試論高速公路控制測量中坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇

張昕

摘 要：隨著科技的進(jìn)步與信息化的發(fā)展，高速公路控制測量工作不斷進(jìn)行改革，為了使投影長度變形值符合相關(guān)要求，坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇是一大關(guān)鍵?；诖?，本文以高速公路控制測量中坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇為研究目標(biāo)，通過對控制測量的相關(guān)概述分析，探究長度變形的產(chǎn)生與數(shù)值的允許范圍，分別從投影變形的處理方法、坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇和相關(guān)實(shí)際案例分析等方面闡述高速公路上控制測量中坐標(biāo)系統(tǒng)的合理選擇。

關(guān)鍵詞：高速公路；控制測量；坐標(biāo)系統(tǒng)

0引言：

隨著信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，國家越來越重視高速公路上公路網(wǎng)的建設(shè)工作，因此，關(guān)于高速公路上的測量任務(wù)也越來越多，由于項(xiàng)目的長度和跨度一般很長，在建立控制測量工作的時(shí)候就要根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定找尋控制測量的特點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)資料確定坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇。坐標(biāo)系統(tǒng)的合理選擇有利于對高速公路中線的定樁、隧道的開通、橋梁的合理架設(shè)以及所有高速上施工的精準(zhǔn)度有著直接的影響。

1.高速公路控制測量的相關(guān)概述

在高速公路施工和橋梁、隧道、涵洞等大型建筑物預(yù)測工作中，都需要前期進(jìn)行精準(zhǔn)的平面控制測量工作，主要采用的方法有二三角測量法、導(dǎo)線測量法和三邊測量法。其中無論是選點(diǎn)工作還是坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇工作都應(yīng)該保證測量的精準(zhǔn)度，在進(jìn)行測量時(shí)應(yīng)注意以下問題：避開滑坡體和生活區(qū)，選擇地勢較高、視野開闊的地區(qū)進(jìn)行測量；選擇堅(jiān)實(shí)的地面，方便安裝儀器和實(shí)際操作；測試地點(diǎn)避開高壓線等強(qiáng)大磁場的干擾，也要避免有自然災(zāi)害常發(fā)地區(qū)，保證測量人員的人身安全和儀器的完好；固定時(shí)使用強(qiáng)制對中鋼標(biāo)進(jìn)行測量，利用已經(jīng)加工好的十字鋼筋埋在堅(jiān)硬的地點(diǎn)。具體測量工作要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析，所有的變化影響盡量控制在最小范圍內(nèi)，從而保證計(jì)算得到的長度在實(shí)際操作時(shí)不需要過多改動(dòng)就能加以利用。

2.長度變形的產(chǎn)生與允許數(shù)值

高速公路測量控制關(guān)于長度投影變形計(jì)算期初采用的是高斯克呂格的正形投影，這是一種等角投影，優(yōu)勢是投影的前后角度不會(huì)改變，但是投影邊的長度和圖形的面積會(huì)發(fā)生變化，等到實(shí)際測量時(shí)歸算到目標(biāo)參考橢球面上。長度變形值其實(shí)就是實(shí)測邊長規(guī)劃到參考橢球面上和高斯平面上，也就是這兩項(xiàng)改正數(shù)之和，具體計(jì)算如下：

3.高速公路控制測量中坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇

3.1投影變形的處理方法

高斯投影是一種橫軸等角切圓柱投影，它將地球看做成一個(gè)球體，并假想出一個(gè)平面卷成了一個(gè)橫圓柱面，將橫圓柱面套在球體外，使圓柱的軸心通過球心，球面的子午線與圓柱面相切。子午線在圓柱面上的投影形成一條直線，赤道面與圓柱面的交線是與子午線投影垂直的直線，將橫圓柱面展開成平面，由這兩條正交直線就構(gòu)成高斯平面直角坐標(biāo)系。

3.2控制測量坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇

控制測量坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇：（1）將抵償高程面作為投影面，在正形投影3°帶坐標(biāo)系中，依然采用高斯投影原理，但是這次投影面不再去參考橢球面了，而是根據(jù)補(bǔ)償高斯投影的長度變形選擇參考面，這種選擇方法適合子午線附近且平均高程面比較高的丘陵山地地帶。（2）如果選擇高斯正形投影任意帶的坐標(biāo)系統(tǒng)，仍然以橢球面為參考，但是投影帶中央子午線不按3°帶進(jìn)行劃分，根據(jù)補(bǔ)償高程面計(jì)算長度變形，選擇的也是其中一條子午線去做中央子午線，這種坐標(biāo)系統(tǒng)適用于距離3°帶較遠(yuǎn)且海拔較低的丘陵、平原地區(qū)。（3）如果選擇的是高程抵償面的任意帶高斯正形投影面的坐標(biāo)系統(tǒng)，這種方法將前面兩種方法綜合起來，有效的對兩種變形進(jìn)行補(bǔ)償。

3.3實(shí)際案例分析

以測試區(qū)在1954年北京坐標(biāo)系統(tǒng)下投影變形分析為例，測試區(qū)的高程為700-1250m，測區(qū)控制網(wǎng)采用的是1954年北京坐標(biāo)系統(tǒng)3°分帶，根據(jù)公式 得知，測區(qū)內(nèi)每千米投影長度變形統(tǒng)計(jì)表如下表1。

通過表1可知，測試區(qū)在北京1954坐標(biāo)系統(tǒng)中每千米的投影長度變形值，部分區(qū)域長度變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范規(guī)定的2.5cm/km要求，因此該測試區(qū)不建議選擇1954北京坐標(biāo)系統(tǒng)。

抵償高程面任意高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)下測區(qū)投影變形分析，根據(jù)公路在中央子午線的西側(cè)，最遠(yuǎn)距離中央子午線110km，最近為45km，高程在700-1200情況下，去橫坐標(biāo)y軸的中數(shù)為新的中央子午線，取測區(qū)平均高程950m為抵償面高程，每公里的長度變形統(tǒng)計(jì)如下：

由上表可知，測區(qū)每千米投影長度變形值在-3.9-5.3間，部分區(qū)域長度變形大于了規(guī)范的2.5cm/km，因此這種坐標(biāo)系統(tǒng)也不能滿足本項(xiàng)目測量要求，應(yīng)該采取分段抵償高程面獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)的方式進(jìn)行具體投影計(jì)算。

4.總結(jié)

總而言之，本文詳細(xì)舉例分析了公路控制測量長度的整體綜合變形情況、允許值以及國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇范圍，結(jié)合高速公路測量的具體情況提出了不同地理?xiàng)l件下應(yīng)該選擇的測量坐標(biāo)系統(tǒng)，從而將誤差降低到最小，解決控制網(wǎng)中長度綜合變形產(chǎn)生的影響，滿足實(shí)際工作需求，在保證工作相關(guān)規(guī)范時(shí)減少測量時(shí)間，提高測量效率，保證最終實(shí)際測量的結(jié)果是準(zhǔn)確無誤的，不斷引進(jìn)先進(jìn)測量技術(shù)，加強(qiáng)對坐標(biāo)系統(tǒng)的研究與實(shí)驗(yàn)，為公路的實(shí)施階段提供數(shù)據(jù)保障。

參考文獻(xiàn)：

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[2]曹理想.高速公路控制測量中坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇[J].工程與建設(shè)，2008（02）：197-199.