铁路工程测量方法与实施步骤研究_铁路工程测量

　　摘 要:本文基于笔者多年从事铁路工程测量的相关工作经验,以GPS RTK技术在铁路线路测量中的应用为研究背景,深度探讨了GPS RTK技术用于铁路工程测量的必要性、作业流程和优点,论文结合笔者参与的具体工程实例进行了剖析,给出了具体的操作流程,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
　　关键词:GPS RTK 线路测量 定线测量 断面测量 定位测量
　　中图分类号:TB22 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(b)-0036-02
　　在铁路工程测量中,常规地面测绘技术主要利用电子全站仪、水准仪等地面测量仪器,配合其他测量工具(如皮尺、塔尺等)进行。这种测量模式存在着作业人员和仪器设备多、野外工作量大、工作效率低、测量误差累积、现场测量成果不直观、自动化程度较低等诸多缺点。这些问题在工程测区内的通行、通视条件差时更显突出。相比之下,近年来出现的GPS-RTK定位技术具有实时、快速、精度好、所需控制点少、外业工作量小、自动化程度高等优点,从而能有效地克服常规地面测量技术不能很好解决的通行、通视等困难。显然,RTK技术为铁路工程测量开辟了一种全新的、高效的测量模式。本文结合某铁路工程测量实践,阐述了GPS-RTK技术应用于工程测量中的原理、作业流程和技术要点,通过试验分析,总结出了具体应用中应注意的主要问题,对类似工程具有一定的参考价值。
　　1 RTK定位原理、方法及作业流程
　　1.1 GPS-RTK技术的工作原理
　　GPS-RTK是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供观测点在指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。GPS-RTK定位由基准站和流动站两部分组成。基准站一般选设在视野开阔、地势较高的高等级已知控制点上,它主要是对GPS卫星进行连续跟踪观测,并通过数据链实时地将载波观测数据及基准站信息发送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,同时给出厘米级定位结果。
　　1.2 GPS-RTK定位的作业流程
　　作业流程如图1所示。
　　(1)基准站的设置。根据工程需要在当地收集高等级已知控制点,并对收集到的控制点进行必要的检测,以保证起算数据准确可靠。多数情况下,收集的已知控制点不便于工程直接使用,此时要在测区内布设若干控制点,联测坐标与高程。RTK定位测量时,在选定的基准站上安置接收机,正确配置参数。(2)坐标系统转换。一般工程项目的建设都是在地方独立坐标系中进行,因此需要计算坐标转换参数。利用控制点(至少三个)进行RTK参数修正(必须解得七参数),求出坐标转换参数后,利用测量控制器即可实时解算出定位点的工程独立坐标。3)流动站测量定位。坐标转换参数确定无误后,即可在测区根据工程需要进行相关的测量定位放样和测绘工作。
　　1.3 GPS-RTK测量技术的主要优点
　　(1)可大幅度地减少控制测量的工作量。在常规地面测量中,一般按“先控制,后碎部”的原则,首先逐级布设测区控制网,然后再利用控制点进行碎部测量。而GPS-RTK技术则可免除繁琐复杂的分级控制测量工作,只需在测区布设少量控制点以建立基准站即可满足需要。(2)可全天候作业。在任何时间任何地点,只要能同时接收到4颗GPS卫星的信号,并满足一定的几何图形条件,即能进行正常作业。(3)可根据要求精度来设置。实践表明:当观测条件良好时,采用性能良好的双频接收机观测2s～5s即可得到厘米级的定位结果,并且测量误差不会逐点积累,能显著降低外业返工率。(4)测量过程直观。采用RTK进行测量定位放样时,利用流动站接收机的测量控制器能直观地对测量过程进行有效控制,能及时查看坐标定位精度,这是常规测量技术无法实现的。(5)在地形起伏大、植被茂密的地区进行测量时,RTK技术能很好地解决测量过程中因通行、通视不便而造成的难题。
　　2 工程概况
　　某12km铁路工程项目穿过一省级森林公园,沿线地形复杂、山体高差较大(最大值达400m)、植被茂密、荆棘丛生。该铁路工程由隧道、桥梁、路基等分项工程组成,其中隧道11座,共长12901m(左、右线合计);特大、大、中桥13座,共长7359m(左、右线合计),匝道桥长5030m;桥、遂连接路线长约1500m。工程所处的特殊地理地形条件和工程自身的复杂性,对工程测量工作提出了很高的要求,同时,项目工期要求十分紧迫,又进一步加大了测量工作的难度。
　　3 测量方法与步骤
　　3.1 基准站设置
　　由于收集到的已知控制点距线路较远,因此在线路附近按规范要求布测了15个平面兼高程控制点,用作GPS基准站。平面控制网按C级GPS静态相对测量精度施测,并按三等精度联测水准高程。相邻控制点平均间距大约为1km,最大间距为3km左右。
　　3.2 坐标转换参数的确定
　　由于本项目所在区域地理环境的特殊性,采用常规测量方法很难在短时间内完成如此大工作量的测量工作,因此必须应用先进的GPS-RTK技术。使用的仪器为Trimble 5700型GPS接收机,转换参数的确定有两种方法。
　　(1)利用RTK设备中测量控制器在现场进行测算,首先从平面控制点中选择至少三个点(三个点均要有高程),将其准确的当地坐标输人控制器中,然后在现场进行逐点定位测量,观测时间不少于5min,当三个点测量完成后,既可利用测量控制器中的自带软件计算出坐标转换参数。通过实践证明这种方法在现场花费时间较多,并不实用。(2)利用步骤1中得到的各个控制点的大地经纬度和测算出的当地坐标,在内业中计算得到坐标转换参数,直接将参数输人测量控制器。实践证明,这种方法算得的参数准确、花费时间较少。
　　得到参数后,在现场对控制点进行检核测量,每个检查点上观测3s。将GPS静态观测成果与RTK观测成果进行对比,对比结果见表1。