gps-rtk技術(shù)在鐵路地質(zhì)鉆孔放線測(cè)量中的應(yīng)用

1、<p>　　GPS-RTK技術(shù)在鐵路地質(zhì)鉆孔放線測(cè)量中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使得野外實(shí)時(shí)測(cè)量精度達(dá)厘米級(jí)，它具有實(shí)時(shí)性好，精度高，速度快等優(yōu)點(diǎn)，是常規(guī)測(cè)量所無(wú)法比擬的，但要實(shí)現(xiàn)RTK的應(yīng)用，至少需要2臺(tái)以上的主機(jī)，況且GPS設(shè)備價(jià)格都不菲。但隨著我國(guó)對(duì)高速鐵路投資越來(lái)越大，資金問(wèn)題已影響不大。因此，GPS-RTK在高鐵工程中從線路的測(cè)設(shè)，數(shù)據(jù)采集，線路放樣，應(yīng)用越來(lái)越廣。主

2、要從RTK技術(shù)在鐵路測(cè)量中的工作模式、數(shù)據(jù)鏈結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點(diǎn)、RTK作業(yè)步驟、RTK成果精度影響因素等方面，進(jìn)一步討論其在實(shí)際鐵路測(cè)量中的控制測(cè)量，線路勘探，中線測(cè)量，施工放樣等方面的應(yīng)用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：GPS-RTK；基準(zhǔn)站；流動(dòng)站；放樣 </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：U231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　引言 &

3、lt;/b></p><p>　　在工程施工中，越來(lái)越多的時(shí)候需要在野外快速得到一些測(cè)量數(shù)據(jù)，如快速測(cè)量并得到面積、快速測(cè)量原地面高程進(jìn)而修改邊坡的坡度、快速放樣施工邊界保證施工進(jìn)度等。盡管常規(guī)測(cè)量也可以滿足需要，但常規(guī)測(cè)量在實(shí)效性方面有著先天性的不足，而RTK技術(shù)的出現(xiàn)，可以很容易的到達(dá)這一點(diǎn)。 </p><p>　　RTK利用載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分的技術(shù)，是GPS應(yīng)用的重大突破，它

4、的出現(xiàn)給控制測(cè)量、工程放樣、地形測(cè)量、及各種測(cè)量帶來(lái)了便捷，有效的提高了野外工作效率。在修建鐵路前都要進(jìn)行地質(zhì)勘探測(cè)量，地質(zhì)鉆孔位置的放樣是地質(zhì)勘探的基礎(chǔ)，由于GPS-RTK是以載波相位觀測(cè)量實(shí)時(shí)差分為依據(jù)的動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能在施測(cè)的過(guò)程中實(shí)時(shí)得到三維坐標(biāo)(平面坐標(biāo)及高程)，且測(cè)量精度可達(dá)到厘米級(jí)，這就使其應(yīng)用在鐵路鉆孔放樣測(cè)量中成為可能。 </p><p>　　一、GPS-RTK技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 </p>

5、;<p>　　GPS全球定位系統(tǒng)科技領(lǐng)先，覆蓋全球，功能強(qiáng)大，具有全天候連續(xù)性的定位功能，提供三維坐標(biāo)精密無(wú)誤，能為各類(lèi)用戶(hù)服務(wù)，周全快速；GPS分為常規(guī)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量?jī)煞N，根據(jù)載波相位測(cè)量局域差方法原理，依照差分計(jì)算得出數(shù)據(jù)，根據(jù)算法模型，作業(yè)模型分為幾大種類(lèi)，其中就有RTK、靜態(tài)、快速靜態(tài)等等；地殼變形觀測(cè)使用靜態(tài)作業(yè)模式，用于精度較高的測(cè)量，普通的工程測(cè)量使用快速靜態(tài)方法，碎部測(cè)量如數(shù)據(jù)采集，一般使用RTK測(cè)量，其特

6、點(diǎn)省時(shí)高效精度高；GPS定位主流中，非RTK技術(shù)莫屬。GPS性能強(qiáng)大，不受時(shí)空所限，精度高，服務(wù)完善，設(shè)備先進(jìn)。 </p><p>　　二、RTK技術(shù)特點(diǎn) </p><p>　?。ㄒ唬?、RTK的軟件環(huán)境 </p><p>　　目前應(yīng)用最為廣泛的GPS數(shù)據(jù)處理軟件有天寶公司的TrimbleGeomaticsOffice、徠卡公司的LGO等。一般要求軟件可以實(shí)時(shí)對(duì)載波相

