摘要：本文筆者結(jié)合公路測量工作的特殊性，詳細論述了不同地形條件下坐標系統(tǒng)的確定方法，從而有效解決了控制網(wǎng)中長度綜合變形對于測量精度所造成的影響，對于實際測量工作具有一定的指導和借鑒意義。
　　關(guān)鍵詞：公路測量；坐標系統(tǒng)；確定方式
　　0前言
　　隨著國家經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，我國公路建設范圍的擴大，在高原、山地、丘陵等地區(qū)的公路工程也日益增多，而不同地表形態(tài)所引起的長度綜合變形的主要原因也不盡相同，所以，工程控制網(wǎng)如果采用國家統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)，就容易使控制網(wǎng)各邊的實際長度發(fā)生變化，導致長度的變形，這對于公路測量工作來說有著較大危害。除此之外，公路測量工作本身也具有著自身的特殊性，如果測量的跨越區(qū)域較長且地域狹窄，就會使測量必須經(jīng)過不同的地形區(qū)域，很難滿足對于測量精度的要求。想要對投影長度變形進行有效控制，就必須對國家統(tǒng)一坐標系統(tǒng)的適用范圍、長度變形的來源和允許數(shù)值等內(nèi)容進行分析，形成相應的抵償方法，以便滿足不同地形條件下的測量精度要求。
　　1長度變形的產(chǎn)生及允許值
　　在測量工作中，將真實長度歸化到國家統(tǒng)一橢圓球面上時，測量人員應注意加入下面的改正數(shù)，即：
　　△s=—（Hm/RA）s（1）
　　在公式（1）中，Hm表示的是長度所在高程相對于橢圓球面的高差；RA表示的是長度所在方向的橢圓球面的曲率半徑；s表示的是實際測量的水平距離。
　　隨后，將橢圓球面的長度投影到高斯平面上，并加入下面的改正數(shù)，即：
　　△S=+（y2m/2R2）S（2）
　　在公式（2）中，ym表示的是測量區(qū)域中心位置的橫坐標；R表示的是測量區(qū)域中點位置的曲率半徑的平均值。
　　經(jīng)過兩次改正計算之后，地面上距離的真實長度被改變，像這種在高斯投影面上與地面長度之間的差異，就是長度綜合變形，我們可以通過下面的公式對其進行計算，即：
　　δ=+（y2m/2R2）S—（Hm/RA）s（3）
　　想要在不損失精度的同時使計算變得更加簡便，我們認為R≈RA≈6371m，S≈s，在將公式（3）轉(zhuǎn)化為相對變形的形式后，我們得出公式（4），即：
　　δ/s=（y2m/2R2）—Hm/R（4）
　　由公式（4）我們可以發(fā)現(xiàn)，由國家統(tǒng)一坐標系統(tǒng)所導致的綜合變形，與測量區(qū)域的平均高程以及所處的投影帶位置有關(guān)。
　　公路控制網(wǎng)的服務對象是工程施工測量以及公路設計，所以，其所提供的距離應盡可能的與真實數(shù)值相符，這樣，地面測量的距離就可以進行直接的繪圖，而從圖紙上獲得的信息也可以進行實地標設，所以從控制網(wǎng)的實用性角度來看，應對其長度綜合變形進行最大限度的控制。為了實現(xiàn)這一目標，我國的《工程測量規(guī)范》以及《城市測量規(guī)范》都對控制網(wǎng)綜合長度變形的允許值進行了明確規(guī)定，要求將綜合變形控制在2.5cm/km的水平（相對變形的要求為1∶40000），這一要求是與四等平面控制網(wǎng)變長的必要精度相適應的。
　　2統(tǒng)一坐標系的局限性
　　我們將1∶40000，也就是長度綜合變形的允許值代入到公式（4）當中，可以得出公式（5），即：
　　H=0.78y2（10-4）±0.16（5）
　　在公式（5）中，H表示的是長度所在高程面與投影面的高差；y表示的是測量區(qū)域中心的橫坐標。它們的單位均為km。對于高程面已知的測量區(qū)域，我們可以通過公式（5）計算出相對變形在1∶40000以內(nèi)的國家統(tǒng)一3°帶內(nèi)y坐標的取值范圍。以此類推，我們也可以計算出3°帶內(nèi)不同的綜合變形在允許值范圍內(nèi)的投影區(qū)域的平均高程的取值范圍。
　　如果測量區(qū)域中心的±y坐標為橫軸，那么我們將H（即平均高程）作為縱軸，再通過公式（5）就可以畫出兩條相對變形恒定為容許數(shù)值的曲線，它們就是適用于控制測量的投影范圍的臨界線，即兩條曲線之間的區(qū)域為適用于公路測量的投影帶范圍，詳見圖1。
