角13°以上的天空。基准站应远离强干扰源，如高压线、移动电话发射台、大面积水体等，否则观测精度及数据链连接距离均会受到很大影响。（2）接好电台天线和电源线，打开电源开关和电台开关，在电台上选取1～4通道中的任何一个，但是要注意要和手簿选取的通道一样。在实时测量前，必须保证电台天线和电台相连，否则电台会收不到信号。当流动站出现长时间断链或连续出现断链时，若周围无任何干扰源，应及时查看电台电源情况。

4.2GPS流动站的设置

（1）流动站包括GPS天线、GPS接收机、无线电通讯接收设备、电源、流动站控制器（手薄）等设备。（2）流动站接收机只需打开开关即可使用，不需做任何设置。（3）手薄的设置比较繁琐，开机后，打开其中的工程之星，首先根据基准站的设置选取1～4通道中与基准站一样的通道，使流动站接收电台的频率与基准站发射电台的频率一致。当流动站开机时收不到基准站信号时，应首先查看接收电台与发射电台的通道是否一致。然后选取测量模式，它包括人工存取数据和自动存取数据两种，自动存取又细分为时间和距离两种模式，可根据实际需要选取，由于我们在线路上测量时，运动的速度不固定，一般都是取距离模式，如移动5米保存一次。（4）为了达到厘米级的测量精度，流动站在进行测量前要进行初始化，即保证接收到5个以上卫星的信号。

4.3GPS测量数据的采集

当初始化达到测量要求后就可以开始采集数据了，在实际应用中可把GPS接收机固定在特制的底座上，并且保证接收机在线路的中心线上，底座可以沿着轨面移动，测量员以一定的速度推着GPS沿线路移动，就可以采集到线路中线的有关数据，经数据处理软件处理后可得到线路中线的一系列点的三维坐标。

4.4数据的处理

GPS处理软件可以自动把采集到的数据转换成CAD格式，这样就得到一些连续的点所形成的一条线，把这些点用线连起来，即得到所测线路中线的实测平面图，然后再和线路的原有资料对比，可以计算出线路的方向不平顺。也可以根据所测得到的线路纵断面图和原有高程对比，计算出线路高低不平顺，算出起道量。值得注意的是，目前我段所用的GPS测量精度只能达到厘米级，在起道作业中还不适合使用。

5.使用灵锐S82　GPS接收机测量应注意的一些问题

灵锐S82　GPS接收机有它独特的优点，也存在一些技术上的缺陷，应用过程中应该注意下面一些问题：

5.1流动站和基准站的距离不应超过5公里

由于技术上原因，流动站在5公里的范围内，可以接收到比较好的信号，所以为了测量的准确性，应把基准站设在所需测量起点前方5公里以内，当流动站超过基准站接近5公里后，应把基准站往前移动后再继续测量。

5.2在测量过程中应注意信号问题

测量员手拿手薄跟着流动站向前移动，应时刻注意手薄上的数据，当数据大于3时，说明信号不好，应停止测量，等过一段时间当 数据小于3后再继续往前移动。

5.3无信号地段和困难地段应和全站仪配合使用

在隧道里面，GPS是无法接收到信号的，所以GPS测量不能在隧道里面使用，这时应该改用全站仪进行测量，再者在山区铁路，往往由于高山的阻拦导致一些地段无法接收到有效的信号，也应该使用全站仪进行测量。

6.GPS测量的特点

相对于经典的测量学来说，GPS测量的主要特点如下：

6.1观测站之间无需通视

这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间，同时也使点位的选择变得甚为灵活。不过也应指出，GPS测量虽不要求观测站之间相互通视，但必须保持观测站的上空开阔（净空），以使接收GPS卫星的信号不受干扰。

6.2定位精度高

现已完成的大量实验表明，目前我们所使用的GPS，其精度都能达到厘米级，可以达到铁路既有线测量的要求。随着GPS技术的不断进步，其精度也在不短得到提高。

6.3观测时间短，效率高

由于GPS具有自动保存数据的功能，在铁路的线路测量中，和传统的测量方法相比，　GPS测量的效率得到了大幅的提高。

6.4提供三维坐标

GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。GPS测量的这一特点，可以在铁路的高程测量中得到应用。

6.5操作简便，自动化程度高

GPS测量的自动化程度很高，测量员的主要任务只是安装并开关仪器、监视仪器的工作，而其它如数据的记录和数据的处理等均由仪器自动完成。

6.6全天候作业

GPS观测工作可以在任何地点，任何时间连续地进行，不受天气状况的影响。

7.结语

综上，GPS-RTK定位技术较常规测量手段有显著优势，随着GPS技术的不断进步，精度的不断提高，它必将逐步在铁路的建设和养护维修中得到更加广泛的应用。

参考文献

[1]刘开绪.全球定位系统GPS　在铁路建设中的应用[J]，铁道建筑，2006.

[2]梅熙.GPS-RTK技术在铁路客运专线放线中的应用[J]，铁道勘察，2006.

[3]RKT作业系统操作手册