GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)在鐵路導(dǎo)線測(cè)量中的應(yīng)用

劉弟林 張冠軍

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

為了滿足鐵路施工平順性的需要，在鐵路施工中使用的導(dǎo)線控制點(diǎn)對(duì)點(diǎn)間邊長(zhǎng)、角度相對(duì)精度要求較高。導(dǎo)線測(cè)量受地形、通視等條件的影響，測(cè)量起來(lái)不夠靈活方便，對(duì)觀測(cè)儀器和人員專業(yè)操作經(jīng)驗(yàn)要求較高。GPS技術(shù)具有精度高、速度快、可全天候觀測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，在工程測(cè)量中已廣泛應(yīng)用，目前在很大程度上已經(jīng)取代了常規(guī)測(cè)量方法。結(jié)合鐵路導(dǎo)線測(cè)量的特點(diǎn)和技術(shù)要求，用GPS快速靜態(tài)定位方法采集數(shù)據(jù)，利用TGO/LGO進(jìn)行基線解算及網(wǎng)平差，并將平差計(jì)算結(jié)果與地面導(dǎo)線測(cè)量平差計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了GPS快速靜態(tài)定位測(cè)量方法能夠滿足鐵路一級(jí)導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)要求。該方法對(duì)于提高作業(yè)效率，減小測(cè)量過(guò)程中的人為誤差因素，降低勞動(dòng)強(qiáng)度及提高測(cè)量精度有一定的工程實(shí)用意義。

1 布設(shè)形式

應(yīng)用GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)測(cè)量導(dǎo)線控制點(diǎn)或線路式導(dǎo)線控制網(wǎng)，布網(wǎng)方式有邊點(diǎn)連式、單三角形網(wǎng)式、星狀網(wǎng)式等，分別見圖1、圖2、圖3，常用的為邊點(diǎn)連式。

圖1 邊點(diǎn)連式

圖2 單三角形網(wǎng)式

圖3 星狀網(wǎng)式

2 觀測(cè)方法

鐵路導(dǎo)線網(wǎng)通常沿鐵路線位呈線狀布設(shè)，在首級(jí)GPS控制網(wǎng)基礎(chǔ)上布設(shè)成附合導(dǎo)線，采用2臺(tái)或2臺(tái)以上GPS接收機(jī)按照類似圖1、圖2、圖3的觀測(cè)方法進(jìn)行快速靜態(tài)觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間20 min左右。為提高控制網(wǎng)可靠性，盡量能夠連成三邊或四邊形網(wǎng)。

3 精度分析

一般雙頻GPS接收機(jī)的標(biāo)稱精度為±(10 mm+2×10-6D)至±(5 mm+1×10-6D)。

式中:a為固定誤差;b為比例誤差系數(shù);

D為空間距離平均值，以邊長(zhǎng)6 km為例，則對(duì)于兩種GPS接收機(jī)，分別有:

從以上儀器標(biāo)稱精度和理論計(jì)算，GPS平面精度評(píng)定為:

±(10 mm+2×10-6D)點(diǎn)位中誤差為22.1 mm;

±(5 mm+1×10-6D)點(diǎn)位中誤差為11.0 mm。

因此，利用GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)可滿足一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)(點(diǎn)位中誤差±5cm)及交點(diǎn)、中線控制樁測(cè)量精度。

《鐵路工程測(cè)量規(guī)范》(TB10101—2009)表5.10.4中規(guī)定:一級(jí)導(dǎo)線水平角檢測(cè)較差為11″，邊長(zhǎng)檢測(cè)較差為可根據(jù)常用GPS接收機(jī)的標(biāo)稱精度指標(biāo)，分析GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)用于導(dǎo)線網(wǎng)測(cè)量的應(yīng)用范圍。對(duì)于全站儀測(cè)設(shè)導(dǎo)線，其精度分析見表1。