　　
　　圖1國家3°帶相對變形恒為容許值范圍示意圖
　　這樣，我們就可以通過觀察兩條曲線來判斷國家3°帶統(tǒng)一坐標系是否適用于本次測量，如果不適合，則應考慮采用另外的坐標系統(tǒng)。同時，也會產(chǎn)生一個有關(guān)如何選擇能夠抵償長度綜合變形坐標系統(tǒng)的問題。
　　3坐標系統(tǒng)的選擇與確定
　　如果我們以橢球作為計算表面（也就是投影面），按照正形投影3°分帶來計算，由此得出的平面坐標系就是國家統(tǒng)一坐標系統(tǒng)。如果我們選擇其它的投影面或是投影帶，那么計算出的坐標系統(tǒng)就被稱作是局部或獨立坐標系統(tǒng)。一般來說，下面幾種坐標系統(tǒng)可以作為公路測量的選擇方案。
　　（1）在保持國家統(tǒng)一的橢球面作為投影面不變的情況下，選擇任意投影帶，通過高斯投影對平面直角坐標進行計算。
　　（2）將“抵償高程面”作為投影面，按照高斯正形投影3°來對平面直角坐標進行計算。
　　（3）投影于抵償高程面上的高斯正形投影任意帶平面直角坐標系。
　　由圖1和公式（5）我們可以得出，按照將變形值控制在2.5cm/km這一要求，測量邊與投影值的最大高差大約在160m左右，我們假設測區(qū)的平均高程面為投影面，則測量區(qū)域內(nèi)地形變化的差在320m以內(nèi)均可滿足精度要求，若這一數(shù)值超過320m，就應選擇多個高程抵償面。
　　由圖1和公式（5）我們還可以得出，按照將變形值控制在2.5cm/km這一要求，測量邊的平均橫坐標的最大值約為45km，我們假設測量區(qū)的中心為中央子午線所在位置，且測量區(qū)域的平均高程面為0，那么測量區(qū)域的東西長度就是90km。如果東西長度超過這一值，則應選擇多個任意投影帶。需要注意的是，南北走向的公路線路沒有這方面的限制。
　　公式（1）主要與測量邊長所在的平均高程面與投影橢球面的高差有關(guān)，變形與高差呈正比關(guān)系，那么相對于平原地區(qū)，高原和山地地區(qū)的歸算改正就要更大，而歸算改正與邊長的平均橫坐標之間沒有必然的關(guān)系。
　　公式（2）投影到高斯平面的投影改正主要與測量邊長的平均橫坐標y有關(guān)，橫坐標y值和投影變形會隨著與中央子午線的距離增加而變大，所以，投影變形主要與中央子午線距離有關(guān)。
　　通過上面的分析我們可以得出兩個結(jié)論：首先，選擇抵償高程面作為投影面是通過對投影面進行變更來對綜合變形進行抵償，所以這種方法適用于那些地形高差在320m范圍內(nèi)、平均高程面較高、測量區(qū)域中心位于3°帶中央子午線附近的高原地區(qū)或是地形條件多變，但是，高差同樣在320m范圍內(nèi)的丘陵地帶，如果地形條件變化過大，則可采用多個高程抵償面。其次，是選擇任意投影帶，該方法是通過對中央子午線位置進行合理選擇來對長度綜合變形所產(chǎn)生的影響進行抵償，因此，主要適用于測量區(qū)域中心與3°帶中央子午線距離較遠的丘陵、平原地區(qū)，如果東西長度過大，則應選擇多個任意投影帶。最后，就是選擇投影于抵償高程面上的高斯正形投影任意帶平面直角坐標系，該方法主要是通過改變中央子午線位置以及投影面的方式來對長度綜合變形所產(chǎn)生的影響進行抵償，因此主要適用于測量區(qū)域與3°帶中央子午線距離較遠且平均海拔比較高的區(qū)域。
　　4結(jié)語
　　受公路工程自身特點的影響，測量區(qū)域經(jīng)常是地域狹窄且跨越區(qū)域較長，不僅地表連綿起伏，而且地形條件也往往非常復雜，所以如果選擇國家3°帶平面直角坐標系作為基本控制網(wǎng)，大多數(shù)情況下都無法滿足有關(guān)標準和規(guī)范對于測量精度的要求，必須要對坐標系統(tǒng)進行重新選擇。本文對不同抵償坐標系統(tǒng)的適用范圍和特性進行了分析，同時結(jié)合公路測量工作自身的特點，針對測量區(qū)域地表形態(tài)的不同，總結(jié)了最為科學、合理的坐標系統(tǒng)的選擇方式，以便最大程度地滿足公路測量和施工工作對于精度的要求。需要注意的是，如果測量區(qū)域在地表起伏較大的山區(qū)，并且東西走向較長，那么就需要選擇不同抵償投影面和多個投影帶才能使測量精度得到提高。
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