公路测量中坐标系统确定法的探讨梁建勇

公路测量中坐标系统确定法的探讨梁建勇

梁建勇

广西壮族自治区容县公路管理局广西玉林537000

摘要：在公路测量中，平面坐标系统的选择是非常常见的测量应用问题，而且由于我国地域辽阔，地形条件比较复杂，不同地区和地形下对测量的要求也不一样，本论文就如何采用灵活的测量方法，在不同的测区现场巧妙地运用不同的测量技术和计算手段将平面坐标系统灵活运用到公路测量中，减少在测量中可能会出现的投影长度的变形，提高高速公路测量的精确度，以及如何在公路测量中连接起来进行探讨和研究。

关键词：公路坐标系统控制测量

引言

我国疆域辽阔，存在各种各样不同的地形地貌，近年来公路建设项目的增多这造成了公路测量的同步增长，对于公路测量的精度要求也在不断提高，由于公路建设项目的跨度一般都很长，因此若采用国家统一的坐标系统往往会产生长度变形而很难得到精确值，于是在我国的高速公路测量中就会有相应的有各种不同的测量方法，一般对于长度较长和地形情况较为复杂的地区，公路测量普遍采用的是分段投影的方法，这一个可以将误差控制在较小的范围内。高速公路的测量还应该将理论与实际相结合，通过不同和计算标准的转换，得出精确值。总的来说，选择有效的测量方法和坐标系统不仅可以减少长度变形，还可以保证公路其他部分施工的精确度。

1、国家坐标系统

近几年由于城乡发展的加快、经济的发展推动了公路的建设，公路的建设也由最初的简单化发展到如今的高级化，主要体现在对于高速公路测量的日益增多。我国地形情况较为复杂，若只采用单一的国家标准测量方法很容易发生测量偏差。因此国家的统一坐标系统为了控制长度的变形，采用了分带投影的方法，来满足测图的基本要求，但是由于一些地区地形起伏较大导致长度变形仍然存在，尤其是在投影带的边缘地带，经常会遇到变形长度超限或者跨几个投影带的情况，特别是有些地区地形起伏大，地段地形不同，加大了测量的难度，因此只使用单一的分段投影的方法满足不了高速公路勘测和施工的需要，科学的测量方法应该是因地制宜的，首先需要对测区进行基本的判断，例如对测区是否属于同一投影带和长度变形是否在允许范围之内进行判断，然后再考虑是否需要建立独立的坐标系统。

2、长度变形的产生和允许的数值

在实际生产过程中，长度变形几乎是不可避免的，而重要的是如何尽可能的减少计算偏差，在测量过程中，地面实测边长首先要投影到国家规定的参考椭球面上，然后再通过高斯投影投影到高斯平面上。这个过程中就产生了下面两种变形：

一是实测边长归算到参考椭球体面上的变形影响，当实测的长度归化到国家统一椭球体表面上时，应该结合实际进行相应的改正，归算边平均高程；S为归算边长度；R为归算边方向法截弧曲率半径。二是将椭球面边长归算到高斯投影面上的变形影响，为归算边横坐标均值。

当实测边长归化到参考的椭球面或高斯平面上时难免会发生长度变形，其相应的改变公式为：

上述示例表明，采用国家统一的坐标体系所产生的长度综合变形，与所测地所处的投影带内位置和测区的平均高成有关。

（4）不同归化高度的抵偿地带表

公路控制网是公路设计及工程施工测量中必不可少的重要一环，地面实测的距离是否能直接绘图取决于控制网提供距离的真实性，因此，长度综合变形越小控制网的实用性就越高，在实测中应该严格控制变形的偏差值，保证精确度。依据我国的《城市测量规范》和《工程测量规范》的测量要求投影边相对变形每公里不大于2.5cm或相对变形不超过1/40000，因为只有将变形度保持在这个范围内，才能与四等平面控制测量边长的要求精度相符合。

