浅谈GPS-RTK测绘技术在铁路初\定测中的应用及优势
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摘要：本文将首先阐述gps-rtk测绘技术的基本原理，然后具体分析其在铁路测量中的实际应用，最后提出运用中需要注意的问题。
关键词：GPS-RTK；测绘技术；铁路测量；中线；初、定测
中图分类号：P2文献标识码： A
随着新测量技术的不断涌现和创新发展，我国铁路设计和施工的测量方法也在与时俱进。比如光电测距、全站仪和GPS等技术已经从根本上取代了传统的测量手段,被广泛应用到了铁路的建设勘测、方案设计、工程施工等方面。
一、RTK技术概念界定及优缺点
RTK(Real Time Kinematic，适时动态)技术是在GPS基础上发展起来的，能够适时提供流动站在指定坐标系中的三维定位结果，并在一定范围内达到厘米级精度的一种新的GPS定位测量方式，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图、各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。
1、RTK测量速度快、定位精度高，没有误差积累
RTK技术的测量速度主要由仪器初始化时间、数据链传输质量、手簿解算技术等因素决定。初始化时间由接收机主板的性能决定，接收机主板的性能决定接收卫星的数量和质量，在一定的高度角下接收到的卫星数量越多、信息质量越好，RTK数据链传输质量越高，解算技术越先进，初始化所需时间就越短。在良好的环境条件下，RTK初始化所需时间一般为10s；不良环境条件下(尚满足RTK基本工作条件)，技术先进的接收机也需要几分钟到十几分钟，技术性能较差的接收机就更难完成初始化工作了。而中海达公司生产的v8 GNSS双频双星RTK在不良环境条件下，仍能顺利地进行RTK测量，主要是这种机器拥有先进的跟踪技术和多路径抑制技术。
2、全天候作业
RTK技术和传统测量相比，只要满足“电磁波通视和对空通视的要求”，几乎可以全天候作业。
3、 RTK作业自动化、集成化程度高
RTK可胜任各种勘测。流动站乎簿内置专业软件，可自动实现中线测量、横断面测量、地质放孔等多项工作。
4、受卫星分布状况限制
GPS系统由于是美国最先研发的，世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖。在中、低纬度地区何天总有两次自区，何次20-30 min，处于自区时卫星几何图形结构强度低，RTK测量很难得到固定解。
5、受电离层影响
中午时段受电离层干扰大，由于这个时段共用卫星数少，因而初始化时间长，甚至不能初始化，也就无法进行测量。根据我们的实践经验，单星RTK每天13-15点很难正常工作。
6、受数据链传输影响
数据链电台信号或网络信号在传输过程中易受外界环境影响，如高大山体、建筑物和各种高频信号源以及当地网络分布的影响，信号强度在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径，尤其使用电台模式更受距离限制。
7、受对空通视环境影响
在林区、密集居民地作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多，信号强度低，卫星空间结构差，容易造成失锁，重新初始化困难，在对空遮挡比较严重的地方GPS无法正常使用。
二、GPS-RTK技术在铁路测量中的具体应用
1、GPS-RTK应用于中线放样
计算线路上任意点坐标的方法很多,对于曲线测设而言,只要给出线路上各交点坐标,对应曲线半径和缓和曲线长度,就可以计算出线路上各曲线大桩的坐标和需要放样的线路中线的任意点坐标。如果把线路载入GPS,在GPS内部生成线路位置并现场参考站架设完毕后,可以有选择的按定距或者指定大桩进行中线放样.一般按桩号放样,当输入一个桩号后,GPS-RTK会自动提示你目前位置距离桩号的距离、方向,据此找到测设设计位置,完成中线测量。目前,该方法已广泛应用于铁路、公路的中线放样。
2、GPS-RTK应用于纵、横断面测量
