GPS在铁路控制测量中的应用.docx

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GPS在铁路控制测量中的应用

毕业设计（论文）

题目

GPS在铁路控制测量中的应用

——浅谈RTK测量精度与遮挡物影响关系

作者

学院

建筑与城乡规划学院

专业

测绘工程

学号

指导教师

二〇〇年月日

毕业设计（论文）任务书

建筑与城乡规划学院测绘工程系（教研室）

系（教研室）主任:

（签名）年月日

1设计（论文）题目及专题：

GPS在铁路控制测量中的应用——浅谈RTK测量精度与遮挡物影响关系

2学生设计（论文）时间：

自2012年3月14日开始至2012年6月10日止

3设计（论文）所用资源和参考资料：

本论文数据来源

参考文献：

[1]　刘基余,李征航,王跃虎等.全球定位系统原理及应用[M].北京:

测绘出版社,2004.

[2]　CH/T2009-2010,全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范[S].

[4]雷迎春.GPS实时动态测量技术在山区地震勘探中的应用研究[J].西南交通大学学报.1999.34

[5]张孝军,林云发.GPS-RTK技术的测量精度探讨[J].人民长江.2005.36（10）.

[6]胡伍生,高成发·GPS测量原理及其应用[M]·北京:

人民交通出版社,2002·

[7]刘大杰,施一民,过静.全球定位系统（GPS）的原理与数据处理[M].上海:

同济大学出版社,1996.

[8]施一民.现代大地控制测量[M].北京:

测绘出版社,2003.

[9]周忠谟,易杰军,周琦.GPS测量原理与应用.北京:

测绘出版社,1997

[10]王毅明,钟金宁,黄志洲.GPSRTK测量技术的应用与体会.现代测绘,2003,26

（2）

[11]李德仁,袁修孝.误差处理与可靠性理论[M].武汉:

武汉大学出版社,2002

[12]金国清.GPS技术在铁路勘测中应用与发展[J].铁道工程学报,2006（增刊）

[13]袁新强.GPS技术在铁路勘测中的应用[J].铁道勘察,2007

（1）

[14]陈新焕.高速铁路控制测量的精度研究[J].铁道勘察,2004,30

（1）

[15]刘荃余，李征航，王路虎，等.全球定位系统原理及其应用阅.北京:

测绘出版社，1993

4设计（论文）应完成的主要内容：

一、GPS在铁路平面控制测量中的应用现状

二、GPSRTK测量精度研究分析

三、工程实例

四、总结

5提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：

6发题时间：

年月日

指导教师：

（签名）

学生：

（签名）

摘要

　GPSRTK技术是GPS测量技术发展的一个突破，因其直观快捷、实时性强、点位误差不累积等优点在铁路控制测量中得到了普遍的使用。

　　但是GPSRTK定位精度的影响却是多方面的，如果工作中忽视了这些影响，测量结果的精确度将大打折扣。

本文就自己在铁路控制测量实习中的经验和体会，浅析RTK测量精度与遮挡物影响关系，并提出了相应的解决措施，以达到提高工作质量的目的。

关键词：

GPSRTK技术、GPS、测量精度；铁路测量；

ABSTRACT

GPSRTKGPSmeasurementtechnologyinthedevelopmentofabreakthrough,becauseofitsconvenientandintuitive,real-time,biterrorsdonotaccumulateadvantagesinrailwaycontrolmeasuresarewidelyused.

ButGPSRTKpositioningprecisioninfluenceismanysided,iftheworkofignoringtheseeffects,measurementaccuracywillbegreatlydiscounted.Thisarticleitselfinrailwaycontrolmeasuresinthepracticeexperienceandtheexperience,analysisofRTKmeasurementprecisionandblockingofaffecttherelationship,andputsforwardcorrespondingsolvingmeasures,soastoachievethepurposeofimprovingworkquality.

