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摘要：隨著我國基礎設施建設進度的不斷提升，道路工程已經成為聯通社會發展各個渠道和區域之間的重點樞紐。與此同時，大部分的道路工程屬于線狀工程，在測量規劃過程中，其平面坐標系的建立方法至關重要，因此文章便是建立在線狀工程測量的基礎上分析平面坐標系的相關問題，首先闡述了在道路工程中平面坐標系建立的相關方式和技術，其次建立在GPS技術的基礎上，實現平面坐標系的實際研究，再次通過統一性理論來分析線性工程平面坐標系的相關計算細節，意在通過文章論述，能夠為我國道路工程的測量規劃提供技術依據。

關鍵詞：線狀工程；測量作業；平面坐標系；建立方法

我國傳統的道路工程平面坐標系構建技術依托于平面控制網的應用。但是隨著道路工程類型的不斷拓展，當前針對具有較強線性特征的長距離道路工程來講，落實平面坐標系，構建將面臨著一定的難度，因此，結合當前的實際發展情況，線性工程的漸變性平面坐標系已經逐步研發并且落實到實際應用中。因此充分分析線性工程的漸變性平面坐標系的構建和應用方式，并且建立在同一性理論基礎上來闡述計算細節，不僅是本文論述的重點，也是進一步提升道路工程測量技術體系應用價值的重要研究方向。

1線性工程平面漸變坐標系建設理論

從理論角度來講，線性工程項目的漸變平面坐標系構建依據是基于線路設計中線所處的垂線處基準線漸變以及正長性基準面漸變的基礎上形成的雙漸變投影。與傳統的測量學平面控制網范圍限制不同，漸變坐標系的構成不受線性工程距離的限制，其距離可以大于10千米[1]，同時與傳統的GPS平面坐標系相比，漸變平面坐標系的形成，不會受到地圖投影變形以及分帶帶寬限制等因素的干擾，具有較強的精準性，利用漸變平面坐標系技術可以有效將初測定、平面設計、中線測量等諸多工序聯系起來，使其構建成統一的整體，具有極強的全面性和全程覆蓋性。利用該種測量方法實現的平面坐標系，和線路的設計中線之間呈現著完全吻合的水準面，曲線全長以及線路的轉向角等幾何形狀之間不會存在系統偏差，針對放樣值、設計值等相關數據，不用進行繁瑣的處理，便可以直接進行測量，詳細的線性工程漸變平面坐標系結構圖如圖1所示。由于受到不均勻的地球重力場影響，在落實線性工程平面測量的過程中水準面處于無限可微的狀態。經過實際數據統計和測量之后，可以發現我國的地表垂線偏差的變化在0.5″/km范圍以內[2]，這種程度的偏差，在落實了平面坐標系垂線方向規劃之后，相鄰垂線之間的偏差顯著的小于偶然誤差，因此，利用漸變平面坐標系來進行線性工程的平面坐標系規劃具有可行性，能夠滿足工程控制網規定的精度要求。

2建立在GPS技術基礎下的漸變平面坐標系規劃分析

2.1利用GPS技術實現道路工程漸變平面坐標系構建的優勢。與傳統的線狀工程平面測量中所使用的GPS數據處理以及投影形成的高斯平面直角坐標系進行比較之后，我們能夠發現，道路工程漸變平面坐標系能夠有效實現分帶的自動化管理，傳統技術中的投影帶寬和變形不會再對其產生限制，因此不用受到線狀工程自身長度的影響，可以無限化隨著工程的長度蔓延進行延伸。利用漸變平面坐標系來規劃線狀工程的平面控制網，可以將設計單位、勘測單位以及施工單位這三個主體通過各自的工作職能所產生的數據，納入到相同的坐標系統中，進行無阻礙的推進和工作信息交接，能夠有效避免測量測設作業過程中的頻繁換代以及兩化改正，或者逆向兩化改正作業的繁瑣影響。總的來講，針對現狀工程落實漸變平面坐標系規劃，作業過程中的所有平面點，都會囊括在同一套平面坐標系中，針對勘測、運營、施工、維護等不同階段，都有著極強的便捷優勢。

