GPS—RTK技术在高速铁路施工测量中的应用研究

GPS—RTK技术在高速铁路施工测量中的应用研究
【摘要】伴随我国不断增加向铁路基础设施方面的投入，我国的高速铁路建设的发展速度也越来越快，尤其是在应用高速铁路技术施工方面的测绘技术要求也越来越高，以前使用的测绘仪器已经达不到现今的标准，并且GPS技术也已经逐渐广泛地应用到了高速铁路的施工测量过程中。

此外，GPS技术中的实时动态RTK测量技术因为其具有非常大的技术优势也逐渐被广泛应用到高速铁路的施工测量过程中。

本文重点关注在高速铁路施工测量中GPS-RTK技术的广泛应用状况，重点分析了GPS-RTK技术的概况、优缺点以及在当前我国高速铁路施工测量中的应用情况。

【关键词】GPS-RTK技术；高速铁路；施工测量
引言
通常情况下，高速铁路施工过程中需要获取一些实地的快速测量数据，例如测量面积、地区高程等，并应用这些数据来修改铁路两侧边坡的坡度以及施工边界，进而确保施工进度在控制范围以内。

尽管传统的常规测量方法也可以满足实际需要，但是传统的常规测量的实效性不够，伴随GPS-RTK技术的应运而生，逐渐达到了所要求的实效性标准。

GPS-RTK技术属于GPS技术应用领域的重大创新，具体是使用实时动态的载波相位差分技术来实现快速的准确测量效果，当前已经逐渐在工程放样、地形测量、控制测量以及其他施工测量方面得到了广泛的应用，不仅提升了野外实地快速测量数据的便捷性，也加快了施工测量的工作效率。

1 GPS-RTK技术概况
GPS实时动态的载波相位差分技术简称为GPS-RTK技术，具体是将GPS 和数传技术进行有效的结合，来实时处理两个相邻的观测站的载波相位测量值的差分技术方法，利用实时的计算来处理测量的数据信息，在较短的时间内就能测量出精度较高的位置信息的技术方法。

GPS-RTK技术具体包括流动站和基准站两部分。

其中，流动站主要是由无线电数据天线和电台、GPS接收机以及电子手薄等几部分所构成；而基准站主要是由接收天线和GPS接收机、发射天线和无线电数据电台以及直流电源等几部分所构成。

1.1 GPS-RTK技术的基本工作原理
GPS-RTK技术的基本工作原理具体是指把一台GPS接收机安装在基准站上，而把另外一台或者几台接收机安装在流动站（载体）上，在同一时间段内，流动站和基准站可以同时接收同一个GPS卫星所发出的信号，然后比较基准站测量出的观测值和已知的位置信息，最终计算出GPS的差分修正值。

接下来，可以通过无线电数据电台把GPS差分修正值传送到流动站，从而使得GPS观测值更加精确，并获取更加准确的流动站的实际位置。

通常情况下，如果流动站和
基准站可以在同一时间观测到四颗以上的卫星数量，那么流动站获取的实时定位就能够精确到厘米级。

1.2 GPS-RTK技术的精确度要求
通常使用相对精确度来描述GPS接收机的精确度，一般描述RTK技术的实时定位精确度的时候具体采取：2cm+（1～2）*10-6的高程标准和10mm+（1～2）*10-6的平面标准，而这两个标准都属于WGS-84框架之下的相对精确度，但是由于受制于多方面的因素，还没有系统的可以借鉴的相关资料证明如果转化到城市坐标系中的时候精确度会如何变化。

根据相关观测资料发现城市和山区的干扰信号比较多，相对其他站点的精确度要低，因此通常GPS-RTK站点的精确度要提高2.0cm。

此外，和最近的起算点的站点位置误差相比已经超过规范中的要求，并且确保精确度比较均匀，没有累计的误差传递，所以如果视线较好的话就比较适合RTK技术的应用。

1.3 流动站和基准站的位置设定
通常在应用GPS-RTK技术的时候，把基准站设定在被测量区域的中心，放置在较高的位置，并且要确保四周比较开阔，不能有建筑物、高大的树木或者山丘的遮挡。

此外，还要与无线电发射源和高压输电线保持较远的距离，防止GPS 卫星信号受到周围磁场的干扰。

并且基准站的周围还要排除会严重干扰信号接收的事物，尽可能地远离面积较大的水域。

2 GPS-RTK技术的优缺点
2.1 GPS-RTK技术的优点
GPS-RTK技术具有多个方面的优势，具体包括：（1）待测量的站点之间不需要通视，即流动站和基准站之间不用通视，只要确保这两个站点的上空开阔就可以；（2）具有较高的定位精确度，不会积累误差，一般只要达到RTK技术的作业要求，则RTK技术的实时定位精确度将会达到1厘米，而高程精确度将会达到2～3厘米；（3）操作便捷，测量的范围比较大，因为引进GPS技术以来，逐渐提高了自动化测量的程度，降低了测量工作人员的劳动力度，不再需要反复地输入和输出数据，而只需要连入GPS设备就可以步行速度来收集数据，提高了实地测量效率。

2.2 GPS-RTK技术的缺点
稳定性较差是GPS-RTK技术的主要劣势，主要归因于钟差、卫星状况、轨道误差、天气状况、电离层的折射、数据连接状况、对流层的折射以及人为因素等的影响，使得GPS-RTK技术的应用稳定性低于普通的测量设备。

因此，通常在使用GPS-RTK技术的时候一定要尽可能地防止人为因素的影响。

3 GPS-RTK技术在高速铁路施工测量中的应用
3.1 高速铁路施工控制测量方面的应用
通常在预先设定的线路两侧要选择固定的位置作为控制点，并且尽量避免附近有湖泊、高压线或者大型的建筑物等干扰来源。

因为在高斯投影面上的线路存在变形误差，以前的3度分带已经失去了应用价值，尤其是在高速铁路施工测量的过程中已经普遍使用了30分和1度的分带。

3.2 高速铁路施工线路勘测方面的应用
测量人员在开展测量工作的时候一定要按照先控制后逐步的基本原理来进行，所以工作量比较大。

而测量人员在使用GPS-RTK技术进行线路勘测的时候可以直接测量地形地物以获得三维的坐标值，接下来利用控制软件存储高程、坐标以及点属性编码等信息，最后就可以在办公室内使用数字化的地图来设计和选择施工线路。

3.3 高速铁路施工放样以及中线测量方面的应用
在高速铁路施工测量中应用GPS-RTK技术通常可以实现以下几个方面的功能：（1）设计线路的时候应用GPS-RTK技术能够测量出坐标和高程，继而设计出科学合理的路线；（2）在高速铁路的施工前期，向GPS控制器中上传预定的中线坐标就可以使用RTK技术中的坐标放样法确定合理的线路边界；（3）在确定缓和曲线的放样位置时可以使用RTK技术的坐标功能来确定缓和曲线的边界和中线位置；（4）使用RTK技术的坐标偏移功能可以在原来的线路旁边确定合理的复线位置然后进行施工修建等。

4 结论
综上所述，RTK技术可以称得上是GPS技术发展史的一个里程碑，并已经在我国的高速铁路施工测量中得到了非常广泛的应用。

RTK技术不但拥有GPS 技术的全部优势，还可以通过实时差分来提高测量结果的精确度，极大地加快了高速铁路施工测量的工作效率。

参考文献：
[1]张晓.GPS-RTK技术在高速铁路施工测量中的应用[J].铁道建筑技术，2010（05）.
[2]李伟.GPS—RTK在京沪高速铁路工程测量中的应用[J].水利水电施工，2008（3）.。