RTK技術(shù)在鐵路定測(cè)中的應(yīng)用

郭 琳

（遼寧省城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 100015）

鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的測(cè)量工作主要是在已有地形圖上選定最經(jīng)濟(jì)合理的線路，把設(shè)計(jì)好的線路標(biāo)定在實(shí)地的工作就是鐵路勘測(cè)。初測(cè)是為初步設(shè)計(jì)提供地形圖而進(jìn)行的測(cè)繪工作，初設(shè)就是在測(cè)繪好的小比例尺圖或者1：2000帶狀地形圖上布置線位，經(jīng)過對(duì)比選出一個(gè)最優(yōu)的方案。初測(cè)就是對(duì)初設(shè)中提供的各個(gè)線位進(jìn)行實(shí)地測(cè)繪，沿線路走向進(jìn)行踏勘，布設(shè)首級(jí)控制網(wǎng)和基平水準(zhǔn)測(cè)量，并沿鐵路中線兩側(cè)一定范圍內(nèi)測(cè)繪帶狀圖。

在選定初步設(shè)計(jì)中一條最合理的鐵路線位后，結(jié)合初測(cè)階段現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，利用GPS-RTK實(shí)地確定線位的中樁位置和整里程標(biāo)高，同時(shí)進(jìn)行線路橫斷面測(cè)量的工作就是定測(cè)。

1 中線測(cè)量的具體做法

鐵路中線測(cè)量就是把在初測(cè)階段確定的最終鐵路中線標(biāo)定在實(shí)際地面上，并在直線段里程50m或者曲線段20m處用木樁釘在中線線位上，標(biāo)記為DK**+050m，遇到短鏈或者橋梁、隧道，必須在設(shè)計(jì)線位和橋梁、隧道的起止位置定樁，同時(shí)測(cè)量中樁高程。現(xiàn)在常用的中線測(cè)量方法為GPS-RTK直接測(cè)量法，但在田桓線定測(cè)階段，由于地形復(fù)雜、植被茂盛，個(gè)別地區(qū)GPS線號(hào)受多路徑效應(yīng)影響不能正常工作，我們也采用全站儀撥角定線法、極坐標(biāo)法。

近年來,高精度GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)（RTK）的快速發(fā)展，使得傳統(tǒng)中線測(cè)量方法逐步淘汰，由于RTK技術(shù)經(jīng)參數(shù)轉(zhuǎn)換后就能實(shí)時(shí)提供待測(cè)點(diǎn)在任意坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，所以RTK直接放樣法在鐵路中線測(cè)量得到了很好的應(yīng)用。

GPS測(cè)量采用的基準(zhǔn)坐標(biāo)系是美國(guó)WGS-84坐標(biāo)系，而鐵路勘測(cè)各階段開展的工程測(cè)量是在我國(guó)的各種參心坐標(biāo)系上進(jìn)行的，這之間就存在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問題。RTK測(cè)量數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)的，能在后處理階段立即給出當(dāng)?shù)氐淖鴺?biāo)，這樣就涉及到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

根據(jù)規(guī)范規(guī)定和實(shí)際工程應(yīng)用，進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至少需要三個(gè)以上的控制點(diǎn)分別有WGS-84坐標(biāo)、國(guó)家（54、80）坐標(biāo)或者地方坐標(biāo)。利用布爾莎模型求解7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)。布爾莎模型為：

其 中： Δx0,Δy0,Δz0為三 個(gè) 平移 參 數(shù)和εx, εy,εz為三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)，再顧及兩個(gè)坐標(biāo)系尺度不一致，從而還有一個(gè)尺度變化參數(shù)dk。

