长远距离线路控制测量坐标系统的建立与统一
来源:用户上传
作者: 周新良
【摘 要】日前，随着我国经济的快速发展，各种铁路、公路、电路等线型工程也取得了很大的发展。控制测量作为线型工程的一个重要组成部分，对整个工程的科学性合理性有着非常大的影响，本文中笔者将以公路控制测量为例，论述长远距离线路控制测量中如何建立和统一坐标系统。
【关键词】控制测量；坐标系统；建立方法
1.引言
线型工程主要指的是铁路、公路、架空送电线路以及输油管道等这类工程跨度比较大，且以运行线路为主要工作重点的工程项目。线型工程的中线统称线路，线路的勘察和设计是非常重要的，因为线路的确立直接关系着工程的经济成本以及运行的合理性。所以，在线路勘察和设计的过程中，工作人员要充分的考察该地区的自然环境和地理条件，并结合国家的有关规定，反复对比分析，确定一个最符合经济原则和工程实际情况的中线线路。
所谓控制测量，就是为了更好的确立公路中线而从事的针对各种相关数据的测量。在线路控制测量过程中，尤其是公路测量中，每条线路都具有相当的长度，所以不可避免的就会出现长度变形的问题。为了避免长度变形影响测量的准确性，我们必须要采用一定的辅助手段加以控制。通常来说，建立同待测区相适应的坐标系统可以有效的减少控制测量中的误差。
2.控制测量的相关内容
在下文中，笔者将从控制测量的目的和作用、坐标系统的选择、建立方法以及独立高等控制网的建设方法等几个方面对控制测量的具体步骤和方法进行简要论述。
2.1控制测量的目的和作用
控制测量一般是指在工程建设地区的地面布设一系列的控制网点，并精确地确定这些点的位置，以便为后期地形测图和各种工程建设施工放样打好基础。所以，控制测量的主要目的在于方便其他测量工作的开展，为工程测量的各种活动做好前期必要准备。控制测量是一切后续测量工作的基础，没有控制测量，往后的测图和放样等工作是不可想象的。控制网把测区各部分的测量工作联系起来，既起骨架作用，又起限制误差传递和累积作用，控制网在勘测设计阶段的作用是：①各设计阶段需要适当比例尺地形图作依据，而地形图测绘又必须依靠控制网点来确定地形图中各部分地貌地物之间的相对位置和保证地形图的精度，控制测量的网点布设就为地形图测绘提供了可靠地坐标依据，保证其测量精度的实现。②各设计阶段必须以控制网为基础，将路线、桥梁、隧道等设计的位置精确地放样在地面上，搜集相应的路基、构造物用于设计阶段的各种资料，因此控制测量的网点布设可以为工程设计提供有效的参考资料。
可见，控制测量的主要目的在于通过测量网点的布设，为工程的其他相关测量活动的开展，如地形图测绘、设计图纸和方案的确定提供获取相关资料和数据的可靠途径。
2.2坐标系统的选择
坐标系统的选择直接关系着控制测量的质量，是关注着控制测量的重要问题，同时由于它的作用原理较为复杂，作用发挥途径也较为隐性，使其成为了一些作业人员难以理解的问题。这种情况需要引起有关部门的重视，因为一旦作业人员对坐标系统的选择在认识上存在偏差，就会影响其进行错误的测量操作，从而影响测量结果。下面，笔者将从坐标定位的基本原理和搞死平面直角坐标系两个方面对坐标系统的选择进行相关论述。
2.2.1大地水准面、椭球、坐标系、国家大地测量和工程控制测量工作都是在地面上进行的，而地球的自然表面又是一个有山、谷、江、湖、海洋等起伏的复杂曲面。它是一个不规则的、不能用简单的数学公式来表达的曲面，因此，不能在这个曲面上来解算测量学中所产生的几何问题，这样不仅不利于精确计算结果，也会使计算过程复杂许多。所以，为便于计算控制网点的位置和测绘地形，应选择一个形状和大小都很接近于地球而其数学运算又很方便的体形，来代替地球的形体，以便把观测结果归化到此体形的表面上进行计算。
