淺談高海拔地區(qū)因投影變形對(duì)鐵路勘察設(shè)計(jì)工作的影響

任利江

(中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州貴陽(yáng) 550008)

淺談高海拔地區(qū)因投影變形對(duì)鐵路勘察設(shè)計(jì)工作的影響

任利江

(中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州貴陽(yáng) 550008)

由于在高海拔地區(qū)修建鐵路會(huì)跨越較多的地方,那么就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的長(zhǎng)度變形。但是在鐵路設(shè)計(jì)的過(guò)程中長(zhǎng)度是非常重要的,尤其是在高海拔地區(qū)還會(huì)產(chǎn)生投影變形,這種變形無(wú)疑會(huì)給鐵路設(shè)計(jì)的勘察工作帶來(lái)較大的難度,本文將詳述投影變形對(duì)鐵路勘察帶來(lái)的影響,并提出相應(yīng)的解決方法。

高海拔地區(qū) 投影變形 鐵路勘察

在高海拔地區(qū)產(chǎn)生投影變形是非常常見(jiàn)的，因?yàn)榈厍蚴菣E圓形的，如果要將橢圓形的地球平鋪的話必然會(huì)產(chǎn)生變形。高海拔地區(qū)投影變形影響最大的就是測(cè)繪工作，因?yàn)楦吆０蔚貐^(qū)的投影變形會(huì)使得平面坐標(biāo)產(chǎn)生相關(guān)的精度偏差，那么定位系統(tǒng)以及導(dǎo)航系統(tǒng)的準(zhǔn)確性就會(huì)受到較大的影響。在鐵路勘察與設(shè)計(jì)的過(guò)程中如果沒(méi)有方法有效的克服高海拔地區(qū)的投影變形問(wèn)題就會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)繪的準(zhǔn)確性，這就會(huì)給以后的鐵路建造帶來(lái)非常大的困難，不利于鐵路建設(shè)的正常開(kāi)展。高海拔地區(qū)的投影變形最大的問(wèn)題就是使得地圖上的距離與實(shí)際的測(cè)量距離有很大的差別，距離關(guān)乎到鐵路的設(shè)計(jì)與投資預(yù)算，測(cè)繪的不準(zhǔn)確將導(dǎo)致一系列問(wèn)題。在高海拔地區(qū)建設(shè)鐵路本來(lái)就要克服較多的困難，如果測(cè)繪勘察不準(zhǔn)確將會(huì)使得鐵路的建設(shè)面臨更大的挑戰(zhàn)，所以要較好的控制高海拔地區(qū)投影變形對(duì)勘察測(cè)繪的影響。

1 高海拔地區(qū)投影變形的產(chǎn)生原因

在高海拔地區(qū)測(cè)繪是一個(gè)非常困難的任務(wù)，其不僅要克服高海拔地區(qū)的高原反應(yīng)還要面對(duì)高海拔地區(qū)的投影變形。在高海拔地區(qū)投影變形的問(wèn)題一直存在，球面是無(wú)法直接展開(kāi)成平面的，所以不管采用怎樣的投影方法所得到的經(jīng)緯網(wǎng)與球面的經(jīng)緯網(wǎng)都是有差別的，這就說(shuō)明球面在展開(kāi)成平面的過(guò)程中會(huì)造成經(jīng)緯網(wǎng)的變形。那么在地球上測(cè)繪的地理坐標(biāo)在地圖上的顯示也有很大的差別，所以為了更加準(zhǔn)確的進(jìn)行測(cè)繪就需要較好的了解變形，只有這樣才能夠克服變形給測(cè)繪帶來(lái)的影響。投影變形所帶來(lái)的偏差主要包括長(zhǎng)度變形、角度變形以及面積變形，而這幾個(gè)方面的變形會(huì)使得整個(gè)地理坐標(biāo)都產(chǎn)生較大的偏差。投影變形在整個(gè)地球都是存在的，其變形的程度與緯度有很大的關(guān)系，緯度越高投影變形越嚴(yán)重，那么在高海拔地區(qū)投影變形較低緯度地區(qū)更加嚴(yán)重，所以在進(jìn)行鐵路測(cè)繪過(guò)程中是無(wú)法將投影變形的影響忽略不計(jì)的。眾所周知在鐵路的設(shè)計(jì)與建造中最為關(guān)鍵的就是測(cè)繪，如果沒(méi)有準(zhǔn)確的測(cè)繪那么鐵路的設(shè)計(jì)將會(huì)出現(xiàn)較大的偏差。而且無(wú)法進(jìn)行相關(guān)的建造[1]。

2 長(zhǎng)度變形對(duì)測(cè)繪造成的影響

高海拔地區(qū)的投影形變也會(huì)造成長(zhǎng)度變形，長(zhǎng)度變形對(duì)于測(cè)繪工作的影響也是很大的，其中包括對(duì)定測(cè)放線、中線測(cè)量、地形測(cè)圖以及設(shè)計(jì)都有一定程度的影響，下面將詳述長(zhǎng)度變形對(duì)測(cè)繪造成的影響。

