姚源嘉

南昌铁路天河测量技术股份有限公司，江西 南昌 330002

现阶段，全球定位系统实时动态RTK技术凭借自身多项优势，在测量工作中得到了普遍应用，项目实践精度有效提升。铁路测量工程包含多项细碎化测量内容，精准度要求较高，将RTK技术应用于铁路测量，可有效保证测量精度可靠性，促进铁路测量工作的持续性发展。

1 铁路工程测量中RTK技术的原理

传统测量方式均需通过事后解算获取厘米级精度，而RTK作为一种新型GPS测量方式，可野外实时获取厘米级定位精度，依托载波相位动态实时差分方法，是GPS应用里程碑标志，该技术的兴起为工程放样、地形测图等提供了新的方向，提高了测量效率。RTK技术主要是建立在实时处理两个测站载波相位层面上，实时输送观测点三维坐标，并保证测量精度实现厘米级。通常RTK测量系统由三大模块构成，即GPS接收设备、数据传输系统和实施动态测量软件。RTK技术工作原理是，将一台接收机安设于基准站上，另一台或其他几台布设于流动站上，基准站与流动站处于相同时间，获取同一卫星发射的信号，基准站实时将测量载波相位观测数值、基准站坐标等数据通过无线电传输至流动站，流动站及时收取基准站传输信息，对载波相位观测值进行差分，最终获取基准站和流动站基线向量，然后通过基线向量与基准站坐标之和，获取流动站各个坐标值，最终通过转换明确流动站坐标值[1]。

基准站与流动站的相互关联性体现在，基准站计算调整之后将数据输送至流动站，该过程目标的实现主要借助于数据链，单基站RTK数据链由两部分构成，即调制调器、电台。其中，前者的核心目标是将改正数进行编码和调制，之后输送至电台中发射，流动站及时接收其相关数据，并将数据解调之后传输至GPS接收机进行改正；后者是将调整之后的数据以电磁波形式辐射，可在特定范围内提供信号，保证流动站接收信息的可靠性。

用户站发送和接收差分改正、原始数据观测等，可选用多种方式实现，RTK地面通信链依附于业余无线电、蜂窝通信网络、数字集群系统等，其传输速率不一。卫星定位静态测量数据处理应用中，核心目标是基线向量的求解，因此计算程序布设是通过三差确定相似基线长度，通过浮动双差法解除相位模糊度及基线矢量，待相位模糊度凑整之后，极端固定双差，最终解出基线向量。卫星定位动态应用中，RTK数据处理属于单基线处理过程，选取基准站和流动站载波相位观测差分数，组合新的载波相位，其中将流动站未知坐标视为随机参数，载波相位整周模糊度是非随机参数进行求解。

2 铁路工程测量中RTK技术的优缺点

2.1 RTK技术优势

（1）RTK作业自动化、集成程度高，测绘功能优良。RTK技术可应用的测绘领域范围较广，满足测绘内、外作业测量要求，流动站内使用内装式软件，可自行实施各类测量功能，无须人工干预，能将专业人员从烦琐复杂的工作中解脱出来，减小由于人为操作形成的误差，进而提升测量作业精准度。（2）降低作业条件。RTK技术仅要求满足两点间对天基本通视、电磁波通视即可，在光学通视上并无过高要求。因此，与传统测量技术相较，RTK技术实施受外界影响因素干扰较少，如通视条件、气候等，有效突破了传统测量技术的局限性。基于传统测量技术层面，在地形复杂、障碍物较多的难通视区域内，仅需满足RTK技术应用基本条件，便可实现高精准度的测量作业。（3）定位精度高、数据安全可靠，不会产生误差积累。以全站仪为代表的测量仪器经过多次搬动移动之后，均不同程度存在误差累积，移动次数与累积误差成正相关；而RTK并不会产生此类作业瓶颈，只要满足RTK基本工作条件，处于作业半径范围内，RTK技术测量的平面和高程精度可实现厘米级别。（4）测量作业效率高。在一般地形条件下，高质量的RTK测设站可一次性测量半径为10km的测区，有效减少传统测量方式下需布设多个控制测量点和搬运仪器的问题，仅需一人便可完成测量操作。一般电磁波环境下获取一个具体点位实际坐标，仅需几秒钟便可完成，作业速率较快，劳动强度较低，能在加快测量速率的基础上，降低测量成本支出。（5）操作便捷、数据处理能力强。测绘RTK基准站无需进行任何布设，移动站可移动获取测量结果，数据收集、存储及处理能力强，短时间内与计算机连接，能实现数据共享，另外，测绘软件使用知识及流程简单易掌握[2]。

