GPS-RTK技术在高速铁路工程测量中的应用

杜鹏伟

（中铁二十二局集团第二工程有限公司，北京 100041）

勘察是中国铁路建设初期最重要的环节，在铁路工程勘察过程中，需要进行电气设计勘察、征地勘察、基础勘察、施工安装勘察、铁路工程勘察。测量在项目后期的维护和检查过程中也发挥着重要作用。目前，在中国，GPS-RTK技术正在应用于铁路工程研究中，GPS-RTK技术在铁路工程中的应用正在中国铁路工程研究工作中产生重大影响。现阶段，GPS-RTK技术将主要应用于选路阶段、路线阶段、位置管理等相关环节，促进中国铁路工程的健康发展。

1 RTK技术概述

除了用于管理固网传输外，RTK还可以用于实时监控，基于载波时间监测的RTK测量技术可以检测特定的GPS测量值。主要思想是设置从参考站到接收器的GPS以监控视觉状态。内置的GPS卫星持续监控并使用无线发射器将视觉数据实时发送到用户的监控通道。在用户监测站，GPS接收机接收参考站发送的观测数据，然后接收卫星信号，此过程需要无线设备，它还基于相对位置理论实时求解整个圆的不等式，找到未知数，并计算用户信道的空间和精度，状态结果实时计算，用户监测通道对观测质量进行评价，对得到的结果和结果的准确性进行实时判断和组合，避免出现不必要的问题，显示反应时间短。

GPS-RTK技术已经成为应用最广泛的测量技术之一，可以使用GPS来识别、分析和整合测量数据，开发基于精确GPS技术的RTK（实时动态）技术。结合和改进这两种技术将产生测量技术的新策略。可以有效提高测距精度，保证实时定位数据精度，形成RTK技术后，可以在技术研究中发挥重要作用。

GPS-RTK系统实际运行需要三个组成部分：基站、移动台和数据连接。这三种协作方式可以有效提高测量精度。还可以将GPS接收器收集的所有数据发送到通道，最后使用互联网连接技术将所有数据发送到电话通道。此功能既可以提高GPS数据的准确性，检测数据错误，也可以提供给数据地图供以后使用。

2 高速铁路工程测量中常见的问题

（1）缺乏相关设计方案。在这个阶段，许多研究项目在高铁工程研究之前没有适当的设计方案。在这种情况下直接进行地质调查会增加整体调查工作的不确定性并可能使最后的工作无效。如果下一个测量任务没有解决方案，就会对原有网络造成一定的破坏，增加测量任务的工作量，测量目标的实现问题非常严重。

（2）测量误差较大。在进行调查和布置岩土网络时，一些研究单位在追求单边成本节约和缩短施工时间方面遇到了困难。此外，层次网络布局理论在实际测绘中并未受到太多关注。因此，测量误差不断累积，最终影响测量数据的准确性。

3 GPS-RTK技术工作原理

目前，RTK 的全称是常规数据库部署技术。最先进的技术提供标准级厘米，可以满足整个工程规模的整体精度要求。

RTK技术通过结合地球静止轨道技术、空间技术、卫星技术、无线通信技术、计算机技术等广泛的技术能力，可广泛应用于各个领域。 RTK 具有三个主要组成部分：基站、多移动信道和通信系统。提供基站的设备包括 GPS 接收器和天线、无线传输、电源、信道控制器等。流动站的主要功能有GPS天线、接收机、指南等。

在测量过程中，所有卫星数据都被传输到基站，基站又将数据传输到移动台。可以看到，每个移动频道收到的数据有两个来源：卫星数据和数据频道数据。当移动频道被激活时，控制器访问主频道数据并显示移动频道的确切空间。 RTK 系统能够快速准确地解决数值歧义的主要原因是系统的算法非常快。该高速算法包括运算法、最小二乘搜索法、综合波导搜索法和高速衰减法。 RTK 技术的优势在于高速数据传输技术。主要的 RTK 调整系统是 WGS-84 系统。后者包括前者的所有观察和解决方案。目前，日本使用的自适应系统是1980年的国家大地测量系统，在此之前，还有1954年的调整系统、各种工程整合系统、城市平衡系统等各种区域系统。因此，实用程序需要将 RTK 调谐系统（WGS-84） 更改为本地调谐系统。因此，需要区分测量单位（旋转刻度、刻度测量、旋转方式）。

