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        工程投影面獨(dú)立坐標(biāo)系建立與國(guó)家坐標(biāo)系坐標(biāo)的應(yīng)用

        2015-12-02 01:47:28陳介煒張麗麗呼倫貝爾市大雁勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司內(nèi)蒙古呼倫貝爾021122
        江西建材 2015年6期
        關(guān)鍵詞:測(cè)量工程

        ■陳介煒,張麗麗 ■呼倫貝爾市大雁勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021122

        國(guó)家平面控制網(wǎng)坐標(biāo)系,要求采用統(tǒng)一的高斯投影3 度帶平面直角坐標(biāo)系,國(guó)家中央子午線經(jīng)度由東經(jīng)75 度起,每隔3 度至東經(jīng)135度,在遠(yuǎn)離中央子午線45 公里時(shí),其相對(duì)誤差大于1/40000,而工程測(cè)量尤其是線路測(cè)量時(shí)其所在地往往大于45 公里,故在工程測(cè)量坐標(biāo)系選取時(shí),中央子午線以工程所在地中心經(jīng)度為中央子午線。

        由于工程測(cè)量選取的坐標(biāo)系統(tǒng)投影面、中央子午線與國(guó)家坐標(biāo)系的投影面、中央子午線不一致,導(dǎo)致坐標(biāo)不一致,而工程很多后續(xù)工作(如征地)需要國(guó)家坐標(biāo)系的坐標(biāo),須為本工程的建設(shè)單位提供一套國(guó)家坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

        1 限差要求及規(guī)范規(guī)定

        (1)根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》GB 50026—2007 中規(guī)定,平面控制網(wǎng)的坐標(biāo)系,應(yīng)在滿足測(cè)區(qū)內(nèi)投影長(zhǎng)度變形不大于2.5cm/km 的要求下布設(shè)。(2)根據(jù)《城市測(cè)量規(guī)范》CJJ 8—99 中規(guī)定,平面控制網(wǎng)觀測(cè)成果的歸化計(jì)算,應(yīng)根據(jù)觀測(cè)方法和成果使用的需要,采用我國(guó)1980 西安坐標(biāo)系或繼續(xù)沿用1954 北京坐標(biāo)系。

        2 橢球面相對(duì)關(guān)系

        平面控制網(wǎng)中歸算邊長(zhǎng)的高程基準(zhǔn)面是測(cè)區(qū)平均高程面,而測(cè)區(qū)平均高程面與國(guó)家高斯投影參考橢球面是不重合的,如圖1 所示:

        圖1 橢球面關(guān)系圖

        (1)針對(duì)這一問(wèn)題解決方法有如下3 種。①高程直接補(bǔ)償法:直接選取△a=Hm+ζ (公式1);②法線方向增長(zhǎng)法:通過(guò)測(cè)區(qū)的卯酉圈曲率半徑N 確定△a,假定長(zhǎng)半軸是沿測(cè)區(qū)地面點(diǎn)的法線方向增加,N 與參考橢球長(zhǎng)半軸a 的關(guān)系如下:(公式2);③平均曲率半徑法:通過(guò)測(cè)區(qū)的平均曲率半徑確定△a,國(guó)家參考橢球面上的任一點(diǎn)的平均曲率半徑與參考橢球長(zhǎng)半軸a 的關(guān)系如下:△a=Hm ×(公式3)工程中,我們常用第一種方法來(lái)進(jìn)行改算。

        3 改算方法

        3.1 工程投影變形所允許的歸算高程面的高差限度

        在某測(cè)區(qū)施測(cè)某邊長(zhǎng)兩點(diǎn)的高程的平均值,投影到某一歸算高程面時(shí),歸算邊長(zhǎng)的計(jì)算公式為:

        D 歸=D 測(cè)-D 測(cè)(H 測(cè)-H 歸)/R 歸(公式4)

        D 歸為歸算高程面的平距;D 測(cè)為施測(cè)高程面的平距邊長(zhǎng);H 測(cè)為施測(cè)高程面高程;H 歸為歸算面高程;R 歸為歸算高程面相應(yīng)緯度的地球曲率半徑。

