南水北調東線泗洪站工程施工坐標系的建立

顧亞平，王 丞，丁旭東

(淮安市水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 淮安 223005)

1 引言

水利工程控制網的布設一般分為規劃設計階段和施工階段，規劃設計階段是為了滿足規劃設計工作需要，可理解為測圖控制網，而施工階段布設的控制網主要是為了施工放樣，它具有控制范圍小、點位密度大、精度要求高、使用較為頻繁等特點。

規劃設計階段的坐標系通常采用國家坐標系統或與其相聯系的獨立坐標系。而施工坐標系通常是以建筑物的主要軸線作為坐標軸而建立起來的局部坐標系統，施工坐標系宜與規劃設計階段的坐標系一致，也可根據需要建立與規劃設計階段的坐標系統有換算關系的施工坐標系。如何正確建立施工坐標系，直接關系到工程施工的進度與工程質量。不同的工程類型其建網的手段與方式也不盡相同。但無論怎樣，施工控制點都是被直接或間接地用來指導施工的，因此在建立施工坐標系時必須充分考慮各方面因素，使所建立的施工控制網不僅在主要技術指標上要相對優越的，而且要方便施工放樣。

2 工程概況

泗洪站樞紐位于江蘇省泗洪縣朱湖鄉東南的徐洪河西側，東經118°22'，北緯33°30'，是南水北調東線一期工程第四梯級泵站之一，工程包括調水泵站、進水擋洪閘、船閘、徐洪河節制閘、利民河排澇閘以及管理設施等。樞紐總體布置采用泵站分建，船閘與節制閘部分結合方案，泵站布置于徐洪河西側，船閘布置于東側，船閘與泵站間布置徐洪河節制閘。

工程占地約1600畝，總投資5.6億元，建設工期4年。建成后與睢寧站、邳州站一起，通過徐洪河向駱馬湖輸水。泗洪站樞紐工程，是我省運西輸水線上首座開工建設的泵站工程，工程投資大、技術復雜、建設工期長。工程建成后，實現向北調水120m3/s目標，工程集調水、排澇、擋洪和航運交通等多種功能為一體，不僅對提升向北供水能力具有關鍵作用，而且對提高工程所在地區防洪、排澇能力，促進地方社會經濟發展具有積極意義。

3 勘測設計階段布設的平面控制網

江蘇省工程勘測研究院在可研階段布設了E級GPS平面控制網，該公司在初步設計及施工圖階段布設了五等GPS平面控制網，均為1954年北京坐標系。坐標系參數如下:長半軸6378245m;扁率1/298.3;中央子午線117°;緯度原點0°;縱軸平移量0m;橫軸平移量500000m;比例因子1。

4 建立施工坐標系的常用方法及優缺點

按現行規程規范通常采用以下幾種方法建立施工坐標系。

(1)直接采用國家統一3°帶高斯平面直角坐標系，該方法操作簡單，但應用范圍受到限制，離中央子午線越遠的工程投影變形越大。

(2)投影于抵償高程面上的3°帶高斯平面直角坐標系，該方法是以測區平均高程面作為抵償高程面的，概念很清晰、換算也簡便，但該方法對東西方向的長度有限制。

(3)任意帶平面直角坐標系，該方法是根據測區實際情況選用合適的中央子午線選擇任意帶來抵償長度變形，換算簡便，但轉換后的坐標與原坐標差異較大且對東西方向的長度有限制。

(4)投影于抵償高程面上的任意帶平面直角坐標系，該方法一般是選取測區中心經度作為中央子午線，再以測區平均高程面作為抵償高程面建立新的坐標系。該方法既要改變投影帶還要改變投影面，計算換算相對繁瑣且轉換后的坐標與原坐標差異較大。

(5)假定平面直角坐標系，該方法通常用在測區面積小于15km2的測區，直接視地球表面為平面，不進行方向和距離改正而建立的獨立坐標系。該方法簡便易施行，但僅限于小型工程使用。

5 泗洪站施工坐標系的建立

因泗洪站工程測區中心經度為118°22'，距勘測設計階段布設的1954年北京坐標系(中央子午線117°)較遠引起的投影變形較大，原勘測設計階段布設的坐標系已不適用于泗洪站工程的施工放樣。

施工坐標與規劃設計階段坐標之間的換算，核心是解決不同投影計算面間的坐標轉換。參照上述建立施工坐標系的方法，考慮到測區的實際情況，為了將投影變形控制在規范允許范圍之內，同時保證施工坐標系的坐標與建筑物的設計坐標相對一致以利于施工放樣。經過反復論證我們決定采用投影于抵償高程面上的任意帶平面直角坐標系，同時以測區內一點的國家坐標系的坐標為起算點，該點至另一點的國家坐標系方位角為起算方位，建立與國家坐標發生聯系的掛靠坐標系。

泗洪站工程地區高程異常值約為1m，工程施工平面平均高程約為15m。我們先將1954年北京坐標系中的長半軸增加1m，使橢球面和似大地水準面重合，高程異常值為零;再將橢球長半軸增加15m，使橢球面和工程施工平均高程面重合。經過這兩個步驟，參考橢球面和地面基本一致，橢球面上兩點間的大地線長度也基本等同于地面線上的距離。

變換后的泗洪站施工坐標系參數為長半軸6378261m;扁率1/298.3;中央子午線118°22';緯度原點 0°;縱軸平移量 0m;橫軸平移量500000m;比例因子1。

在確定泗洪站施工坐標系參數后，我們把所有控制點的1954年北京坐標系及節制閘中心設計坐標(3708221.608，627722.356)一起通過空間轉換為泗洪站施工坐標系參數的坐標，轉換后節制閘中心坐標為(3707376.270，500709.511)。再以節制閘中心設計坐標及軸線方位角為參照，通過平面轉換將轉換為泗洪站施工坐標系參數的坐標轉換為與設計坐標一致的施工坐標系。

6 兩種坐標系的投影變形分析

《水利水電工程測量規范》(SL197-2013)中規定，測區內長度投影變形值應≤5cm/km。為了檢核在兩種坐標系的投影變形，我們現場實測了4條邊來進行比較分析。見表1、表2。

表1 1954年北京坐標系投影變形比較表

由表1可以看出，1954年北京坐標系不適用 于泗洪站工程施工放樣。

表2 泗洪站施工坐標系投影變形比較表

由表2可以看出，結合測區高程異常及施工平均高程面的泗洪站施工坐標系，解決了投影變形的問題，能夠非常理想的應用于工程的施工建設。

7 結語

水利工程勘測設計階段一般都采用國家坐標系，雖滿足了工程控制與國家控制網的聯測，但在投影帶邊緣和高程異常較大的地區，往往會引起較大的長度變形，甚至不能滿足大型水利工程的施工放樣。

如何建立恰當的施工坐標系，要視測區的具體情況，確定其中央子午線和高程抵償面，在保證投影變形滿足規范要求的同時，又能與設計相結合保證工程施工放樣的精度。南水北調東線一期工程(泗洪站工程)施工坐標系的建立，為該工程提供了及時、可靠的測繪保障和技術服務，同時也對大型水利工程施工控制網的建立具有一定的借鑒意義。

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