Keywords:

GPSRTK,GPS,measurementaccuracy;railwaymeasurement;

摘要-6-

ABSTRACT-7-

第一章绪论-9-

1.1引言-9-

1.2GPS技术发展现状-9-

1.3本文研究的主要内容-9-

第二章GPS在铁路控制测量中的应用、RTK观测精度研究分析-10-

2.1GPS在铁路控制测量中的应用-10-

2.1.1测量原理-10-

2.1.2．平面控制测量-11-

2.1.3控制网施测-12-

2.2RTK观测精度研究分析-13-

2.2.2、控制点内在精度对RTK的影响分析-14-

2.2.3GPSRTK外业观测方法对精度的影响-15-

第三章工程实例-17-

3.3-17-

3.3.1-17-

3.3.2-17-

第四章总结-17-

参考文献-18-

致谢-19-

第一章绪论

1.1引言

由于在山区存在高差大、地形复杂多变、通视条件不好、雨雾天气多等条件，在山区铁路施测中，传统的水准测量、三角高程测量方法[1]操作不便而且无法保证精度。

而GPS-RTK技术能够实时提供任意测点的三维坐标；作业区域内站点之间无需通视；且不受天气条件的影响，可全天候作业；点位的精度可实时显示；每次放样过程一致，测放的点位精度大致相同，不存在累积误差，可保证测量精度的均匀性[2]。

可充分满足铁路测量的要求。

但是在山区使用GPS-RTK技术测量的时候，其测量精度仍会受到一定的影响，因此本文就GPS在山区铁路控制测量中，其测量精度与遮挡物的影响关系做一些研究分析.

1.2GPS技术发展现状

1.3本文研究的主要内容

本文研究的内容，主要分为两大部分

（1）GPS在铁路控制测量中的应用、RTK观测精度研究分析.

（2）实例分析结合铁路控制测量中的具体实测，分析研究RTK观测精度和遮挡物的影响关系。

第二章GPS-RTK在铁路控制测量中的应用、RTK观测精度研究分析

2.1GPS在铁路控制测量中的应用

2.1.1测量原理

GPS（GlobalPositioningSystem）即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统。

它由三大部分组成：

空间部分——GPS卫星、地面控制部分——地面监控系统、用户设备部分——GPS信号接收机（图1）。

在铁路控制测量中可采用静态相对定位作业模式，即用两台（或多台）GPS接收机分别安置在一条（或数条）基线的端点，同步观测4颗以上的卫星，解算出这些基线向量的坐标差（△X，△Y，△Z）。

通过已知点的坐标和测得的坐标差推算出其他各点的坐标。

在铁路新线建设中,常用偏角法、极坐标法等方法进行中线测设,野外测量劳动强度大,人力资源消耗多,作业工期长,而且还需要测站点与碎部点间相互通视。

用GPS-RTK技术进行测定和测设具有无需通视、误差不累积、机动灵活性高等优点,因此该技术已经被广泛应用到数字测图、水下地形测量等领域。

通过GPS-RTK技术可获得厘米级精度的流动站相对基准站的基线向量,若已知基准站的WGS-84坐标,从而就可以获得流动站的WGS-84坐标。

在铁路工程建设中,线路主点设计坐标通常采用的坐标系为北京54坐标系,而GPS-RTK测量获得的是WGS-84坐标,若利用GPS-RTK技术将工程设计坐标在实地进行标定,则需要将GPS-RTK获得的WGS-84坐标转换为工程设计坐标。