利用GPS-RTK不仅可以得到线路上任意一点的坐标,而且可以得到任意点位的横断面坐标,在测量线路中线的同时,可以获得中线放样点的标高,处理后生成纵断面数据文件,用来绘制线路的纵断面。同时,RTK会自动显示线路的横断面位置(也可用目视方法),由流动站从中桩向外,逐点沿地形变化点测量,每一变化点记录三维坐标,经数据处理,就可以得到该点的横断面数据文件,绘制横断面图,用于路线的设计。
3、GPS-RTK技术应用于既有线路复测
传统的既有线路复测的里程丈量常用钢卷尺,中线测量用经纬仪沿铁路中心线测量,高程测量用水准仪测量,其缺点是需要的测量人员多、劳动强度大、作业不安全。虽然近几年开发利用光电测距仪、全站仪应用于既有线复测,但仍然存在作业进度慢,受天气影响大等问题。GPS-RTK技术应用于既有线路复测,流动站测量结果为三维坐标,同步完成了里程测量、中线测量和高程测量所需要的全部数据,操作简单,进度迅速,线路上作业的人员可以减少到最低程度,不仅成倍地提高工作效率,而且保证了作业安全.该技术作为铁路既有线改建设计三维CAD系统的数据来源,将会极大促进既有线改建设计三维CAD系统的发展。在研制既有铁路改建系统的过程中,采用GPS-RTK技术在兰武线部分区段进行试验,一次性获取既有线路横断面相关数据(包括路基本体和线路两侧50 m范围内地形三维坐标),生成鲱鱼骨式数字地形模型,用于既有线改建设计,采用基于坐标测量的曲线整正方法进行线路的曲线整正计算,同时提取线路既有轨面标高信息,采用优化方法来设计线路纵断面,对于不符合线路改建标准要求的区段(如最小曲线半径小于规定值、需要曲线合并、裁弯取直等地段),通过线路数字地形模型来提取各方面的信息,用于改建地段的纵、横断面设计.该技术的应用极大地提高了工作效率,取得了较好的试验效果。
4、GPS-RTK应用于施工测量
在铁路施工过程中,要经常实时恢复中线和显示线路位置,只要输入线路中线的三维坐标(高程为设计值),就可以在确定中桩位置的同时显示中桩的填挖高度,测量精度为厘米级,RTK技术应用于恢复中线和其它被破坏桩位,以及实时显示线路的三维动态施工状态,具有其它仪器不可比拟的优点。
5、GPS-RTK技术应用于RGIS
数字地形模型在RGIS及铁路纵、横断面设计等方面起着重要作用,现有的数字地形模型数据来源主要有利用卫星照片、既有地形图、现场实测数据三种,而利用现场实测数据生成数字地形模型的精度最高,利用RTK技术可以方便的得到地面上任意点的三维坐标,再加上点位属性信息,就可以生成精度较高的数字地形模型,为线路机助设计和模拟显示铁路线路的三维空间位置提供帮助。GPS-RTK技
术作为铁路地理信息系统(RGIS)中获取三维空间坐标数据的先进手段,对实现铁路勘测设计的自动化和数字化具有重要的意义。伴随RS技术的不断发展,综合利用GPS技术和RS技术在传统的数字地形模型上叠加地质、地物等信息,建立铁路综合数字地形模型,在基于虚拟环境的铁路选线设计系统中得到初步的应用,对于提高铁路勘测设计一体化、智能化的水平具有重要的意义。
三、GPS-RTK作业注意事项
1、GPS-RTK定位的数据处理主要是基准站和流动站间的单基线处理,而基准站和流动站的观测数据质量及无线电信号的传播质量对定位精度的影响极大。因此,应该把基准站设立在要进行RTK测量区域的较高点上,提高基准站和流动站天线的架设高度。
2、RTK测点必须在求取WGS-84坐标到地方坐标系转换参数的高级控制点的范围内,同时尽量均匀分布,最高、最低点也尽可能选点。
3、信号不能太远,根据以往的作业经验,GPS-RTK的有效范围半径不应超过10km,否则精度、速度会大受影响。
4、GPS-RTK由于缺乏必要的闭合条件,不宜做首级控制测量。可采用不同基准站或者双基准站的方式进行。
四、结束语
由此可见，GPS-RTK测绘技术已经给我国铁路测绘工作管理带来了重大的变革和进步。可以预测，GPS-RTK技术将在铁路勘测设计领域具有更加广阔的应用前景。
参考文献:
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