        由上式得出:(D 歸-D 測(cè))/ D 測(cè)=(H 歸-H 測(cè))/ R 歸=±1/40 000

        則H 測(cè)-H 歸=±159m。(公式5)

        為滿足工程1/40 000 投影變形要求,測(cè)區(qū)最高或最低高程與投影面高程之差不得大于159m。即,當(dāng)測(cè)區(qū)最大最小高程差不大于2 ×159m=318m 時(shí)可以采用測(cè)區(qū)平均高程作為投影面建立坐標(biāo)系。當(dāng)測(cè)區(qū)高差大于318m 時(shí),則需要建立多個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)系,高差每159m 建立一個(gè)才能滿足工程需要。

        3.2 投影帶橫向Y 坐標(biāo)寬度的限度

        由于將橢球面上的邊長(zhǎng)投影到高斯平面上將發(fā)生長(zhǎng)度變形,長(zhǎng)度變形的大小與該邊兩端的平均橫坐標(biāo)值密切相關(guān)。

        公式為:△s/s=y2m/(2R2)(公式6)

        當(dāng)△s/s=1/40 000 時(shí),則:主ym=±45050m。

        由此可見:當(dāng)測(cè)區(qū)偏離國(guó)家分帶的中央子午線橫向距離大于45km以上時(shí),為滿足工程控制網(wǎng)測(cè)區(qū)內(nèi)投影長(zhǎng)度變形的要求,應(yīng)建立工程獨(dú)立坐標(biāo)系。

        3.3 以測(cè)區(qū)平均高程面建立工程獨(dú)立坐標(biāo)系或以測(cè)區(qū)平均經(jīng)度建立

        工程獨(dú)立坐標(biāo)系換轉(zhuǎn)為國(guó)家坐標(biāo)改算

        當(dāng)測(cè)區(qū)橫向?qū)挾确秶?0km 以內(nèi)或高差范圍在318km 以內(nèi)時(shí),工程獨(dú)立坐標(biāo)系常以測(cè)區(qū)平均高程面作為投影高程面,建立獨(dú)立坐標(biāo)系,或以平均經(jīng)度作為中央子午線,建立工程獨(dú)立坐標(biāo)系。此時(shí)工程獨(dú)立坐標(biāo)系采用國(guó)家點(diǎn)坐標(biāo)成果進(jìn)行評(píng)差計(jì)算時(shí),首先要進(jìn)行換帶計(jì)算,將國(guó)家坐標(biāo)系的控制點(diǎn)坐標(biāo)換算為獨(dú)立坐標(biāo)系參考橢球面上的坐標(biāo),而后將換代后得到的參考橢球面上坐標(biāo)再投影到測(cè)區(qū)高程面上來(lái),該數(shù)據(jù)才是工程獨(dú)立坐標(biāo)系進(jìn)行評(píng)差計(jì)算實(shí)際使用的獨(dú)立坐標(biāo)起始點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

        工程獨(dú)立坐標(biāo)系按投影高度進(jìn)行坐標(biāo)改算的公式如下:

        X=X' +(H/P)X'=X'(1 +H/P)

        Y=Y' +(H/P)Y '=Y'(1 +H/P)(公式7)

        式中X.Y 為改算后得到的測(cè)區(qū)高程面工程獨(dú)立坐標(biāo)系之國(guó)家點(diǎn)坐標(biāo);X',Y'為國(guó)家坐標(biāo)(Y 值去帶號(hào)和500km),H 為投影面高程(一般測(cè)區(qū)平均高程)。由參考橢球面投影到測(cè)區(qū)投影到500m 高程面時(shí)H=500m;

        4 實(shí)例

        4.1 伊敏河?xùn)|礦區(qū)新建鐵路專用線測(cè)繪工程概況

        (1)測(cè)區(qū)自然地理概況。測(cè)區(qū)位于大興安嶺西坡呼倫貝爾草原伊敏河中下游東側(cè),行政區(qū)劃隸屬于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市鄂溫克族自治旗。

        地理坐標(biāo):

