GPS技术在铁路平面控制测量中的应用——福建宁德白马港铁路支线实例分析

2022-09-10

随着国家对铁路等基础设施投入的加大, 铁路建设进入了新一轮的大发展时期。铁路项目多、工期紧, 对勘测提出了更高的要求。传统导线测量通常采用全站仪。由于全站仪为光学测量仪器, 要求相邻导线点间通视, 且受天气影响, 不能实现全天候作业, 降低了测量效率。GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统, 它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能。因此, GPS技术在铁路测量中得到广泛的应用。

铁路测量主要应用了GPS的两大功能:静态功能和动态功能。静态功能是通过接收到的卫星信息, 确定地面某点的三维坐标;动态功能是通过卫星系统, 把已知的三维坐标点位, 实地放样地面上。本文结合福建宁德白马港铁路支线的初测, 探讨了GPS静态技术在铁路平面控制测量中的具体应用。

1 测量原理

GPS (Global Positioning System) 即全球定位系统, 是由美国建立的一个卫星导航定位系统。它由三大部分组成:空间部分——GPS卫星、地面控制部分——地面监控系统、用户设备部分——GPS信号接收机。

本次线路控制测量采用静态相对定位作业模式, 即用两台 (或多台) GPS接收机分别安置在一条 (或数条) 基线的端点, 同步观测4颗以上的卫星, 解算出这些基线向量的坐标差 (△X, △Y, △Z) 。通过已知点的坐标和测得的坐标差推算出其他各点的坐标。

2 平面控制测量

2.1 线路平面控制网的布设

铁路GPS网划分为B、C、D、E四级。根据GPS测量的特点及铁路控制网的要求, 白马港铁路的平面控制网采用分级布设。白马港铁路支线为国铁Ⅱ级、单线, 主要以白马港区和临港工业为服务对象。铁路全长27.047km, 包含上澳设站贯通方案、疏解线和大唐支线。本次初测共设D级GPS控制点12个, E级GPS控制点33个, 均匀分布在线路两侧400米范围内。考虑到下一阶段定测工作需要, 在隧道进出口及隧道顶、大中桥和站场处都布有控制点, 每一处至少有一对点互相通视, 具体布置如图1、图2:

2.2 控制网施测

根据规范要求, 加密国家等级点测量应按D级网的技术规定施测, 线路控制测量和航测象控点测量应按E级网的技术规定施测。在综合考虑了白马港铁路支线的走向和既有GPS点的分布情况后, 平面控制网测量采用分级施测。

GPS网常用的布网形式有:跟踪站式、会战式、多基准站式 (枢纽点式) 、同步图形扩展式、单基准站式。

本次测量采用同步图形扩展式, 即多台接收机在不同测站上进行同步观测, 在完成一个时段的同步观测后, 又迁移到其它的测站上进行同步观测, 每次同步观测都可以形成一个同步图形, 在测量过程中, 不同的同步图形间一般有若干个公共点相连, 整个GPS网由这些同步图形构成。具有扩展速度快, 图形强度较高, 且作业方法简单的优点。

平面控制网分D级和E级:D级控制网利用C级GPS点106P、090P和091P作为平面起算数据。起算数据和控制点成果属1954年北京坐标系, 中央子午线为120°, 3°带高斯平面直角坐标。外业数据采集使用6台套Trimble4600接收机进行观测;E级控制网利用D级GPS点CPI111、CPI112、NT03、NT07和NT11作为平面起算数据, 其中CPI111、CPI112为在建温福铁路D级GPS点。成果属1954年北京坐标系, 中央子午线为120°, 3°带高斯平面直角坐标。外业数据采集使用8台套Trimble4600接收机进行观测。每个同步环观测的时间均大于60分钟。各级控制网的相互关系如图3:

3 精度分析

铁路GPS网中的D级、E级网分别与卫星定位测量控制网中的四等、一级网相对应, 并采用相同的精度标准。

控制网数据平差包括三维无约束平差和在北京54坐标系下的二维基线网平差, 数据指标有最弱点点位误差、最弱边相对误差, 分别指控制网中精度最低点、边的误差。

4 结语

在铁路初测中, 线路平面控制网的布置和测量是外业中的重中之重, 是后续工作开展的前提。白马港铁路初测中, 运用GPS静态技术, 提高了外业勘测的效率, 快速高效的完成了平面控制网的布置和测量, 各项技术指标均达到了规范要求, 保证了外业勘测的顺利完成, 充分体会到了GPS技术具有操作简单、定位精度高、不受天气影响等优点, GPS技术在铁路测量中将会得到越来越广泛的应用。

摘要：GPS技术在铁路测量中已得到广泛应用, 本文结合福建宁德白马港铁路支线的初测, 探讨分析GPS静态技术在铁路平面控制测量中的具体应用。

关键词：GPS,网设计,精度分析