7、位觀測(cè)值進(jìn)行求解。并根據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)、基準(zhǔn)站的坐標(biāo)，快速求解出實(shí)時(shí)相對(duì)于基準(zhǔn)站的相對(duì)坐標(biāo)值。另外軟件還應(yīng)該具有對(duì)靜態(tài)、快速靜態(tài)、基線解算、網(wǎng)平差、參數(shù)求解、大地水準(zhǔn)面模型、放樣數(shù)據(jù)的編輯及上傳等功能。 </p><p>　?。ǘ⒄芪粗獢?shù)的搜索技術(shù) </p><p>　　RTK的數(shù)據(jù)處理時(shí)在實(shí)時(shí)狀態(tài)下在控制器（手簿）內(nèi)進(jìn)行的，它基于線性無(wú)偏最小方差估計(jì)原理卡爾曼濾波技術(shù)來(lái)處理每一個(gè)歷元的觀

8、測(cè)值，一般說(shuō)，RTK作業(yè)的數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵是對(duì)整周未知數(shù)的快速求解。實(shí)時(shí)的搜索并且唯一的判斷相對(duì)載波相位觀測(cè)量的初始化整周未知數(shù)。常用的搜索方法有：優(yōu)化Cholesky分解法；消去法；整周未知數(shù)快速逼近法（FARAf法）；模糊度函數(shù)法。一般說(shuō)來(lái)，優(yōu)化Cholesky分解法采用的是當(dāng)前時(shí)刻為止的所有的歷元觀測(cè)值，同時(shí)會(huì)自動(dòng)追加觀測(cè)值，與其他的搜索方法相比較。它的搜索效率是十分的顯著的。 </p><p>　　三、GP

9、S-RTK放樣測(cè)量流程 </p><p>　　1)收集測(cè)區(qū)控制點(diǎn)資料。作業(yè)前應(yīng)先收集測(cè)區(qū)的控制點(diǎn)資料，包括控制點(diǎn)的坐標(biāo)、等級(jí)、中央子午線、坐標(biāo)系，是常規(guī)網(wǎng)還是GPS控制網(wǎng)、控制點(diǎn)的地形和位置是否適合作動(dòng)態(tài)GPS的參考站。如無(wú)可用控制點(diǎn)，尚需布設(shè)及測(cè)求GPS控制網(wǎng)。2)測(cè)區(qū)布置及參數(shù)設(shè)置。在實(shí)施放樣測(cè)量前，應(yīng)對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行合理布置，一般應(yīng)將測(cè)區(qū)分成若干個(gè)測(cè)段(測(cè)段長(zhǎng)不超過(guò)10km)，且應(yīng)使每個(gè)測(cè)段的控制點(diǎn)較均勻的分

10、布在測(cè)段內(nèi)。同時(shí)，還應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)，如定義要求的配置集、數(shù)據(jù)保存位置、坐標(biāo)系統(tǒng)、天線類(lèi)型、限差、衛(wèi)星高度角等。3)求出測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)。實(shí)際作業(yè)時(shí)，根據(jù)控制點(diǎn)的分布情況，選用每個(gè)測(cè)段內(nèi)至少3個(gè)以上分別有WGS-84地心坐標(biāo)和北京54坐標(biāo)或當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)的控制點(diǎn)，由水準(zhǔn)網(wǎng)資料可獲得選用點(diǎn)的高程，利用系統(tǒng)的相關(guān)軟件可求解出各測(cè)段的7個(gè)(或3個(gè))轉(zhuǎn)換參數(shù)。為了得到RTK高程，還要求取測(cè)段比較準(zhǔn)確的高程異常模型。4)基準(zhǔn)站的選定和安置。根據(jù)各測(cè)段的

11、控制點(diǎn)情況，選擇堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定、地勢(shì)較高、臨空面廣闊、交通方便的位置作為基準(zhǔn)站的架設(shè)點(diǎn)。為保證測(cè)量精度，基準(zhǔn)站一般架設(shè)于各測(cè)段的中部，在基準(zhǔn)站接收機(jī)上輸入WGS-84坐標(biāo)，各相關(guān)參數(shù)、天線高、作業(yè)</p><p>　　四、中線測(cè)量與施工放樣 </p><p>　　利用RTK-GPS功能，我們可以實(shí)現(xiàn)： </p><p>　　1）在線路設(shè)計(jì)階段，利用RTK測(cè)量原地面高程、坐

12、標(biāo)進(jìn)而設(shè)計(jì)出合理的線路。2）在施工前期，把設(shè)計(jì)好的中線坐標(biāo)上傳到GPS控制器內(nèi)，利用RTK的坐標(biāo)放樣法，放樣出線路的邊界位置。3）利用RTK技術(shù)，在放樣緩和曲線時(shí)，在直緩點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站，利用RTK的坐標(biāo)幾何功能，放樣出緩和曲線的中線坐標(biāo)及邊界位置。4）要在既有線旁邊修建一條復(fù)線，可以直接利用既有線的參數(shù)，通過(guò)RTK的坐標(biāo)幾何中的偏移功能，很好的放樣出復(fù)線位置。5）由起點(diǎn)坐標(biāo)與方位角或2端點(diǎn)坐標(biāo)所定義的直線，由RTK的極坐標(biāo)放樣法直接放樣。