        東經(jīng)119°48'— 120°02',

        北緯48°42' — 48°52'。

        測(cè)區(qū)北距呼倫貝爾市海拉爾區(qū)約60km,海拉爾至伊敏煤電公司的國(guó)有鐵路和二級(jí)公路從本區(qū)西側(cè)通過(guò),區(qū)內(nèi)尚有多條牧區(qū)土路,交通較為方便。測(cè)區(qū)屬大興安嶺西坡伊敏煤田東北隅的低山丘陵區(qū),地勢(shì)東南高,西北低,地貌多為草地、沙丘、沼澤,海撥標(biāo)高最高781m,最低644m,相對(duì)高差137m。

        (2)工程概況。根據(jù)勘察線路,伊敏河?xùn)|礦區(qū)新建鐵路專用線北起敏東礦區(qū)向西至烏蘭哈日嘎那、西南至孟根圖雅嘎查、向南經(jīng)東蘇木與“伊敏—伊爾斯鐵路”相接,經(jīng)勘察設(shè)計(jì)鐵路沿線多為草地、沙丘、北段橫向穿過(guò)伊敏河,面積約為28.25 平方公里,線路全長(zhǎng)45 公里。

        4.2 本次工程測(cè)量采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

        (1)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。①《工程測(cè)量規(guī)范》GB50026 -2007。②《城市測(cè)量規(guī)范》CJJ8-99。③《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》 GB/T18314 -2009。

        (2)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。本次測(cè)量工程,平面采用1954 年北京坐標(biāo)系三度分帶,中央子午線為120°,投影橢球面高程面為650 米,高程采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

        4.3 地方獨(dú)立坐標(biāo)系的建立

        (1)投影面改正計(jì)算。根據(jù)測(cè)區(qū)地理位置及海撥標(biāo)高情況,符合測(cè)區(qū)橫向?qū)挾确秶?0km 以內(nèi)或高差范圍在318km 以內(nèi)建立獨(dú)立坐標(biāo)系要求。采用高程直接補(bǔ)償法:直接選取△a=Hm 其中Hm=Hr +ζ,Bm 測(cè)區(qū)平均高程為650m,改算后獨(dú)立坐標(biāo)系參考橢球面長(zhǎng)半軸a=6378599。

        (2)測(cè)區(qū)國(guó)家控制點(diǎn)改算。經(jīng)過(guò)實(shí)地勘測(cè)檢查,測(cè)區(qū)外圍共分布有國(guó)測(cè)三角點(diǎn)4 個(gè),其中,國(guó)家一等點(diǎn)2 個(gè),國(guó)家二等點(diǎn)2 個(gè),且分布較好、保存完整,可以作為本次測(cè)量平面起算點(diǎn)使用。采用(公式7)進(jìn)行數(shù)據(jù)改算結(jié)果見下表。

        改算后獨(dú)立坐標(biāo)系平面起算數(shù)據(jù)情況 單位:m

        伊敏哈哈木II 原5405276 475377 改正后5399531.821 481037.826

        塔爾巴崗 I 原5398981 481039 改正后5411505.597502281.280

        錫尼河廟 I 原5410954 502281 改正后5405826.922 475375.125

        烏蘭卡拉崗東南II 原5402005 494597 改正后5402555.883 494596.551

        (3)控制網(wǎng)基線邊長(zhǎng)檢測(cè)。采用高精度全戰(zhàn)儀對(duì)測(cè)區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系下控制網(wǎng)基線邊長(zhǎng)進(jìn)行檢測(cè),要求檢測(cè)邊長(zhǎng)不少于2 條,長(zhǎng)度變形限差不大于2.5cm/km?;€邊長(zhǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)如下:

        基線邊長(zhǎng)檢測(cè)表 單位:m

        CPI01 -CPI02 計(jì)算邊長(zhǎng)1006.537 檢測(cè)邊長(zhǎng)1006.549 差值-0.012

        CPI07 -CPI08 計(jì)算邊長(zhǎng)459.406 檢測(cè)邊長(zhǎng)459.400 差值0.006

        由基線邊長(zhǎng)檢測(cè)表可以看出,控制網(wǎng)基線邊長(zhǎng)滿足工程施測(cè)要求。

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