RTK技术在东边道铁路定测中的应用

铁路电气化   2013-06-24 07:56:51  3浏览 作者: 李旷建,王占华,李玉玲 (吉林市勘测设计院,吉林省吉

   摘  要:通过对RTI'<技术在东边道铁路线路测量中的应用和探讨,并通过对RTK施放控制桩点后再经静态观测的解算值和控制桩点设计值的比较,阐述了RTI':技术的高精度及可靠性,为将RTt<技术在铁路线路测量中更好地得以应用和推广有着重要的意义和参考价值。

    关键词:RTt技术;定测;数据链;蓝牙;观测条件

1 RTK技术的概念及系统组成

    RTK(Real time kinematic)技术又称载波相位差分技术,是实时处理两个测站(基准站、流动站)载波相位观测值的差分方法,是以空问大地坐标(WGS一84坐标)为实时观测数据源,利用实时的数据处理技术和数据传输技术,在RTI<的作业模式下通过数据链在系统内组成差分观测值,实时处理流动站观测值及由基准站发射电台传送给流动站的指定坐标系统下的测站坐标信息和观测值,从而得到流动站在指定坐标系统下的高精度定位结果的一种测绘系统。RTK系统的组成:RTK系统主要由基准站、流动站、观测手簿三部分组成。

2工程概况和自然地理状况

    东北东部铁路和龙至白河段新建铁路工程(简称东边道工程),位于吉林省和龙市境内,其线路总长102km,地处长白山脉、林区,自然地理条件复杂;交通和通信状况一般。在这样一种复杂的环境下实施铁路方案设计及定测,利用常规的测绘仪器设备在较短的工期内进行作业而完成工程任务是非常困难,甚至是很难实现的。GPS静态测量及RTK技术以其常规设备不可比拟的高效率、高精度的优点,使得繁琐、复杂的方案设计及定测等任务的高质、如期顺利完成成为可能。依吉林中铁铁道勘察设计院的合同委托,为满足新建铁路工程东北东部铁路通道白河至和龙段新建铁路定测的工作要求,吉林市勘测设计院承揽了DK52一DKl02公里的GPS加密控制测量、中线测设、水准测量以及数字化地形图测量等测绘工作。工程于2005年4月8日开始,至2005年5月30日结束。

3测区已有成果资料、起算数据及技

  术依据

3.1测区已有成果资料及起算数据

    吉林中铁铁道勘察设计院提供的2004年5月施测的东边道控测四等GPS点坐标(3度带中央子午线129度)成果及1:2000航测带状地形图成果资料。平面起算数据采用以提供GPS点坐标成果的x坐标去掉最前位数字“4”后余下位数Y坐标不变的任意直角坐标系统;高程采用85高程基准。

3.2  技术依据

    (1)《城市测量规范》GJJ8—99

    (2)《全球定位系统城市测量规程》GJJ73—97

    (3)《铁路工程测量技术手册》(铁道第三勘察设计院)

    (4)《新建铁路东北东部铁路通道白河至和龙段定测统一标准》(铁道第三勘察设计院)

    (5)《铁路勘测细则》(铁道第三勘察设计院标准)

    (6)《勘测工作检查和资料验收办法》(铁道第三勘察设计院标准)

4 RTK作业采用的设备及标称精度

    本次工程RTI,<外业采用Ashteclll z—MAx双频GPS接收机两台套。其标称精度平面为5inin±0.5ppm;竖向为10inin±0.5ppm,构成1+1 RTK系统和配备有蓝牙技术(所谓蓝牙(Bluetooth)技术,实际上是一种短距离无线通信技术,电子装置彼此可以通过蓝牙而连接起来,省去了传统的电线。透过芯片上的无线接收器,配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通,传输速度可以达到每秒钟1兆字节。)的观测手簿,采用Free survev实时解算软件系统,点位施放与数据采集时采用手扶对中杆方式。

5 RTK作业时所遇到及需要注意的问题

    本次工程由于地处长白山脉,山区加林区这样一种复杂的自然地理条件,给RTK作业带来了较大的困难。首先山脉和林木的覆盖为GPS作业的观测条件带来了严重的影响,严重的遮挡了测站点位视界内本该能够锁定的GPS卫星,造成了在很多点位施放及数据采集时观测锁定的有效卫星数量即实时解算时所必需的卫星数量的不足,致使点位施放及数据采集时所需时间过长,甚至有时在一些预放点位根本解算不出固定双差解,而严重的影响了工程的进度,对RTK作业精度也有一定的影响。因而为创造良好的观测环境提高作业精度及工作效率必要的林木砍伐工作,就成为了此次工程中一项非常重要的环节。基于以上环境条件本次工程中RTK作业还需要注意如下几方面的问题:

5.1基准站位置的选择问题

    基准站位的选择对于RTK测量来说是非常重要的。通常基准站应选择在地势较高,观测条件较好且视角较大距施放点位距离较近的己知点位上。东边道工程受实际环境条件的制约,利用RTK技术进行作业时,良好的基准站位的选取就尤其显得重要,基准站必须设置在地势较高的己知点上,这样既能保证基准站的良好观测条件,也为确保基准站和流动站之间数据链的完整链接即为发射电台提供基准站和流动站天线之间的“准光学通视”创造条件。本次工程在作业过程中多次遇到数据链接≤95%而无法得到固定双差解,进而无法施放控制桩点和中桩点的问题,这就需要注意查看是基准站和流动站之间的距离过大还是两者之间没有达到“准光学通视”,还是观测条件不足等因素而造成的影响,进而解决问题。