帶狀測(cè)量經(jīng)常會(huì)遇到跨帶計(jì)算、投影變形等實(shí)際問題。這樣在計(jì)算RTK的轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)需各位注意。以我單位的田桓鐵路工程定測(cè)為例。田桓鐵路地處遼東山區(qū)，線路走向大概呈東西向，測(cè)區(qū)平均高程435m,如果選擇國(guó)家坐標(biāo)系則存在投影變形的問題，所以需要建立施工坐標(biāo)系。田桓鐵路施工坐標(biāo)系的參數(shù)如下：橢球長(zhǎng)半軸：6378245M，扁率：298.3，中央子午線為：124°40"，測(cè)區(qū)投影高程面：435m。

我們采用南方S86T雙星GPS接收機(jī)進(jìn)行鐵路中線測(cè)量，測(cè)量之前利用南方RTK手簿里面自帶的解算7參數(shù)的功能求解出田桓鐵路測(cè)區(qū)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。在求解出7參數(shù)之后一定要實(shí)地進(jìn)行檢驗(yàn)，查看參數(shù)求解的精度是否符合放線的要求。

南方S86T接收機(jī)自帶的手簿軟件里面的道路設(shè)計(jì)功能很強(qiáng)大，我們?cè)趯?shí)際工作中只要將測(cè)區(qū)的轉(zhuǎn)換參數(shù)賦值給當(dāng)前工程后，在道路設(shè)計(jì)一項(xiàng)里輸入線路的起閉點(diǎn)坐標(biāo)、曲線要素，點(diǎn)擊計(jì)算就可求解出線路的逐樁坐標(biāo)，極大地方便了工程的實(shí)際需要。RTK 技術(shù)以其全天候、無累計(jì)誤差的優(yōu)點(diǎn)得以在鐵路測(cè)量工作中得到廣泛應(yīng)用。如果采用全站儀放樣，雖然精度也能滿足精度要求，但需要的作業(yè)人員至少為兩人，并且為防止累計(jì)誤差的影響，鐵路沿線需要布設(shè)大量的控制點(diǎn)，并且控制點(diǎn)間需要彼此通視，較RTK技術(shù)浪費(fèi)人力、財(cái)力，工期也較慢。而RTK測(cè)量幾乎不存在全站儀測(cè)量的弱點(diǎn)，只要在RTK實(shí)時(shí)差分信號(hào)能夠覆蓋的地區(qū)就能做到實(shí)時(shí)測(cè)量待定點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并且不會(huì)產(chǎn)生誤差累積，RTK直接坐標(biāo)法快速、高效率的特點(diǎn)使其在鐵路中線測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用。

2 線路縱橫斷面測(cè)量及縱橫斷面圖的繪制

在鐵路設(shè)計(jì)中，為表示中線方向的地勢(shì)起伏需要進(jìn)行縱斷面測(cè)量。為滿足路基、橋涵、隧道、站場(chǎng)設(shè)計(jì)及土石方量計(jì)算的需要，還在曲線控制點(diǎn)、公里樁、橋隧兩端、擋土墻、橫向地形變化明顯處測(cè)定垂直于線路中線方向的地面起伏情況。

縱斷面測(cè)量需要在中線的變坡點(diǎn)處實(shí)測(cè)其三維坐標(biāo)?？v斷面圖中，橫向?yàn)榫€路里程，比例尺 1 ： 100 ~ 1 ： 500；縱向?yàn)楦叱?，比例? ： 100 ~ 1 ： 500。

鐵路橫斷面的測(cè)量以前采用經(jīng)緯儀撥角量距配合水準(zhǔn)儀或全站儀實(shí)測(cè)三維坐標(biāo)的方法。在地勢(shì)平坦、通視良好的地段也可用直接采用水準(zhǔn)儀做橫斷面測(cè)量，將水準(zhǔn)儀的視距和高差記錄在水平測(cè)量記錄簿上，按等外水準(zhǔn)測(cè)量精度計(jì)算橫斷面上各點(diǎn)的高程，待全部測(cè)量結(jié)束進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)匯總，編制橫斷面計(jì)算表。橫斷面圖的縱、橫比例尺相同，多采用1 ： 200比例尺為宜。