2.2漸變平面坐標系下的全站儀數據與GPS數據的統一分析。在漸變平面坐標系規劃的過程中，GPS測量會得到返現系統的數據，而全站儀在測量過程中可以得到垂線系統的數據，這兩個數據需要進行統一才能夠實現，工程漸變平面坐標系的整體，因此需要利用發現地心空間直角坐標系作為轉換基點進轉換，將GPS三維基線向量直接轉化為三維基線向量。接下來將高程信息清除，然后將垂線站心地平直角坐標系中的三維基線向量進行逆向轉換，將其轉換為漸變平面坐標系下的三維基線向量，接下來還需要將道路工程漸變平面坐標系中的GPS網內的二維基線向量落實二維約束平差，這種方式能夠將GPS控制網中的評查結果轉化到漸變平面坐標系的系統中，因此便可以直接應用在全站儀的平面測量數據內這種方式便可以有效實現，漸變平面坐標系，中的承認與數據和GPS數據的統一。

2.3距離以及方向觀測數據的兩化改正。當前隨著GPS技術的不斷發展和應用，在平面坐標系中GPS技術已經成為了核心技術之一，而要想利用GPS技術實現平面坐標系規劃，就必須要落實圖上設計數據以及全站儀到實地放樣數據的轉換，其中涉及到了水平方向值以及距離參數，例如曲線全長，線路轉向角等。同時為了進一步強化GPS技術與當前所使用的漸變平面坐標系之間的契合性，相關施工單位已經在盡力避免兩化改正的基礎上，進一步降低GPS平面坐標系和道路工程漸變平面坐標系之間的偏差和矛盾。解決各種矛盾的主要方式有兩個方案，首先是在GPS平面坐標系中提取相鄰的點，來實現水平方向值以及距離的虛擬觀測分析，是通過對虛擬觀測值落實逆向兩化改正。其次是建立在地球重力場模型的基礎上，將地心空間直角坐標轉化為垂線站心地平直角坐標系，同時依據線性工程的漸變平面坐標實現平差以及數據處理[3]。這其中涉及到了以下兩個方面的改正，經過改正之后，在GPS技術下，便可以結合全站儀進行數據的統一分析，可以全面優化漸變平面坐標系規劃的質量和效率。2.3.1垂線偏差改正垂線偏差往往指的是在同一個測站的位置，鉛垂線和橢球面法線之間的夾角，在整體的平面坐標系中，地面任何一點形成的垂線偏差，都可以利用兩個分量進行表示，其一是子午圈分量：，又被稱為垂線偏差的南北分量；其二是卯酉圈分量：n，又被成為垂線偏差的東西分量。通常來講，在計算垂線偏差時，需要利用天文大地測量、重力測量、天文重力測量、GPS以及地球重力場模型法進行測定。隨著衛星重力測量技術的發展，地球重力場模型法測定垂線偏差成為一種主流方法。垂線偏差對水平方向的改正公式為：（1）式（1）中，Am為測站點到照準點的大地方位角；α1為測站點到照準點的垂直角，從全站儀觀測數據中得到。根據公式可以看出，垂線偏差對水平方向觀測值的改正主要與測站點的垂線偏差分量、測站點到照準點的大地方位角、測站點到照準點的垂直角等因素有關；經過垂線偏差改正后，以測站垂線為基準線的地面水平方向觀測值變成了以測站法線為基準線的水平方向值。2.3.2標高差改正標高差改正是由照準點高度而引起的水平方向值改正。因為不在同一子午面或者同一平行圈上兩點的法線是不共面的，所以當進行水平方向觀測時，如果照準點高nnumm1(sinAcosA)tan出橢球面某一高度，則照準面就不能通過照準點的法線同橢球面的交點，從而引起水平方向值的改正。具體的改正公式為：（2）式（2）中，Am為測站點到照準點的大地方位角；e、M參考橢球參數；H為照準點高度；B為照準點大地緯度。根據公式可以看出，標高差的改正主要和照準點的高度和大地諱度有關；經過標高差改正后，方水平方向值改正到了橢球面上相應的法截弧方向。