目前坐标转换的方法很多,如七参数空间坐标转换、四参数平面相似坐标转换等,只要数据处理和作业方法得当,每一种方法均可以获得合格的成果,只是作业效率有所差别。

2.1.2．平面控制测量

2.1.2.1线路平面控制网的布设

铁路GPS网划分为B、C、D、E四级。

根据GPS测量的特点及铁路控制网的要求，铁路的控制测量有时候需要分级布设。

如图2、图3为某铁路控制测量的分级布设图，其中D级GPS控制点12个，E级GPS控制点33个。

2.1.3控制网施测

根据规范要求，加密国家等级点测量应按D级网的技术规定施测，线路控制测量和航测象控点测量应按E级网的技术规定施测。

GPS网常用的布网形式有：

跟踪站式、会战式、多基准站式（枢纽点式）、同步图形扩展式、单基准站式。

该铁路测量采用同步图形扩展式，即多台接收机在不同测站上进行同步观测，在完成一个时段的同步观测后，又迁移到其它的测站上进行同步观测，每次同步观测都可以形成一个同步图形，在测量过程中，不同的同步图形间一般有若干个公共点相连，整个GPS网由这些同步图形构成。

具有扩展速度快，图形强度较高，且作业方法简单的优点。

平面控制网分D级和E级：

D级控制网利用C级GPS点106P、090P和091P作为平面起算数据。

起算数据和控制点成果属1954年北京坐标系，中央子午线为120°，3°带高斯平面直角坐标。

外业数据采集使用6台套Trimble4600接收机进行观测；E级控制网利用D级GPS点CPI111、CPI112、NT03、NT07和NT11作为平面起算数据，其中CPI111、CPI112为在建温福铁路D级GPS点。

成果属1954年北京坐标系，中央子午线为120°，3°带高斯平面直角坐标。

外业数据采集使用8台套Trimble4600接收机进行观测。

每个同步环观测的时间均大于60分钟。

各级控制网的相互关系如图4。

2.2RTK观测精度研究分析

2.2.1、GPSRTK测量的原理及误差分析

　　RTK定位技术是实时动态测量，它是以基准站为中心，其它流动站（又称移动站）相对于基准站的定位。

需要在两台GPS接收机之间增加一套无线数字通讯系统（亦称数据链），将两相对独立的GPS信号接收系统联成有机的整体。

基准站通过电台将观测信息和观测数据传输给流动站，流动站将基准站传来的载波观测信号与流动站本身的载波信号进行差分处理，解出两站间的基线值，同时输入相应的坐标转换和投影参数，实时得到测点坐标。

　　实时GPS系统由以下3部分组成：

1）GPS信号接收系统；2）数据实时传输系统；3）数据实时处理系统。

所以在GPSRTK定位过程中，也相应存在着三部分误差。

第一部份主要包括GPS卫星星数、卫星图形、大气状况、卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差、传播延迟误差等。

这些因素中有些因素用户无法控制，但其中卫星钟误差、星历误差通过差分技术可以完成消除，电离层误差、对流层误差、传播延迟误差也可以大部分消除，然而其残余误差会随着流动站至基准站距离的增大而加大。

第二部分误差来源于RTK系统，主要包括数据链、内部噪声、通道延迟轨道误差、天线相位中心变化、接收机位置误差、信号干扰、多路径效应、天线类型和处理软件。

第三部分为基准转换误差，包括已知控制点的误差、坐标系统转换误差、大地水准面差距的内捕误差等。

这部分误差要采取严密的转换模型和高质量的起算数据，并运用检核的办法来验证其精度。

2.2.2、控制点内在精度对RTK的影响分析

　　为提高测量内在精度必须尽量做到下面几点：

1）控制点的数量应足够。

一般来讲，平面控制应至少3个，高程控制应根据地形地貌条件，数量要求会更多（比如4个或以上）以确保拟合精度要求；2）控制点的控制范围和分布的合理性。

控制范围应以能够覆盖整个测区为原则。

分布的合理性主要是指控制点分布的均匀性，要均匀分布于测区周围；3）控制点本身的精度。

控制点本身应具有相当高的精度，而且控制点应具备相互位置关系精确的WGS84坐标和测区坐标，以确保转换参数计算的正确性。

2.2.3GPSRTK外业观测方法对精度的影响

2.2.3.1基准站的影响

　　工作基准站架设的位置不同，GPSRTK的测量精度也不同。

为此，我们做了一个实验，在一个测区内把基准站架设在中间与架设在一端进行对比，以下数据是分别将基准站选择在测区中央和测区一端的GPSRTK观测数据和坐标真值的比较（平面坐标为一级GPS静态平差数据，高程为四等水准高程），其中，C为一级GPS静态平差数据。