但現(xiàn)在的GPS-RTK接收機(jī)里面的道路設(shè)計(jì)功能可以方便的進(jìn)行縱橫斷測(cè)量，以南方S-86T為例：我們采用目前多采用儀器手簿里面自帶的道路設(shè)計(jì)模式，作業(yè)前輸入設(shè)計(jì)線路曲線交點(diǎn)的坐標(biāo)以及相應(yīng)的道路設(shè)計(jì)元素（例如路線的緩曲長(zhǎng)、半徑、里程等），后處理程序經(jīng)計(jì)算就可以得到設(shè)計(jì)鐵路線位各整里程點(diǎn)、加樁點(diǎn)的坐標(biāo)，同時(shí)測(cè)量手簿上也會(huì)顯示出鐵路的設(shè)計(jì)線位圖，根據(jù)手簿提示的偏距和里程就可以進(jìn)行線路的放樣。

當(dāng)進(jìn)行橫斷面測(cè)量是我們?cè)凇暗缆贩艠?逐樁點(diǎn)庫”里選擇要放樣的設(shè)計(jì)線位里程，點(diǎn)擊“斷面放樣”按鈕，手簿上就會(huì)出現(xiàn)要放樣中樁的橫斷面，同時(shí)還會(huì)顯示當(dāng)前點(diǎn)到橫斷面法線的距離即垂距，以及當(dāng)前點(diǎn)到線路的最近距離（偏距）。此兩項(xiàng)參數(shù)可以讓我們根據(jù)實(shí)際情況方便的到線路高程變化的地方采集三維坐標(biāo)。而縱斷面測(cè)量只要保持在線路上測(cè)量就可以進(jìn)行。

3 隧道口測(cè)圖

在鐵路的設(shè)計(jì)中，大型橋梁、隧道很普遍，而在隧道的進(jìn)出口都需要測(cè)繪大比例尺地形圖以供施工圖設(shè)計(jì)使用。而在地形復(fù)雜的山區(qū)要準(zhǔn)確地找到隧道口的位置很困難，而GPSRTK的實(shí)時(shí)定位技術(shù)可很好地解決這個(gè)問題，即利用道路設(shè)計(jì)里面的功能，先找到隧道所在的里程，再根據(jù)具體的施測(cè)要求，詳細(xì)地施測(cè)洞口的地形圖。應(yīng)用RTK測(cè)隧道口的地形圖可事半功倍，因?yàn)檫@些地區(qū)需要實(shí)測(cè)縱橫斷面圖，施測(cè)的點(diǎn)可在斷面圖和地形圖的編輯中都起作用。極大地節(jié)省了時(shí)間和精力。而且需要施測(cè)隧道口的地方往往植被茂盛，不利于滿足全站儀需要通視的要求。

4 結(jié)語

RTK測(cè)量不僅只是應(yīng)用在圖根控制測(cè)量和地形測(cè)圖。在道路設(shè)計(jì)施工中同樣可以大有作為。而且RTK測(cè)量誤差分布均勻，不產(chǎn)生誤差積累。為保證RTK的測(cè)量精度，求取轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算的殘差大小決定了最終的測(cè)量精度，在選取已知點(diǎn)時(shí)要盡量選擇分布在測(cè)區(qū)周圍的高等級(jí)控制點(diǎn)，如果測(cè)區(qū)周圍有連續(xù)運(yùn)行參考站，盡量使用連續(xù)運(yùn)行參考站，這樣就能最大程度地剔除基準(zhǔn)站誤差，在求取轉(zhuǎn)換參數(shù)之后，要對(duì)工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行已知點(diǎn)檢核，使用RTK進(jìn)行待定點(diǎn)測(cè)量時(shí)，待定點(diǎn)應(yīng)在轉(zhuǎn)換參數(shù)控制的范圍內(nèi)(即測(cè)區(qū)最外圍有控制點(diǎn))。隨著RTK技術(shù)的不斷完善，相信RTK技術(shù)必將在測(cè)量領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。