由相关的力学知识可知，地球上任何一个质点都同时受到两个力的作用才能保持着相对稳定和平衡的运行状态：一个是地球质心对该质点的引力F，另一个是地球自转所产生的离心力P，这两个力的合力，就是作用于该质点的重力G，重力G的方向就是众所周知的铅垂线的方向，即G=P+F。
曲面上每一点均与铅垂线方向垂直的曲面叫做水准面，水准面有无穷多个，我们可以选择一个与平静的海水面相重合的水准面（平均水准面）来代替地球的表面，通常把这个与平均海水面相重合的水准面叫大地水准面。大地水准面是按近于地球的自然表面，但它仍是一个不规则的曲面，因而有必要选择一个形状和大小都与大地体接近，而且能用简单数学式表示的体形来代替大地体。
参考椭球面是一国家（或者一区域）大地测量计算的参考面，该椭球面上各点与大地水准面上各相应点之间的高差的平方和为最小，参考椭球中心与地球质心重合，旋转轴与地球自转轴重合，赤道面重合，两者体积相等，总质量与地球总质量相等，自转角速度相等。
所以，在这个过程中作业人员应该注意的问题是：首先，不可以将水准面与大地水准面直接等同起来，因为水准面是质点所受引力沿铅垂线方向所形成的基准面，由于地球的形状复杂，这样的基准面的个数有无限个，但是大地水准面是其中最为接近地球表面的一个，所以水准面包括大地水准面，但是不能将二者简单等同；其次，不能将参考椭球面同大地水准面等同起来，因为参考椭球是模拟地球的形状形成的参考模型，而大地水准面是地球表面实际存在的质点沿铅垂线形成的基准面，所以参考椭球面虽然可以在坐标计算中一定程度的取代大地水准面的作用，但是其较实际的水准面更加规则，仅能适用于通过二者的高差平方和计算得出自转角速度的运算中，而不能在其他的坐标计算和统计中直接代替大地水准面。
2.2.2高斯平面直角坐标系
公路线路尤其是高速公路一般跨越多个地区，绵延数百里，有的甚至跨越省市，形成了一道非常长的线路工程。而通常情况下，公路工程的存在并不是孤立的，常与桥梁和其他建设工程相结合，甚至一些公路工程设立的主要目的就是为了更好的服务某些建设工程。所以，在公路线路的设计中，要充分把握工程相关信息，做好与其他工程的衔接，而为了坐标系统的统一以及与国家其它工程衔接，目前普遍采用国家坐标系换带计算方法。即高斯正形投影平面直接坐标系。下面笔者将简要对其进行介绍：①高斯正形投影的实质。设想将一个截面为椭圆的横柱（简称圆柱）面套在地球椭球面上，使横圆柱面与椭球面的一个子午椭圆相切，横圆柱的轴与地球椭球的轴互相垂直，这样将靠近子午椭圆的那部分地球表面的图形投影到圆柱面上，再将圆柱面展开就得到平面上的图形。这种投影，实际上就是将地球椭球面上与柱面相切的子午线两旁的一条带状区域按正形投影到平面上，投影后，只有相切的这条子午线上的长度比等于1，而离开这条子线愈远，长度变形愈大，相切的子午线称为中央子午线，这一带区两旁边缘上的子午线叫分界子午线，地球上的D点投影到平面上成为d点，d点的坐标可用x和y表示。②坐标分带。为了不使这种变形过大，每一个带的宽度不能太大，一般每带分界子午线间的经度分为6°（或3°），具体的精度要根据公路线路的具体情况而定。为便于设计施工放样，使坐标反算长度与实地长度差不超过规范要求而影响施工质量时，采用平移子午线的方式进行坐标换带计算，这一点在公路工程测量中是经常遇到的，通常称坐标系统的选择。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/6/view-3287989.htm
