基于RTK技术的铁路工程测量技术研究

2022-09-11

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定位的作业流程

(1) 基准站的设置。 (2) 坐标系统转换。 (3) 流动站测量定位。

1.2 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。 (2) 可全天候作业。 (3) 可根据要求精度来设置。 (4) 测量过程直观。 (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。 (6) 测量人员数量显著减少。

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G P S-R T K技术。使用的仪器为Trimble 5800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l。

由表可得知, R T K定位成果能满足铁路工程中一般测量工作的精度需要。

3.3 分项测量

(1) 普通控制测量。在收集的已知点或利用相对静态技术加密的GPS控制点上, 采用RTK技术连续观测3min~5min加密测设部分控制点, 满足局部区域使用全站仪进行分项工程测量的需要。

(2) 定线放样。预先在测量控制器中输人线路中线的曲线要素, 即可自动生成线路图。在整个放线过程中, 控制器实时显示测点里程和偏移距, 从而指导线路放线工作。

(3) 地形测绘。利用RTK进行沿线及各工点局部地形测绘, 因为一台基准站可以同时供多个流动站使用, 因此外业测量中可以分若干小组同时开展工作, 能显著提高测图效率。采用这种技术可独立地完成绝大部分的地形测绘工作, 当测点位于高山密林且地势特别低洼处时, GPS信号严重受阻, 则可采用RTK与全站仪相结合的方法测绘局部地形, 即利用RTK技术测设必要的图根点, 再设全站仪进行碎部测量。实践证明:RTK技术与常规地面技术的合理组合是解决复杂条件下地形测绘的一条切实可行的途径。

(4) 纵、横断面测量。本工程包括了隧道、桥梁和路基等多个分项工程, 纵、横断面测量工作量大、工期紧、精度要求高, 且现场地形情况十分复杂, 若采用常规的地面测量方法, 不仅效率低, 而且很难保证断面的失真和测绘成果质量。本项目中采用RTK技术进行工程地形断面测绘, 达到了灵活、高效和质优的效果。

(5) 专业调查与测绘。本项目设计中要求进行桥梁、隧道、路基等各个专业的调查和测绘工作, 比如改河改沟调查、涵洞调查, 被交叉道路 (管线) 调查, 线路附近重要建 (构) 筑物调查等, 这些工作不仅要进行实地调查, 还要进行必要的测绘。采用RTK作业就能真正做到需要什么测量什么, 避免了常规方法作业时频繁支点和搬站的劳累, 提高了工效, 保证了成果质量。

4 结语

GPS-RTK技术的引进和应用, 导致了铁路工程测量模式的一次根本性变革和发展。实践证明, RTK技术能显著提高测量效率、缩短工期、降低成本, 同时具有精度可靠、方便实用和灵活多变的突出优点, 它为复杂地形条件下的铁路工程测量开辟了一条崭新的和切实可行的技术途径。在山区复杂地形条件下进行铁路测量时, 应采取有效措施克服RTK技术的不足, 以提高测绘成果精度和作业效率。

在地形起伏较大、森林茂密的山区或建筑密集的城区, 基站与流动站之间的数据链通讯难度显著加大, RTK的最佳作业半径往往比标称的有效作业半径小许多, 因此, 一般认为作为基准站控制点的点间距应在标称半径的2/3以内, 考虑到铁路工程的复杂性, 作者认为相邻控制点间距宜小于标称半径的1/2倍, 且RTK作业半径宜控制在5-8k m以内。

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技术在铁路工程测量中的应用为研究对象, 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, 可以直接指导生产实践, 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,铁路,工程测量