GPS-RTK在铁路复测中的应用研究

王 万 祥

(陕西铁道工程勘察有限公司，陕西 西安 721000)

在中国铁路的高速发展中，许多新建铁路都会遇到既有铁路接轨、改扩建既有铁路等问题，不可避免的要进行既有铁路线路的复测。在复测中，常规的复测方法往往是通过钢链丈量确定既有线里程，然后采用方尺配合全站仪观测外移桩和进行曲线查定来确定既有线平面线型，最后通过水准仪观测轨面高程来确定既有线轨面高程。此方法需要人员众多，作业效率低，因此迫切需要一种高效的复测方法来替代传统方法。

1 GPS-RTK

RTK定位技术是基于载波相位观测值的一种实时动态定位技术。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发送给流动站。流动站通过数据链接收来自基准站的数据，再采集GPS观测数据，在系统内组成差分观测值进行实时处理并给出厘米级定位结果。

在GPS-RTK观测中，由于控制点的精度、分布情况、观测时星历状况、卫星遮挡及其他因素会导致观测结果精度欠佳，甚至发生错误。因此在GPS-RTK观测时要注意以下几个方面：

1)GPS-RTK基站架设的位置尽量高，保证周围无遮挡，无强电磁干扰；

2)基站尽量在已知点上架设并精确对中整平，求取转换参数时，采用至少4个控制点，控制点精度必须要高，此外点位要均匀分布且覆盖整个测区；

3)求取转换参数时采用控制点的残差要严格按照TB 10054—2010铁路工程卫星定位测量规范规定平面残差控制在15 mm，高程残差控制在20 mm的要求执行，此外观测中应按照规范要求每天进行必要的检核；

4)流动站距离基站应控制在5 km以内；

5)流动站观测时必须采用高质量固定解，观测时最少观测5个历元。

2 既有线复测

传统既有线复测流程如下：

1)采用钢链加方尺丈量既有铁路里程并在既有线路上标注；

2)根据既有线上标注的里程按照规范要求布设外移桩，并按照一定等级要求进行外移桩导线观测。导线应以线路GPS控制网点为起算点，保证观测点与基础平面控制点同坐标系；

3)使用全站仪对既有线路的曲线段落根据台账对半径、缓和曲线长等测量确认并进行股道拨道量的计算；

4)使用水准仪按照等级水准测量的方法进行基中平观测，基平观测可以和中平观测同步进行，也可以分开进行，最终获得既有线路轨面高程；

5)车站内需要进行站场测绘，对车站内相关股道、影响既有线的重要建筑物及设施等进行观测。

至此可获得既有线路正线及车站的平面和高程信息，为后期改扩建及新线接入提供了完备的基础资料。

按照此方法，要完成完整工序粗略估算需要20人次，而且里程丈量工序必须在前，否则其余工序无法开展工作。

随着GPS-RTK技术的发展和精度的日益提高，为节省人员成本并加快复测进度，考虑采用GPS-RTK进行既有线复测工作。

采用GPS-RTK进行既有线复测工作的方法如下：

1)在室内进行控制点的选择和转换参数的求取；

2)在已知控制点上架设基站并观测另外一个已知点检查转换参数的正确性；

3)将GPS流动站天线头放置于经过加工的方尺上，天线头的中心位置精确位于股道中心位置；

4)流动站获得初始化后，在手簿里面输入方尺侧面正中心对应的里程，观测保存，并在股道外侧标注里程；

5)移动方尺并放样上一个里程根据放样距离来确定下一个位置的里程，例如直线段50 m观测一个点，曲线上20 m观测一个点；

6)重复步骤4)和步骤5)至测量终点。

GPS-RTK进行既有线复测，不仅在现场标注里程，同时观测了轨中坐标，而且还可以获得轨面高程。完成该工序观测只需要4人次，效率大大提高。

3 工程实例

为检验该方法的精度能否满足既有线复测要求，我们对某段既有线同时采用两种方法进行观测，并对比两者的优劣。我们首先检查GPS-RTK观测时转换关系的正确性，然后检查测点高程质量，最后对两种不同方法观测的轨中坐标和轨面高程进行对比。

3.1 GPS-RTK转换关系检查

表1 GPS-RTK测量检核表

从表1中可以看出，转换关系中平面残差最大0 mm，高程残差最大1 mm。满足TB 10054—2010铁路工程卫星定位测量规范规定的平面残差控制在15 mm，高程残差控制在30 mm的要求。对已知点的检核平面较差最大10 mm,高程较差最大24 mm满足规范要求。由此可以判定本次RTK转换关系正确，可以进行后续观测。

3.2 GPS-RTK高程精度检查

表2 流动站高程检核

从表2中可以看出流动站大地高和正常高较差为常数，无突变异常值，因此可以判断本次RTK观测高程成果正确。

3.3 GPS-RTK复测轨中坐标成果和传统复测轨中坐标成果精度检查

表3 GPS-RTK复测和传统复测坐标成果对比表

表4 GPS-RTK复测和传统复测高程成果精度检查

从表3中可以看出，两种方法观测的坐标较差最大0.032 2 m，差值正负号不同，这个与GPS-RTK观测值精度不稳定有很大关系，但是较差满足复测要求，成果可以采用。

3.4 GPS-RTK复测轨面高程成果和传统复测高程成果精度检查

从表4中可以看出，两种方法观测的高程较差最大0.047 7 m，且较差忽高忽低，这个与GPS-RTK观测值精度不稳定有很大关系。虽然部分较差能满足复测要求，但存在个别较差过大无法满足复测精度要求，因此需要进一步研究。

4 结语

通过对比，我们可以得出以下结论：

1)GPS-RTK平面观测成果和传统平面观测成果较差较小，满足既有线复测技术要求，在今后工作中可以推广使用；

2)GPS-RTK在观测中要加强测前质量检核，观测中必须要确保流动站无遮挡、无强电磁干扰并获得高精度固定解，否则观测精度不稳定，容易发生错误；

3)GPS-RTK观测高程精度有限，在实际使用中要慎重。

对于后期的工作有以下考虑：

1)对于隧道段落等GPS-RTK无法发挥作用，考虑全站仪和GPS-RTK配合作业，重点研究全站仪如何采用GPS-RTK类似的作业方法快速进行既有线复测；

2)继续研究如何能够使GPS-RTK观测高程精度满足既有线复测要求；

3)继续研究改进方尺等装置确保曲线等有超高段落高程观测成果精度；

4)由于目前测绘技术发展迅猛，应重点研究三维激光扫描仪及航测法在既有线复测中的应用。

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