廉波(中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010)

長輸管道工程中的投影變形分析與處理

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長輸管道工程中投影變形的存在，直接影響著測(cè)量精度，采取合理的應(yīng)對(duì)措施，能夠有效的減小甚至消除投影變形對(duì)長輸管道工程的不利影響。

長輸管道；投影變形；分析處理

1 問題的提出

長輸管道是長距離運(yùn)輸水、石油、天然氣等介質(zhì)的輸送管道，由線路和站場(chǎng)兩部分構(gòu)成。長輸管道工程測(cè)量中所建立的地球橢球面與地圖平面間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，不可避免的存在著投影變形，這種變形引起的誤差，如果不采取措施就會(huì)對(duì)管道測(cè)量造成嚴(yán)重偏差甚至錯(cuò)誤。因此，長輸管道工程測(cè)量中分析投影變形的影響情況，并采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右韵?，成為測(cè)量工作中必不可少的內(nèi)容。

2 長輸管道工程測(cè)量中的投影變形分析

長輸管道工程通常在幾百到數(shù)千公里不等，由于其地域跨度大，投影方式一般采用與國家基本比例尺地形圖一致的投影方式，我國通常采用高斯6°帶或3°帶的分帶投影。高斯投影是分帶等角橫切橢圓柱投影，由其變形規(guī)律可知中央子午線上無長度變形，離開中央子午線越遠(yuǎn)變形增長越快。

管道工程中的長度變形是兩類變形的總和：一是將實(shí)地觀測(cè)邊長歸算到參考橢球體面上時(shí)產(chǎn)生的變形，即高程歸化；二是將橢球面上的邊長投影到高斯面上時(shí)的變形，即距離改化。

（1）高程歸化。實(shí)地觀測(cè)邊長Sm歸化至參考橢球體面上，其長度將會(huì)縮短ΔSH，設(shè)歸化高程面為Hm，地球平均曲率半徑為RA，取其主項(xiàng)，則有ΔSH/Sm=Hm/RA。

（2）高斯正形投影的距離改化。參考橢球體面上的邊長S投影至高斯平面，其長度將會(huì)放長ΔSy，設(shè)該邊兩端點(diǎn)的平均橫坐標(biāo)為ym，密切球體半徑為Rm，取其主項(xiàng)，則有

（3）長度綜合變形。長度綜合變形是前兩項(xiàng)的和，在不影響嚴(yán)密性的前提下取RA=Rm，Sm=S，綜合上列兩式可得綜合變形

3 問題的解決方法

3.1 線路測(cè)量中投影變形的應(yīng)對(duì)處理

管道設(shè)計(jì)和施工中采用基于格網(wǎng)坐標(biāo)的線性參考系統(tǒng)，如果在材料計(jì)算和施工中不考慮投影變形，則會(huì)造成系統(tǒng)錯(cuò)誤。特別是采用航空攝影測(cè)量與常規(guī)工程測(cè)量相結(jié)合的方法進(jìn)行作業(yè)時(shí)，由于兩種方法所遵從的作業(yè)原則不同，這將導(dǎo)致最后的結(jié)果產(chǎn)生一定的差異。為了保證兩套成果的一致性，有效消除投影過程中的長度變形，通常采取以GPS首級(jí)控制測(cè)量為基礎(chǔ)，采用GPS-RTK的方法測(cè)量線路轉(zhuǎn)角樁并對(duì)線路進(jìn)行控制，從而消除測(cè)距儀測(cè)量時(shí)長度變形的誤差累積和傳遞，轉(zhuǎn)角樁間距不超過1千米或采用加樁的方式將其分割成l千米長的間距。這種方式也可以很好地控制長度變形，簡化施工放樣的計(jì)算。

3.2 站場(chǎng)測(cè)量中投影變形的應(yīng)對(duì)處理

測(cè)量規(guī)范中規(guī)定，在選擇油氣田平面控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)時(shí)高程歸化和距離改化的綜合長度投影變形ΔS不得大于1/ 40000，即|。因此，國家統(tǒng)一坐標(biāo)系存在一定的適用范圍，在不影響嚴(yán)密性的情況下，取Rm= 6371km，則有：Hm=7.848×10-8y2m±159式中Hm和ym以米計(jì)。由此可以得出國家統(tǒng)一坐標(biāo)系的適用區(qū)域，如下圖：

綜合投影變形適用區(qū)域圖

圖中可以看出當(dāng)測(cè)區(qū)離中央子午線較遠(yuǎn)或測(cè)區(qū)高程較高時(shí)，投影變形誤差會(huì)超出允許范圍。為此，工程中通常采用選擇局部坐標(biāo)系的方法來限制投影變形，選擇局部坐標(biāo)系的方法有以下幾種：

（1）抵償投影面的高斯坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系仍采用國家3°帶高斯投影，但投影的高程面不是參考橢球面，而是為了補(bǔ)償高斯投影長度變形而選擇的高程投影面，使得在這個(gè)高程投影面上，長度變形為零，即式中：△H=Hm-H，即測(cè)區(qū)平均高程面Hm高出抵償高程面H的高度。

（2）任意帶高斯坐標(biāo)系。將橢球體面作為投影面，但投影的中央子午線不是標(biāo)準(zhǔn)的3°分帶中央子午線，而是為了補(bǔ)償高程投影變形而選擇的某一條子午線作為中央子午線進(jìn)行投影。即固定Hm而選擇ym，則

（3）具有高程補(bǔ)償和帶寬限制的任意帶高斯坐標(biāo)系。選擇通過測(cè)區(qū)中央的子午線為投影中央子午線，而高程抵償面選在測(cè)區(qū)的平均高程面上，以便通過雙重補(bǔ)償以擴(kuò)大測(cè)區(qū)的允許高差和帶寬的限制。

某長輸管道線路設(shè)計(jì)1處山嶺隧道，長3576m，平均海拔1322m，管道全線采用6°帶高斯投影，隧道所處位置距中央子午線185km。經(jīng)計(jì)算該隧道的長度綜合變形值達(dá)到了0.767m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了限值要求。為減小投影變形對(duì)隧道設(shè)計(jì)和施工的影響，測(cè)量中以通過測(cè)區(qū)中央的子午線作為投影中央子午線，以測(cè)區(qū)平均高程面為投影面建立了隧道穿越區(qū)任意帶高斯坐標(biāo)系，并與線路測(cè)量坐標(biāo)系建立明確的換算關(guān)系。通過以上抵償坐標(biāo)系的選擇，有效的消除了投影變形的影響，保證了隧道工程的順利貫通。

4 結(jié)語

為了消減長輸管道工程測(cè)量中長度投影變形的影響，可根據(jù)工程的具體情況選擇合適的坐標(biāo)系統(tǒng)。在選擇坐標(biāo)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮：以滿足工程精度要求為依據(jù)，保證長度投影變形不超過容許值；與國家坐標(biāo)建立明確的聯(lián)系，便于空間數(shù)據(jù)的交流與共享；處理方法簡單易行，避免進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算。