13、利用道路測(cè)設(shè)軟件，使設(shè)計(jì)-測(cè)設(shè)-施工一體化，首先由道路設(shè)計(jì)軟件計(jì)算出道路中關(guān)鍵的集合坐標(biāo)，并定義它們的平面和高程基準(zhǔn)值，把信息存放在專(zhuān)用信息卡上，在野外，根據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)給出的測(cè)站與偏差值完成有關(guān)的樁位測(cè)設(shè)與標(biāo)定，在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中，利用軟件進(jìn)行點(diǎn)位坐標(biāo)的計(jì)算，并引導(dǎo)放樣工作的全過(guò)程。 </p><p>　　五、GPS-RTK在鐵路鉆孔放線測(cè)量中的應(yīng)用 </p><p><b>　　（

14、一）、工程概況 </b></p><p>　　某鐵路段全長(zhǎng)347.67km，投資300億元，平均每千米造價(jià)8700萬(wàn)元，設(shè)計(jì)時(shí)速200km。線路所經(jīng)過(guò)的南段都為山區(qū)，且沿線居民點(diǎn)較多，通視條件較差，地質(zhì)鉆孔放樣測(cè)量工作量大，采用常規(guī)的測(cè)量方法難以在較短的時(shí)間內(nèi)完成放樣工作，采用了3臺(tái)中海達(dá)V8接收機(jī)進(jìn)行放樣測(cè)量工作。 </p><p><b>　　（二）、精度分析 &

15、lt;/b></p><p>　　1、RTK測(cè)量精度與遮擋物影響關(guān)系 </p><p>　　受客觀測(cè)量條件所限，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中一般很難避開(kāi)遮擋物，接收衛(wèi)星信號(hào)，數(shù)傳電臺(tái)發(fā)射無(wú)線電信號(hào)，都不可避免地受遮擋物的影響。參照張孝軍先生提出的測(cè)試方法，在BC段的茂密樹(shù)林里予以了測(cè)試。在無(wú)樹(shù)木遮擋地方初始化后，進(jìn)入樹(shù)林中樹(shù)木相對(duì)稀疏的地方進(jìn)行測(cè)量。此時(shí)測(cè)量中初始化信息無(wú)丟失，數(shù)據(jù)鏈通訊較穩(wěn)定，

16、點(diǎn)位移與高程較差都不大，地形吻合較好。但當(dāng)進(jìn)入樹(shù)林中央茂密的地方，就出現(xiàn)測(cè)點(diǎn)位移大，初始化信息丟失，且很難重新初始化的現(xiàn)象，測(cè)量無(wú)法得到繼續(xù)。另在通訊信號(hào)發(fā)射塔及高壓線附近測(cè)量結(jié)果偏差明顯增大，無(wú)法正常測(cè)量，當(dāng)距離達(dá)到500m后基本正常，對(duì)于在這500m內(nèi)的測(cè)量可仍用常規(guī)方法予以施測(cè)。 </p><p>　　2、GPS-RTK測(cè)量精度與精度因子的關(guān)系 </p><p>　　對(duì)遵義市紅花崗區(qū)

17、段的220個(gè)RTK放樣點(diǎn)在1954年北京坐標(biāo)系統(tǒng)下進(jìn)行約束平差計(jì)算得各放樣點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差，并按不同的PDOP(PDOP為幾何精度衰減因子，它是反映GPS衛(wèi)星空間幾何位置分布對(duì)GPS測(cè)量影響的指標(biāo))值進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)誤差。 </p><p>　　由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以得出如下結(jié)論:1)在RTK完成初始化之后，其測(cè)高精度已達(dá)到了儀器標(biāo)稱(chēng)精度。2)受衛(wèi)星分布影響，隨著PDOP值的增大，標(biāo)準(zhǔn)差有增大的趨勢(shì)。當(dāng)PDOP5時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)差明顯

18、增大，但仍?xún)?yōu)于標(biāo)稱(chēng)精度。3)接收衛(wèi)星數(shù)目為6顆~9顆的情況下，標(biāo)準(zhǔn)差變化不顯著，當(dāng)接收衛(wèi)星數(shù)為5顆時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)差明顯增大，但仍能達(dá)到標(biāo)稱(chēng)精度指標(biāo)。 </p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　TK技術(shù)是GPS定位技術(shù)的一個(gè)新的里程碑，它不僅具有GPS技術(shù)的所有優(yōu)點(diǎn)，而且可以實(shí)時(shí)差分獲得觀測(cè)結(jié)果及精度，使野外工作效率得到了極大的提高。 </p&