4 GPS-RTK技术参数转换及误差分析

（1）网域整合的信号轮换问题。在实现GPSRTK技术时需要考虑可调参数。这些调整选项和转换参数是为RTK分析提供的。最后的技术动作可以改进，直到一切都完成。但是，在传输信号时应注意以下因素：首先，要特别注意探测和焦点区域的选择，每个主体的分布要均衡，以确保一致性。在选择主题时，最好选择至少三个涵盖整个区域的共同点；其次，在激活GPS-RTK之前，需要在GPS位置确认一定次数，在更换天平之前，必须准确测量整个坐标，也可以在RTK逆变器中插入参数，以提高参数的准确性。

（2）误差分析。应用GPS-RTK定位技术时出现误差，需要分析和纠正电流误差，以提高工程测量的整体准确率。首先，可能存在用户使用接收机特有的错误，例如内部振动、噪声、重新定位、天线变化、线路变化等，都可能导致错误。最常见的误差是信号干扰和天气影响。状态中出现的误差会影响最终的技术测量数据，应予以消除。除了提高技术的科学性外，还应使用特殊的技术设备来减少这些误差。使用误差分析技术可以消除所有用户接收器共有的误差，例如对流层误差、传播延迟误差和天体运动误差。使用创新技术和其他方法可以避免其他错误，但要注意修复过程中存在残留错误。如果未能尽快消除错误，会增加了后续系统转换的难度，无法确认准确性。

5 GPS-RTK技术在工程研究中的应用

（1）快速稳定的位置分析。高对准技术也是一种基本的定位技术，但这项技术的特点是高精度、高质量和方便。该技术的原理是在每个用户通道安装一个GPS设备，以确保接收器处于一个稳定的位置，可以正确显示数据，用户信道接收包含转换信息的信道和卫星数据，用户通道的界面可以微调。但是，如果输出的变化很小，则它是稳定的，可以容忍厘米误差，此外，在定位完成后，信道接收器可以在特定位置工作时使用接收器测量卫星频率。

（2）动态的定位。由于GPS的强推送性，定位工作分为以下两种：一是时间分配；二是测量。在进行测量之前，需要关闭控制面板，几分钟后，样本数据返回接收器，采集的样本直接返回到移动站接收器。这样可以找到样本点的确切位置，例如搜索地理空间坐标、显示厘米误差内的位置以及快速移动导航功能。

（3）准动态的定位分析。参考位置也是一个重要的基础，基于动态位置测量技术，有一个类似的原理，移动站接收机必须在测量前进行初始化，以便在稳定的起点进行观测和采样，测量前必须重启移动站接收机，以便在准确的开机时间对产品进行测试，初始完成后，移动站接收机可以从任何一个源通道接收同步数据。该方法测量速度快、精度高，适用于各种气象图和地图的分析设计。

6 GPS-RTK技术在铁路建设中的应用

6.1 控制测量的应用

在基础测量中使用GPS-RTK技术可以显著提高测量精度。使用现有的测量技术会造成很多问题，容易影响项目的实施。传统的测量系统，包含全局控制指标和本地指标两样，这两个都占据了重要的位置。要加快整体空间搜索，需要知道如何进行源映射。这种方法可以提高单线测量的精度，但会消耗更多的员工和设备。因此，无论是具体的利用测量进行施工指导还是工程调整，都可以利用GPS-RTK技术进行测量，完成整个测量过程，提高测量的可靠性和快捷性。

6.2 勘探线路

在铁路路线的选择和设计层面，GPS-RTK技术仍然具有重要价值。在选择道路位置时，需要加强研究和分析，为道路系统选择正确的路线，减少农场和房屋的数量，并充分利用旧道路。这就可以使用GPS-RTK技术来实施科学战略。根据GPS-RTK技术的工作原理，GPS-RTK接收机可以作为移动RTK系统中的“漫游器”，成为整个RTK技术系统设置选择的参考信道。从取景器收集数据，一旦收集到数据，开发人员需要使用计算机和数据分析软件来衡量数据并做出最佳决策。