2.2 RTK技术缺点

即便RTK技术拥有其他仪器无法比拟的优势，但其在铁路测量工程上的实践表明仍存在以下不足。

（1）受卫星状况限制。随着用户实际需求的日渐提高，GPS卫星空间构成和卫星信号强度均难以满足实际所需。譬如在中、低纬度地区存在两次盲区，一般每次持续时间在20～30min，处于盲区内的卫星几何图形结构强度低，RTK测量难以实现固定解，以及在信号强度较弱，对空遮挡较为严重的区域，GPS无法正常工作。（2）受电离层影响。通常在白天中午时间段，受电离层干扰较大，共用卫星数量较少，因而初始化时间较长，无法进行实际测量。根据实际调研测量，每天12：00—13：00，RTK测量难以获取固定解。（3）受数据链电台传输距离干扰。数据链电台实际数据传输过程中，易受外界环境干扰，如建筑物等，导致外业精度及测量范围不准确。此外，RTK实际测量作业超出特定距离时，测量误差会超限，因此RTK实际作业半径小于有效半径。（4）受高程异常问题影响。RTK测量工作模式要求高程转换应具备良好的精确性，我国部分区域内转换存在一定误差，精度分布缺乏均匀性，最终影响RTK高程测量的精度。

3 RTK技术在铁路工程测量中的实际应用

3.1 基站设备

依照铁路工程测量相关规定，工程路线周围应布设超过18个控制点，并将其作为GPS基准站。布设平面控制点时，建议以C级静态相对测量精度为标准，对其进行系统性测量，GPS接收机通过不断切换模式，实现静态GPS切换功能，并将三等精度作为测量标准，联测水准的高程。

3.2 确定坐标转换参数

铁路工程测量具有一定的复杂性，利用传统测量方式难以满足测量精确度较高的要求。因此，应用RTK测量技术，联合与之匹配的各类仪器进行测量，在确定坐标转换参数的过程中，可通过以下两种方式实现：第一，在铁路工程测量现场使用。实际测量中需从原有平面控制点中选取3个具有高程的控制点，并将相对应的坐标输送至测量控制器内部，之后逐项对每个控制点以5min为时间间隔进行定位测量，待全部完成之后，通过内部控制器软件自行生成相应的坐标转换参数。选用此种方式，可保证参数转换的可靠性，但需耗损较长时间，在铁路工程测量中应用的可行性较低。第二，利用点校正方式存留转换参数。实际测量过程中需特别注意的是，无须每次逐个调整控制点。该方式不仅可保证参数计算的精准度，而且计算速率较快，可满足铁路工程测量的实际要求[3]。

4 使用RTK技术进行分项测量

4.1 普通控制测量

实际铁路项目测量过程中，充分应用RTK技术先进性，对已知路控制点以及利用相对静态加密的控制点，实现全周期实时跟踪观测，观测时间控制在3～5min。为保证全站仪满足铁路工程测量实际要求，应加密部分测设控制点。

4.2 定线与放样

铁路工程测量过程中，在放样与定线之前，应将线路输入相关细节录入相关控制器内，并在此基础上自行生成相应的线路图，如此可保证实际作业中控制器实时对其工作状况进行监测，以此明晰观测点内实际历程及偏移距离，为放样和定线提供基础保障。

4.3 对地形进行测绘

利用RTK技术对地形进行测绘的过程中，为进一步提高测量工作的实际效率，可选用多小组同时测量方式。然而，铁路工程部分测量区域地形较为复杂，会对GPS信号造成一定的干扰，影响最终地形测绘成效。因此，为解决上述测量瓶颈问题，可选用全站仪和RTK技术联合的方式解决复杂条件下的地形测绘问题。

4.4 横断面与纵断面测量

通常铁路工程测量中包含多个复杂项，均需测量，如隧道、桥梁以及路基等，且此类工程测量精度要求较高，在施工时间紧张的条件下，会增加测量作业实施难度。选用RTK技术应用横断面与纵断面测量，主要流程是待其中线确定之后，利用中线桩点坐标，使用绘图软件，可短期内完成路线的纵断面以及各桩点横断面测量。因为实际所需数据均是绘制地图时采集，所以无须再次进行现场实际测量，以有效降低各类资源耗损。

5 结束语

RTK技术的诞生为测量作业提供了新的发展方向，其集成了多项先进技术，能实现厘米级实时定位，成功将测绘领域应用从单纯控制测量扩展至常规工程测量中，其仍存在较大的挖掘空间，与GIS集成、综合自动化是未来发展趋势，具有广阔的应用前景。