GPS高程技术在高铁施工测量中的应用

GPS高程技术在高铁施工测量中的应用邓泽宜1、陈光宇2（中交四航局第一工程公司，广东广州510500）摘要：本文主要介绍了GPS高程在高铁中应用，以及高程施工方面可推广性的试探。关键词：GPS哈大RTK高程试探应用一、GPS在哈大铁路项目部应用概况中交四航局哈大铁路客运专线工程经理部承建的是III标二个工区，施工段里程为DK650+212.4～DK674+463.69，线路全长24.25km，位于吉林省四平市内。主要工程为：双龙河特大桥992.81m、跃进大桥207.33m、曲家屯特大桥17287.32m，桥梁总长约18.487km，占标段总长度的76.24%；路基3段，总长约5.76km，占标段总长度的23.76%。由于线路长，工期紧，各个工作面同时开展，且施工区段范围内测量视线受庄稼影响，传统的全站仪测量很难满足工程的需要。由于GPS技术具有测站间无需通视、观测时间短、全天侯作业、高精度三维定位、定位精度高和快速省钱的优点,在施工过程中GPS的应用，为线下施工带来了极大的便利，在哈大铁路大型项目中发挥了重要作用，保证了工程建设的顺利完成。二RTK高程技术在高铁中测高精度探究：利用GPS代替常规的水准测量，获取高精度的水准高程，是目前GPS测量研究的一个热点。对于工程建设而言，保证高程控制基准的准确是必须的，因此水准测量仍然是获取正常高的主要手段。随着GPS定位技术的广泛应用，其平面定位精度毋庸质疑，高程定位精度仍需进一步研究和提高。对局部区域工程控制网GPS高程的应用进行研究，提高GPS高程拟合的精度，可以使GPS高程精度达到施工要求。GPS测量是在WGS-84地心坐标系中进行的，所提供的高程为相对于WGS-84椭球的大地高。它是一个几何量，没有物理上的意义，除了个别特殊用途外，要把GPS大地高转换为我国使用的正常高或在实际工程中应用的正高，即海拔高。在某一区域内，如果有一定数量的已知水准点（正常高已知），则可以在这些水准点上进行GPS观测，各点的高程异常值就可根据计算得出。根据已知点的高程异常值及其位置关系建立函数模型来模拟该区域似大地水准面的高度，再用数学内插的方法求解区域内任一点的高程异常值，进而求得该点的正常高。本研究应用在施工区域控制网GPS点的高程异常的基础上，对RTK高程进行比较得出小区域GPS高程测量代替常规水准测量。实际运用中，如果把测区的似大地水准面假定为平面，则为平面拟合模型，要求测区面积不是很大，特别是测区内高程异常的变化有规律且地形变化平缓的地区，在已知点分布均匀的情况下，直接利用内插高程异常的方法进行拟合。设节点(X,Y,Z)中Z是函数xyayaxayaxaaxf52423210)(,ζ表示高程异常，a0,…，a5为拟合系数，x、y为平面坐标,区域较大的测区可通过二次函数进行拟合，拟合的效果与当地的地形，高程异常有很大的关系，如果ζ变化不大，区域较小，则可以通过大地高差直接代替正常高高差，获得任意点的高程。在使用RTK测量时，由GPS可直接测得大地高iH,但施工中采用的高程系统是正常高ih,两者的关系为：ijHh式中称为i点的高程异常,它是似大地水准面至椭球面的距离。显然,只要能以一定的精度求得测站点的高程异常差值,就能将GPS点的大地高转换为正常高。高程异常或差值通常用拟合法进行插值推估,在比较平坦的地区或小范围内，基本相等，可直接对进行内插拟合。在小范围内可利用几个控制点的高程异常，取其平均值，计算正高。为检验小区域内GPS大地高与高程异常直接计算得出正高的精度（标称精度为垂直10MM+1PPM），在2KM的施工区域内，用三个控制点，计算高程异常，取其均值，点号正高大地高A1217.913229.16711.254A2224.630235.90611.276A3204.072215.36511.293取高程异常的平均值=11.274对小范围内的点进行正高转换。点位分布图见附图1.数据如下表：编号大地高正高DNA03数据△h1225.67511.274214.401214.406-52226.34411.274215.070215.058123225.77211.274214.498214.508-104226.33911.274215.065215.05875227.04711.274215.773215.761126226.94311.274215.669215.66097226.99111.274215.717215.71078227.04311.274215.769215.76189227.59111.274216.317216.312510227.82411.274216.550216.5381211228.68811.274217.414217.413112232.41611.274221.142221.1291313227.81911.274216.545216.538714232.64911.274221.375221.3423315232.65711.274221.383221.3523116232.60511.274221.331221.352-2117229.17511.274217.901217.8901118228.86411.274217.590217.5791119230.61111.274219.337219.342-520230.65811.274219.384219.393-921230.71511.274219.441219.444-322231.27311.274219.999219.995423231.82411.274220.550220.545524231.86811.274220.594220.596-225232.64511.274221.371221.3521926232.59511.274221.321221.352-3127232.18711.274220.913220.930-1728232.08211.274220.808220.799929232.62911.274221.355221.3421330232.61811.274221.344221.352-831232.63011.274221.356221.352432232.63511.274221.361221.352933232.62111.274221.347221.352-534226.97511.274215.701215.715-1435233.12911.274221.855221.852336233.08911.274221.815221.852-3737233.15111.274221.877221.85225通过对37个不同的点进行观测计算分析得出：（1）位于三个控制点三角形内部的点，在GPS卫星信号接收良好的情况下，与DNA所测数据对比，高程较差均小于1CM。（2）位于三个控制点三角形外部的点，在GPS卫星信号接收良好的情况下，与DNA所测数据对比，高程较差均大于1CM，其中14，15，16，26，36，37，距离三角形外部较远，高程较差均大于2CM。经过GPS高程在高铁的实践得知，GPS高程在小范围内可以应用到施工中，完全可以满足2CM的精度要求，若控制点分布均匀，施工区域位于控制点范围之内，高程异常差较小的情况下，可以满足1CM的精度要求。在控制网测量中，短距离进行拟合匹配，也可达到相当高的精度。GPS高程可以小范围应用与地面起伏不大的地区，在施工过程中，为了保证GPS高程作业精度，需要注意的以下问题：1.均值法计算正高适用与地势起伏不大，高程异常变化较小的地区，适应与小范围作业，作业区要处于控制点范围之内。2.对高程拟合精度的分析，在实际应用中与实测值进行比较，发现异常时及时进行分析校正，或修改内插方法，以达到最好的效果。3.对于施工区域较大的工地，可建立多个基站，使得RTK作业距离尽量不超过2KM，利用多点拟合，计算高程转换参数。三、总结在进行GPS高程转换的时候，一定要使己知点均匀分布于整个测区，并具有一定的代表性，要是施工区域比较大，则可以在多个区域进行高程参数转换，通过转换点周围一定区域内的己知点来建立模型，转换点的位置变了，模型的参数相应的也跟着变。小区域GPS高程的应用完全可以满足施工精度要求，只要施工区域相对平坦，高程异常变化不大，也可适当的扩大拟合范围，在RTK作业中要经常的进行复核控制点或采用其他的方法，特别是边缘地区进行检校对比，保证精度。随着GPS技术的发展，GPS定位的精度的提高，GPS将会在高铁中应用越来越广泛，尤其是GPS高程的应用，为施工带来了很大的便利。参考文献：（1）张勤李家权全球定位系统（GPS）测量原理及数据处理西安地图出版设2008.1