RTK技术在铁路定测中的应用

郭 琳

（辽宁省城乡建设规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳 100015）

铁路勘测设计阶段的测量工作主要是在已有地形图上选定最经济合理的线路，把设计好的线路标定在实地的工作就是铁路勘测。初测是为初步设计提供地形图而进行的测绘工作，初设就是在测绘好的小比例尺图或者1：2000带状地形图上布置线位，经过对比选出一个最优的方案。初测就是对初设中提供的各个线位进行实地测绘，沿线路走向进行踏勘，布设首级控制网和基平水准测量，并沿铁路中线两侧一定范围内测绘带状图。

在选定初步设计中一条最合理的铁路线位后，结合初测阶段现场踏勘情况，利用GPS-RTK实地确定线位的中桩位置和整里程标高，同时进行线路横断面测量的工作就是定测。

1 中线测量的具体做法

铁路中线测量就是把在初测阶段确定的最终铁路中线标定在实际地面上，并在直线段里程50m或者曲线段20m处用木桩钉在中线线位上，标记为DK**+050m，遇到短链或者桥梁、隧道，必须在设计线位和桥梁、隧道的起止位置定桩，同时测量中桩高程。现在常用的中线测量方法为GPS-RTK直接测量法，但在田桓线定测阶段，由于地形复杂、植被茂盛，个别地区GPS线号受多路径效应影响不能正常工作，我们也采用全站仪拨角定线法、极坐标法。

近年来,高精度GPS实时动态定位技术（RTK）的快速发展，使得传统中线测量方法逐步淘汰，由于RTK技术经参数转换后就能实时提供待测点在任意坐标系中的三维坐标，所以RTK直接放样法在铁路中线测量得到了很好的应用。

GPS测量采用的基准坐标系是美国WGS-84坐标系，而铁路勘测各阶段开展的工程测量是在我国的各种参心坐标系上进行的，这之间就存在坐标转换的问题。RTK测量数据是实时的，能在后处理阶段立即给出当地的坐标，这样就涉及到坐标转换。

根据规范规定和实际工程应用，进行坐标转换至少需要三个以上的控制点分别有WGS-84坐标、国家（54、80）坐标或者地方坐标。利用布尔莎模型求解7个转换参数。布尔莎模型为：

其 中： Δx0,Δy0,Δz0为三 个 平移 参 数和εx, εy,εz为三个旋转参数，再顾及两个坐标系尺度不一致，从而还有一个尺度变化参数dk。

带状测量经常会遇到跨带计算、投影变形等实际问题。这样在计算RTK的转换参数时需各位注意。以我单位的田桓铁路工程定测为例。田桓铁路地处辽东山区，线路走向大概呈东西向，测区平均高程435m,如果选择国家坐标系则存在投影变形的问题，所以需要建立施工坐标系。田桓铁路施工坐标系的参数如下：椭球长半轴：6378245M，扁率：298.3，中央子午线为：124°40"，测区投影高程面：435m。

我们采用南方S86T双星GPS接收机进行铁路中线测量，测量之前利用南方RTK手簿里面自带的解算7参数的功能求解出田桓铁路测区的转换参数。在求解出7参数之后一定要实地进行检验，查看参数求解的精度是否符合放线的要求。

南方S86T接收机自带的手簿软件里面的道路设计功能很强大，我们在实际工作中只要将测区的转换参数赋值给当前工程后，在道路设计一项里输入线路的起闭点坐标、曲线要素，点击计算就可求解出线路的逐桩坐标，极大地方便了工程的实际需要。RTK 技术以其全天候、无累计误差的优点得以在铁路测量工作中得到广泛应用。如果采用全站仪放样，虽然精度也能满足精度要求，但需要的作业人员至少为两人，并且为防止累计误差的影响，铁路沿线需要布设大量的控制点，并且控制点间需要彼此通视，较RTK技术浪费人力、财力，工期也较慢。而RTK测量几乎不存在全站仪测量的弱点，只要在RTK实时差分信号能够覆盖的地区就能做到实时测量待定点的三维坐标，并且不会产生误差累积，RTK直接坐标法快速、高效率的特点使其在铁路中线测量中得到了广泛应用。

2 线路纵横断面测量及纵横断面图的绘制

在铁路设计中，为表示中线方向的地势起伏需要进行纵断面测量。为满足路基、桥涵、隧道、站场设计及土石方量计算的需要，还在曲线控制点、公里桩、桥隧两端、挡土墙、横向地形变化明显处测定垂直于线路中线方向的地面起伏情况。

纵断面测量需要在中线的变坡点处实测其三维坐标。纵断面图中，横向为线路里程，比例尺 1 ： 100 ~ 1 ： 500；纵向为高程，比例尺1 ： 100 ~ 1 ： 500。

铁路横断面的测量以前采用经纬仪拨角量距配合水准仪或全站仪实测三维坐标的方法。在地势平坦、通视良好的地段也可用直接采用水准仪做横断面测量，将水准仪的视距和高差记录在水平测量记录簿上，按等外水准测量精度计算横断面上各点的高程，待全部测量结束进行内业数据汇总，编制横断面计算表。横断面图的纵、横比例尺相同，多采用1 ： 200比例尺为宜。

但现在的GPS-RTK接收机里面的道路设计功能可以方便的进行纵横断测量，以南方S-86T为例：我们采用目前多采用仪器手簿里面自带的道路设计模式，作业前输入设计线路曲线交点的坐标以及相应的道路设计元素（例如路线的缓曲长、半径、里程等），后处理程序经计算就可以得到设计铁路线位各整里程点、加桩点的坐标，同时测量手簿上也会显示出铁路的设计线位图，根据手簿提示的偏距和里程就可以进行线路的放样。

当进行横断面测量是我们在“道路放样-逐桩点库”里选择要放样的设计线位里程，点击“断面放样”按钮，手簿上就会出现要放样中桩的横断面，同时还会显示当前点到横断面法线的距离即垂距，以及当前点到线路的最近距离（偏距）。此两项参数可以让我们根据实际情况方便的到线路高程变化的地方采集三维坐标。而纵断面测量只要保持在线路上测量就可以进行。

3 隧道口测图

在铁路的设计中，大型桥梁、隧道很普遍，而在隧道的进出口都需要测绘大比例尺地形图以供施工图设计使用。而在地形复杂的山区要准确地找到隧道口的位置很困难，而GPSRTK的实时定位技术可很好地解决这个问题，即利用道路设计里面的功能，先找到隧道所在的里程，再根据具体的施测要求，详细地施测洞口的地形图。应用RTK测隧道口的地形图可事半功倍，因为这些地区需要实测纵横断面图，施测的点可在断面图和地形图的编辑中都起作用。极大地节省了时间和精力。而且需要施测隧道口的地方往往植被茂盛，不利于满足全站仪需要通视的要求。

4 结语

RTK测量不仅只是应用在图根控制测量和地形测图。在道路设计施工中同样可以大有作为。而且RTK测量误差分布均匀，不产生误差积累。为保证RTK的测量精度，求取转换参数计算的残差大小决定了最终的测量精度，在选取已知点时要尽量选择分布在测区周围的高等级控制点，如果测区周围有连续运行参考站，尽量使用连续运行参考站，这样就能最大程度地剔除基准站误差，在求取转换参数之后，要对工程应用的转换参数进行已知点检核，使用RTK进行待定点测量时，待定点应在转换参数控制的范围内(即测区最外围有控制点)。随着RTK技术的不断完善，相信RTK技术必将在测量领域发挥更大的作用。