5.2观测条件好坏暨PDOF·值大小的影响

    观测条件的好坏,PDOP(空间卫星几何强度因子)值的大小是影响GPS测量精度的重要条件。对于动态RTK测量而言,观测时观测条件即观测视界内锁定有效的卫星数量及空间卫星分布的几何强度因子PDOP值的大小,更具有现实意义。因此,合理的有效的观测时间段的选择及良好的观测条件的选择,将为省时、高效和高精度RTK数据采集和定位提供保证。本次工程通过定期且选择具有代表性的不同测区点位的星历预报,来选择最佳的观测时间段以及尽可能地选择良好观测条件的点位进行作业,从而大大地提高了作业效率,实践证明东边道工程中良好的观测时间段和必要的林木砍伐减少遮挡,以保证卫星信号的接收和数据链的传送,是确保RTK数据采集和点位施放精度的先决条件,且观测时视界内有效的卫星数量越多,其空间卫星的几何分布越好,数据采集和定位所需要的时间越短,点位的精度越高。通常采用Free survev实时解算软件系统作业时,我们发现PDOP值在≤2.5,有效的观测卫星数量在>6颗,HRMS值≤0.025M时方可解算出固定双差解,且卫星数量越多PDOP值越小,最小可达1.0,此时HRMS值也会越小,最小可达0.叭0M,作业时间越短,施放精度越高。

5.3  加密控制精度对RTK系统实时解算精度的

    影响

    GPS静态加密控制网的精度等级,即网平差后的点的三维平差结果和其二维平差结果数据的匹配性、兼容性,决定了RTK测量在实时数据处理时转换参数的精度。合理的、高精度的转换参数的求算,是RTK测量作业时点位数据采集和定位精度高低的重要前提条件之一,从而GPS静态控制及其加密控制测量时布网的合理性、网的精度等级,对后续的RTK测量都是非常重要的。只有建立良好的GPS首级及加密控制网,才能为RTK测量的作业提供可靠的保证。在本次工程作业过程中发现,起算点问的距离即起算边长过短,对加密控制的精度影响较大,起算边的长度和加密边长度的配比应依据《规范》,一般不应小于1:3,否则同样对加密网的精度造成不良影响,以致最后影响RTK作业的精度。

5.4发射电台的影响

    在选取了良好的基准站位的基础上,发射电台同样对RTK测量有着重要的影响。目前,RTK技术多采用超高频(UHF)播发差分信号,在保证电台供电充足的前提下,增加电台的高度可提高电台传送信息的完整性和高效率,保证数据链的百分之百链接,对象东边道工程这样的环境进行RTK作业,因基准站和流动站问有山脉和高大树木的遮挡,严重影响数据信息的传送,使得数据链接到95%以上非常困难,因而提高发射电台的高度具有相当重要的意义。

5.5观测手簿电池电量问题

    RTt<观测手簿使用的电池都是内部自带的充电电池,其外业可持续工作的电池电量时间较短,因此电量的不足给外业长时间EII的H持续性工作带来了一定的困难,能否考虑配备外用电池或配备备用电池以保证外业的长时间的RTI观测所需电量也是我们在日常的作业中必须注意和需要解决的问题。东边道铁路定测中由于观测手簿只有一块电池,且手簿的电池电量通常只能连续作业3个多小时,这给远离驻地和进山长时间作业带来了困难,通常需注意在不进行作业的时候关闭手簿或必要时找最近的村落短时间充电加以解决,但建议最好不要采用短时间充电的办法,因为这样会有损手簿的电池,增加备用电池是最好的解决办法。

6铁路定测RTK施放控制桩点设计值

  和控制桩点静态观测解算值的比较

东边道铁路定测是在复杂的自然地理条件下进行的,RTK施放控制桩点的点位精度满足铁路方案设计及定测与否,我们通过控制桩点点位的设计值及施放点位后控制桩点的静态观测解算值相对点位误差相比较来加以说明见表1。

从上面的数据比较分析可知其施放的控制桩点点位误差最大为:0.065m,最小为:0.001m。统计分析其相对点位误差>5 cm的点数为2个,占总数的5%;点位误差<125px的点数为38个,占总数的95%。由此可知在观测条件非常恶劣和地理条件复杂的情况下,其点位精度仍能完全满足铁路方案设计和定测的要求。那么在观测条件和自然地理条件相对良好且转换参数良好的情况下,利用RTK系统施放点位完全可以控制在125px之内,进而满足铁路方案设计和定测的要求。通过该工程的作业实际可知RTK技术应用于铁路定测其精度是能够满足要求的,利用RTK测量技术手段来进行铁路方案设计和实施定测是可靠的,也为RTK技术在铁路工程中的应用提供良好的技术理论信息。

7  结  语

    实时、高效、高精度的GPS RTK测量系统以其常规设备不可比拟的优势,为测绘方式增添了新的技术手段;它在东边道铁路定测中的成功应用,揭示了它的更为广阔的应用前景和领域;掌握其系统技术理论及影响系统的误差源,将会使其能更好地服务于测绘生产,并为节省人力、物力提高测绘劳动生产率,提高经济效益和社会效益而最终会受到广大测绘工作者的青睐。

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