表1 全站儀導(dǎo)線測(cè)量精度分析

綜上可知，導(dǎo)線網(wǎng)測(cè)量時(shí)應(yīng)主要考慮方向的影響，用標(biāo)稱精度為±(10 mm+2×10-6D)的儀器測(cè)量時(shí)，導(dǎo)線邊長(zhǎng)應(yīng)在550m以上;若利用標(biāo)稱精度為±(5 mm+1×10-6D)的儀器測(cè)量時(shí)，其導(dǎo)線邊長(zhǎng)在200m以上可滿足一級(jí)導(dǎo)線水平角檢測(cè)、邊長(zhǎng)檢測(cè)較差的要求。

4 應(yīng)用實(shí)例

理論分析表明，利用GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量是完全可行的，下面以筆者參與的張?zhí)畦F路工程中測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)分析實(shí)際精度的分布情況。

張?zhí)畦F路最大設(shè)計(jì)時(shí)速160 km/h，《鐵路工程測(cè)量規(guī)范》(TB10101—2009)要求，平面控制測(cè)量需要滿足一級(jí)導(dǎo)線的要求。

在工程實(shí)施過(guò)程中，平面控制測(cè)量所采用GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度為±(5 mm+1×10-6D)，采用的全站儀標(biāo)稱精度為:測(cè)角2″，測(cè)距2 mm+1×10-6D。

利用GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)，觀測(cè)網(wǎng)形與圖1所示相同。

外業(yè)采集數(shù)據(jù)完成后，分別進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、基線解算、網(wǎng)平差處理。結(jié)果表明，數(shù)據(jù)解算各項(xiàng)指標(biāo)滿足《鐵路工程測(cè)量規(guī)范》(TB10101—2009)五等GPS要求，導(dǎo)線點(diǎn)5 472點(diǎn)位中誤差最大為3.9 mm，遠(yuǎn)小于一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)位中誤差5 cm的限差。

將GPS快速靜態(tài)測(cè)量的解算結(jié)果與全站儀測(cè)量完成后解算的結(jié)果進(jìn)行比較，見表2。

表2 全站儀距離、角度測(cè)量與GPS解算結(jié)果比較

表3 GPS快速靜態(tài)測(cè)量與全站儀導(dǎo)線測(cè)量分別計(jì)算坐標(biāo)差值

由表2可知，GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)采集數(shù)據(jù)完成后，使用全站儀對(duì)導(dǎo)線邊的距離及導(dǎo)線水平角檢測(cè)較差能夠滿足一級(jí)導(dǎo)線檢測(cè)要求。

快速靜態(tài)數(shù)據(jù)解算的坐標(biāo)與全站儀導(dǎo)線計(jì)算的結(jié)果比較如表3所示，可見其坐標(biāo)成果也吻合較好。

5 結(jié)論

GPS快速靜態(tài)測(cè)量方法能夠滿足鐵路一級(jí)導(dǎo)線測(cè)量要求，相對(duì)于導(dǎo)線測(cè)量方法，GPS快速靜態(tài)測(cè)量方法觀測(cè)效率高，受天氣影響較小，通視條件限制比導(dǎo)線測(cè)量要小很多，不需要相鄰?fù)ㄒ朁c(diǎn)均滿足通視要求，而只是為了方便全站儀測(cè)量的使用，滿足兩兩成對(duì)通視即可，觀測(cè)效率能夠大幅度提高，所需投入的人力物力能減少1/3以上，并且大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度。建議鐵路一級(jí)導(dǎo)線及加密控制網(wǎng)可采用此方法進(jìn)行布網(wǎng)測(cè)量。

［1］GBT/18314—2009 全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范［S］

［2］TB10101—2009 鐵路工程測(cè)量規(guī)范［S］

［3］徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng).GPS測(cè)量原理及應(yīng)用［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2003

［4］潘正風(fēng)，楊正堯，程效軍，等.數(shù)字測(cè)圖原理與方法［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2004