3、高速公路控制测量的特点

高速公路的控制测量总的来说需要考虑两方面的问题，一是如何将理论运用到实际中，也就是如何将理论的数据从平面经参考椭球面再放回到地球表面的问题，在转化中应该注意计算的精确度，避免较大误差的产生，二是考虑到从标准椭球面转化到平面上的计算标准问题。在施工中，由于很多原因的影响导致了投影变形几乎是不可避免的，怎样才能在提高精确度的同时保证最小化的投影变形，是值得考虑的问题，笔者认为，应该切合施工地的实际情况进行分析，针对施工地的特殊情况采用相应的投影形式和合适的坐标体系，也就是采用独立的坐标体系，这样不仅可以将投影变形的影响降低，还可以减少在实际工程中由于计算偏差导致的不便，总的来说，高速公路的控制测量只需坐标系统的投影变形控制在合理范围内即可，而受高期投影方式的影响不大。

4、高速公路工程控制测量坐标系统的选择

国家统一坐标系统指的是用椭面球作为投影面或者计算的表面、按正形的投影3°分带计算的平面坐标，这种测量方式局限性较大，在实际应用中很容易产生计算误差，导致计算结果不够精确。除此之外的坐标系统一般称为局部坐标系统，也称为独立坐标系统，高速公路比较常见的控制测量总的来说有四种测量方法，一是选择“抵偿高成面”作为投影面，选择3°高斯正形投影平面直角坐标系统，二是抵偿高程面作为投影面，三是保持国家标准椭球面不变的情况下，通过任意投影带的高斯正形投影任意带的直角坐标系，四是选择具有高程抵偿面的任意带高斯正形投影面的直角坐标系统，第四种方法是前面第二和第三种方法的结合，能够对两种长度的变形进行有效的调节，但需要注意的是通过高程补偿面进行调解需要通过选择和合理的测区中心的子午线位置作为中央子午线来抵消长度变形的影响。结合公路的实际情况，因为公路长度较长，当某些地方变形超过2.5cm/km时可以采用分段投影的方法，这也是一般高速公路工程经常采用的方法，另外要根据精度要求和测区所处的精度范围来选择中央子午线，为了减少长度变形，一般采用在测区中心区安置中央子午线。

5、建立地方独立坐标系的具体方法

建立地方独立坐标系的常见方法主要有以下几种：一是把中央子午线移到城市或工程地区中央，并将高成规划面设置在城市高程面平均以下100m左右的高度。二是基于高程规划面计算的复杂性，建立新坐标可以不变动高程规划面而只移动中央子午线，三是保持国家统一的椭球面作投影面不变，选择“任意投影带”，在恰好选择了中央子午线的前提下，这一长度所投影到椭球面的变形刚好可以被抵偿掉，此时高斯投影平面上的长度任然和实地长度保持一致。

6、结语

高速公路的控制测量的精确度对公路施工质量和放样的重要前提条件，在进行公路测量前需要综合考虑各种因素，以达到公路区域内投影变形的最小化，高速公路地形复杂，很多地区地形狭窄，起伏大跨度长，如果只用国家规定的单一3°带平面直角坐标系会容易产生计算误差，很显然不能满足规范要求，因此必须结合地区地形特点选择合适的坐标体系。本文就公路测量中坐标系统确定法进行了分析和探讨，针对目前我国主要的测量方式以及不足提出了解决的对策，在允许国家统一坐标系统标准的前提下结合地形环境实际情况进行探讨，对其坐标体系的适用程度和范围进行分析，以解决公路测量中长度变形的影响，满足了工程实际需求，为之后的公路建设工程发展打下良好基础，在未来，公路高级化发展会加快，对于公路测量质量也会有所提高，研究高速公路坐标系统确定法具有十分重要的现实意义。

参考文献

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[2]秦菊芳，胡有云，李爱华，高等级公路测设长度综合变形问题的研究[J]测绘通报，2005，（8）：42-43.

[3]孔祥元，梅是义，控制测量学[M]北京：测绘出版社，1991.