将基准站选择在测区中央，其误差分布较小且均匀，基准站架设在一端，距离基准站越远的地方其误差也越大。

2.2.3.2移动站的影响

　　对于RTK移动站来说，它是实时的差分计算，也就是说，两台接收机（一台基准站，一台移动站）同时观测卫星数据，基准站通过其发射电台把所接收的载波相位信号发射出去，移动站在接收卫星信号的同时也通过其接收电台接收基准站的电台信号。

在这两信号的基础上，移动站上的固化软件就可以实现差分计算，从而精确地定出基准站与移动站的空间相对位置关系。

在这一过程中，由于观测条件、信号源等的影响（包括：

受卫星状况限制、受电离层影响、受数据链电台传输距离影响、受对空通视环境影响），其测量结果会有误差。

我们在工程实践中总结出一些优化施测方法，可以在目前的GPS技术水平下弥补RTK技术的不足，提高作业效率：

1）基准站尽量架设在较高的地方；2）控制点间距离应小于RTK有效作业半径的2/3倍；3）在测区内环境不良地区增设一些控制点；4）通过下载星历文件了解测区的卫星分布情况，尽量避开卫星信号盲区和中午电离层干扰大的时段；5）在植被茂密等对空通视受限的测区，通过采用常规方法和GPS技术相结合的生产流程。

第三章工程实例

3.1RTK测量精度与遮挡物影响关系

受客观测量条件所限，在实际测量过程中，一般很难避开遮挡物，接收卫星信号，数传电台发射无线电信号，都不可避免地受遮挡物的影响。

下面我们通过实例分析，来研究一下RTK测量精度与遮挡物影响的关系

3.3

3.3.1

3.3.2

3.4

第四章总结

通过对以上几个方面的分析，我们可以看出，GPSRTK测量精度虽然受遮挡物的影响，但通过采取一些技术措施和进行质量控制后，用GPSRTK测量的精度是完全可以得到保证的，并且成果具有相当的精确性，能满足各种测量的规范要求。

参考文献

[1]　刘基余,李征航,王跃虎等.全球定位系统原理及应用[M].北京:

测绘出版社,2004.

[2]　CH/T2009-2010,全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范[S].

[4]雷迎春.GPS实时动态测量技术在山区地震勘探中的应用研究[J].西南交通大学学报.1999.34

[5]张孝军,林云发.GPS-RTK技术的测量精度探讨[J].人民长江.2005.36（10）.

[6]胡伍生,高成发·GPS测量原理及其应用[M]·北京:

人民交通出版社,2002·

[7]刘大杰,施一民,过静.全球定位系统（GPS）的原理与数据处理[M].上海:

同济大学出版社,1996.

[8]施一民.现代大地控制测量[M].北京:

测绘出版社,2003.

[9]周忠谟,易杰军,周琦.GPS测量原理与应用.北京:

测绘出版社,1997

[10]王毅明,钟金宁,黄志洲.GPSRTK测量技术的应用与体会.现代测绘,2003,26

（2）

[11]李德仁,袁修孝.误差处理与可靠性理论[M].武汉:

武汉大学出版社,2002

[12]金国清.GPS技术在铁路勘测中应用与发展[J].铁道工程学报,2006（增刊）

[13]袁新强.GPS技术在铁路勘测中的应用[J].铁道勘察,2007

（1）

[14]陈新焕.高速铁路控制测量的精度研究[J].铁道勘察,2004,30

（1）

[15]刘荃余，李征航，王路虎，等.全球定位系统原理及其应用阅.北京:

测绘出版社，1993