2.1 對(duì)定測(cè)的危害

定測(cè)有幾個(gè)方法，分別是撥角法、極坐標(biāo)法以及GPS法，撥角法是非常常用的放線方法之一，但是如果在利用該方法進(jìn)行放線時(shí)沒(méi)有考慮高海拔地區(qū)的投影變形的話那么將會(huì)造成較大的誤差，如果沒(méi)有投影變形將能夠繞開(kāi)特殊的地理位置，因?yàn)樵诟吆０蔚貐^(qū)有的地方不適合建造鐵路，那么在設(shè)計(jì)的過(guò)程中就可以將這些故障物排除。但是由于受到投影變形的影響就會(huì)使得所設(shè)計(jì)的線路無(wú)法繞開(kāi)不利于施工的區(qū)域，這樣在不利于鐵路工程的高效施工，并且給施工帶來(lái)較大的麻煩。而利用GPS技術(shù)進(jìn)行放線測(cè)量也是非常常用的，并且精確度更高，但是采用GPS進(jìn)行測(cè)繪也會(huì)面臨著投影變形的問(wèn)題。在高海拔地區(qū)由于地理環(huán)境非常復(fù)雜，所以長(zhǎng)度變形量也更大，那么就會(huì)造成圖上的直線與實(shí)際的線段不是平行的。而長(zhǎng)度也不一樣[2]。如果在放線過(guò)程中采取的是分段放線的話，就會(huì)造成這些線段不能夠很好的連接在一起，這無(wú)疑會(huì)給設(shè)計(jì)帶來(lái)較大的偏差，同時(shí)也給鐵路建設(shè)帶來(lái)較大的麻煩。

2.2 對(duì)中線測(cè)量的危害

由于高海拔地區(qū)的特殊地位位置，所以所產(chǎn)生的投影變形量也非常大。相應(yīng)的長(zhǎng)度的變形量更大[3]。在鐵路的施工過(guò)程中通常會(huì)采用多地段同時(shí)施工的方法，即將整個(gè)鐵路線段分為多個(gè)部分，每個(gè)部分同時(shí)施工然后將各個(gè)部分連接起來(lái)，這將會(huì)在很大程度上節(jié)省工程的施工周期。而多地段同時(shí)施工都會(huì)按照同一條中線進(jìn)行施工，如果中線出現(xiàn)偏差必然會(huì)導(dǎo)致線路無(wú)法順利連接，這樣無(wú)疑會(huì)給后續(xù)的施工帶來(lái)非常大的困難，甚至造成整個(gè)工程周期延長(zhǎng)。這其中的原因主要是因?yàn)橹芯€的形變?cè)斐傻模磳?shí)際測(cè)量的中線與圖上的中線并不是完全重合的，這給鐵路的施工會(huì)造成較大的麻煩。在高緯度地區(qū)進(jìn)行鐵路施工要克服凍土、高原氣候，其本來(lái)的施工難度就非常大，相應(yīng)的建造資金也非常大，如果因?yàn)闇y(cè)繪不準(zhǔn)確要進(jìn)行改道或繞行的話將會(huì)增加施工成本。

2.3 對(duì)地形測(cè)圖的危害

在不同的地方測(cè)量同一個(gè)地點(diǎn)可能產(chǎn)生變形，在高海拔地區(qū)變形將更加嚴(yán)重，所以在進(jìn)行施工的過(guò)程中不能夠嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)平面圖來(lái)進(jìn)行，如果平面圖與地形圖采用一樣的比例尺，那么必然會(huì)產(chǎn)生較大的偏差[4]。因?yàn)楦吆０蔚貐^(qū)的投影變形會(huì)使得兩者有一定的誤差，距離越長(zhǎng)所產(chǎn)生的誤差越大，那么在按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行施工的過(guò)程中是不能夠直接將其中的坐標(biāo)直接采用的，在使用的過(guò)程中需要按照投影變形的知識(shí)進(jìn)行特殊處理，這樣才可以使得鐵路線路得到精準(zhǔn)的施工。

2.4 對(duì)線路設(shè)計(jì)的危害

在高海拔地區(qū)設(shè)計(jì)鐵路線路需要嚴(yán)格考慮投影變形帶來(lái)的影響，因?yàn)樵诟吆０蔚貐^(qū)投影變形會(huì)使得坡度、長(zhǎng)度以及曲線率等數(shù)據(jù)發(fā)生變化。這些數(shù)據(jù)在設(shè)計(jì)中是非常關(guān)鍵的[5]。此外圖上設(shè)計(jì)的里程與實(shí)際施工的里程有較大的區(qū)別，這對(duì)于工程造價(jià)而言是一個(gè)非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這些都需要設(shè)計(jì)師能夠較好的把握投影變形所帶來(lái)的影響。

在高海拔地區(qū)的鐵路設(shè)計(jì)與勘察過(guò)程中要尤其考慮投影變形所帶來(lái)的影響，只有這樣才能夠更好的進(jìn)行鐵路建設(shè)并更大限度的節(jié)省施工經(jīng)費(fèi)。

[1] 李建,周宏達(dá),馮大福.GPS基線邊長(zhǎng)與全站儀邊長(zhǎng)的檢驗(yàn)分析[J].地理空間信息,2012.

[2] 喻永平.投影長(zhǎng)度變形對(duì)廣州地鐵21號(hào)線線路設(shè)計(jì)的影響[J].測(cè)繪通報(bào),2014年.

[3] 馮光東,王鵬.高速鐵路GPS控制網(wǎng)投影變形處理方法的探討[J].鐵道勘察,2011年.

[4] 金立新.法截面子午線橢球高斯投影理論——高速鐵路坐標(biāo)系統(tǒng)投影變形控制理論與應(yīng)用研究[D].背景交通大學(xué),2012-10-07.

[5] 張開(kāi)坤,謝煜,劉勇.南京地鐵三號(hào)線及十號(hào)線首級(jí)控制網(wǎng)建立[A].第九屆長(zhǎng)三角科技論壇(測(cè)繪分論壇)論文集[C],2012年.

任利江(1979—),男,漢族,貴州人,本科學(xué)歷,單位:中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,研究方向:工程測(cè)量。