6.3 线路的中线以及纵、横断面放样

与传统的交点积分方法相比，GPS-RTK技术在研究中更加高效。首先，在设计铁路的中线时，只需在每条车道的直线上添加网格并弯曲它们，然后将每个桩的库存编号输入计算机系统，然后输入一些基本数据，如平均角度、到直线的距离和弯曲长度、圆半径等数据就足够了，其他任务可以通过GPS电子手册完成。其次，在竖向上，只须将每个坡度的航道编号、垂线、曲线半径等信息输入GPS电子书，然后输入室内建筑测试软件，设计结果将根据路径特征自动创建。桩测试在设计和施工现场进行。最后，在路基地段，根据设计和施工要求确定断面形状、填挖方方法，最终确定边坡设计数据：坡度、道路宽度和断面截面。如果GPS电子手册有道路选项功能，系统会提供与设计和施工相对应的视图文件，以满足必要的定位要求。

使用GPS-RTK技术进行分析，收集路线导航所提供的所有数据，无需额外进行数据收集和测量，减少铁路建设费用和建设周期。

6.4 GPS RTK技术可防止错误初始化的发生

此外，工轨测量RTK GPS技术应用可以防止工轨测量中的错误。在火车发动机测量系统中，如果研究人员在同一路线上的一个地方进行两次调整，则会错误地重新开始。

在测量过程中意外启动有两个主要原因。首先，有一些限制，例如影响轨距无线电信号源传播的流动站和列车轨距语音站附近的树木。第二个问题是，在铁路工程师的研究中，流动站与车站之间的距离太大，以至于卫星图像的影响可以忽略不计，员工很难测量出准确的数据量。在火车发动机测量系统中，当出现错误时，启动时间通常会超过 6 分钟，而 RTK 技术可以应用于火车发动机，这样只有员工需要减少流动站与车站之间的距离。测量工作期间到射频范围的 1 /2，同时在列车工程标准周期总和中均方根误差应降至8以下，这可以提高系统工程测量的效率和效率。

7 GPS-RTK技术在高速铁路工程测量放样中的注意事项及质量控制措施

7.1 注意事项

第一，要尽快搭建出基准站，其性能要达到标准。在搭建基准站的路段选择上，要优先选择比较空旷且尽可能地将控制点布置在干扰因素少的路段，之后将各个仪器设备连接在一起，并将坐标数据输入基准站的接收器中，保证数据的准确性。第二，对系统内的坐标进行定位，用科学合理的方法校对每一个坐标点，在保证每一个坐标点准确性的基础上将其转化为技术参数。最后，确保坐标点校对的合理性，正常情况下使用以下两种形式来进行：对已知的坐标点进行校对；对模糊的坐标点进行校对。

7.2 质量控制措施

（1）通过穿线比较法掌控测量工作的质量。为了使工作质量进一步提高，在检测区域内使用GPSRTK技术完成测量以后，还需要有一条新的GPSRTK技术测量线路。确定出一个GPS-RTK点，利用已有的数据来分析控制点的质量。

（2）通过复测比较措施掌控测量工作的质量。数据复测的工作要在基准站搭建完成以后进行，优先对上一个基准站所复核的坐标数据进行核对。正常情况下，每一个RTK点都对应1～3个点，在施工现场就可以操作匹配，如果二者不能吻合，则需要进一步复测。

（3）通过快速静态比较法掌控测量工作的质量。在使用GPS-RTK技术进行测量的过程中，进行测量的方法还有静态对比法，可以多种方法共同作业，最终将两种不同的方法得到的结果进行对比分析，这样有利于验证GPS-RTK技术的稳定性与可靠性，也可以最大程度上保证RTK的测量质量。

（4）通过避免数据链相关误差来掌控测量工作的质量。因无线电与设备自身因素会出现一些干扰问题，这就导致最后的数据是存在一定误差的。基于此种现象，在选择施工作业时间、作业场所及天气状况时就要慎重再慎重，要及时检查测量设备的性能是否良好，保证测量结果的准确性。

（5）尽可能地选择高性能的测量设备，可以避免由设备问题导致精准度下降的情况。

8 结语

综上所述，GPS-RTK对于测量和管理道路建设的各个部分非常有用。与以往的测量设备相比，该工具具有测量时间更短、运行效率更低、精度更高等诸多优点。但是，在某些情况下，必须仔细准备技术。进行搜索时，需要注意基站的位置，选择聚焦区域、指令长度、开放位置，保证信息质量，周围没有磁场。此外，还需要对综合调查结果和基层检修结果进行调整，如此使用这种观测调整系统可以获得高精度。