3線性工程漸進平面坐標系規劃的統一性理論研究

當前大部分的勘測單位，已經將GPS技術領域內的地球橢球法線系統作為線性工程平面坐標系規劃的主要方式。但是勘測單位與實際的施工單位之間所應用的平面坐標系規劃技術，依舊存在一定的差異性，大部分的施工以及設計單位依舊在沿用傳統平面坐標系，這導致全站儀觀測到的相關數據與GPS觀測到的數據之間有著一定的差異化，例如基準線和基準面之間的數據不符，從而導致水平方向值和距離產生改變。而為了進一步降低兩種應用方式之間的矛盾程度，當前已經全面落實了精密工程測量研究，通過統一施工單位、設計單位的專業來實現技術統一，通過回溯垂線偏差值來實現當前作業參數的精準性控制。通過中式垂線偏差改正的影響，來實現長距離大跨度線性工程的測量質量保障，并且根據垂線偏差改正公式來分析不同的影響因素對于偏差造成的影響。這其中垂線偏差改正公式為：δ＝εtanα（3）根據實際的測量工程，我們可以發現垂線偏差改正和觀測邊的實際長度之間沒有明確的聯系，但是與觀測邊豎直角α以及側曲垂線偏差的大小ε有著直接的聯系，若根據eGM2008地球重力場模型進行代入之后，我們可以將全球的垂線偏差數值控制為80″，例如，我們根據我國的青藏高原喜馬拉雅山南麓的特殊地形進行垂線偏差改正數值分析，詳細的數據如表1所示。通常來講，針對大于10千米的線性工程平面控制網來講，必須要加強其精密程度，同時也要充分考慮垂線偏差改正的相關數值，尤其是針對長大隧道、高山以及特殊地形的線性工程，更要將垂線偏差改正作為主要的控制要點。與此同時，為了進一步提升線性工程平面坐標系設計的精準性和有效性，還需要注意以下幾點。首先要建立在設計單位研發的角度，分析地球重力場模型，對實際工程產生的影響，建立在雙向數據對比的基礎上，實現水平方向以及距離的兩化改正，同時可以通過道路工程選線設計過程中應用的GIS軟件以及技術，來代替傳統的CAD軟件[4]，設計人員可以直接利用GPS平面坐標系實現選線設計，并且通過GIS軟件分析不同線性工程的，漸變平面坐標系的效果，并且落實調整。其次要充分利用地球重力場模型來化解GPRS平面控制過程中產生的垂線和法線矛盾，也可以利用GIS系統來解決線路平面坐標系的統一性理論與道路工程選線的相關矛盾。并且進一步拓展GIS以及地球重力場模型的應用范圍和領域，進一步提升GIS與工程測量以及大地測量學之間的融合力度，從而為線性工程的平面坐標系規劃提供技術基礎。

4結束語

綜上所述，本文建立在線性工程基礎上所分析的漸變式平面坐標系的構建和計算方式，能夠廣泛應用在當前的公路以及鐵路工程中，尤其是針對長大隧道，跨度較大的橋梁以及距離較遠的工程來講，有著極強的應用價值，其普適性特征提升了應對諸多線狀工程平面測量中問題的有效性，同時在未來線性工程平面坐標系規劃和發展的過程中，可以建立在漸變性平面坐標系規劃的基礎上實現技術和理論的優化創新，不斷進行技術體系的完善，以增強其參考價值。

參考文獻：

[1]陳健，晁定波.橢球大地測量學[M].北京：測繪出版社，1989：203-338.

[2]卓健成.工程控制測量建網理論[M].成都：西南交通大學出版社，1996：81-85.

[3]施一民.現代大地控制測量（第二版）[M].北京：測繪出版社，2008：166-178.

[4]寧津生，劉經南，陳俊勇，等.現代大地測量理論與技術[M].武漢：武漢大學出版社，2006：44-58.

作者:李加喜 單位:大理天作測繪規劃院有限公司