距離改化在施工測量中的應用研究

劉威力

摘要：在施工工程中，對測量誤差限差要求極高.由于現(xiàn)實諸多客觀因素的影響，導致測量誤差超過限差要求，施工方要進行必要的修正和改正.本文討論的施工范圍內(nèi)只考慮距離改化，以襄荊高速公路工程為例，介紹距離改化問題在施工測量中的處理方法.

關(guān)鍵詞：距離改化;施工測量;高斯平面;工程測繪

中圖分類號：TB22 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1673-260X（2019）05-0108-04

1 前言

1.1 測繪工程簡介

測繪就是測量和繪圖[1].通常是以計算機技術(shù)、空間科學、網(wǎng)絡通信技術(shù)、光電技術(shù)、信息科學為基礎(chǔ)，以“3S”（全球定位系統(tǒng)-GPS，遙感-RS，地理信息系統(tǒng)-GIS）技術(shù)為核心[2]，將地面已有的特征點和界線通過測量手段獲得反映地面現(xiàn)狀的圖形和位置信息，供工程建設的規(guī)劃設計和行政管理之用[3].

工程測量工作的質(zhì)量和精度對于一項工程來說是至關(guān)重要的，一般來說，傳統(tǒng)的工程測量工作勞動量較大、程序較復雜，而且由于人的過多參與導致質(zhì)量具有一定的不確定性.當前，推進工程測量信息化建設并加強測繪工程的質(zhì)量管理至關(guān)重要[4].

1.2 距離改化

在施工建設中，對測量誤差限差要求較高，而由于現(xiàn)實諸多客觀因素的影響，導致測量誤差超過限差要求，所以要進行必要的修正和改正，本文討論的施工范圍內(nèi)只考慮距離改化[5].在距離改化中，當?shù)胤絻牲c的高程值的平均值大于一定值時，也要考慮到高程對大地線改化的影響，本文不涉及高程對改化結(jié)果的影響[6]，主要是對測量數(shù)據(jù)（距離）改化后的精度進行的相關(guān)分析和實例應用.

其中地球曲面到高斯平面直角坐標系中的投影改化問題也越來越受到更多人的關(guān)注[7].我國常用的平面坐標系是高斯平面直角坐標系，大地線到高斯平面直角坐標系需要進行投影改化，大地線投影到高斯平面，將產(chǎn)生方向改化、距離改化、平面子午收斂角改化三項改正[8].由于高斯投影是等角投影，在小區(qū)域內(nèi)，方向改化值和平面子午收斂角改化都很小，對常規(guī)手段的測量值（如全站儀導線邊長、測設邊長、碎部點觀測值等）影響可以忽略不計，根據(jù)球面上的長度，將其拉長改化為投影面上的距離，叫作距離改化[9].主要改化包括：將地面上的觀測距離改化到參考橢球面上;將參考橢球面上的長度改化到高斯投影面上[10].

1.3 距離改化文獻綜述

康皇生利用Casio（卡西歐）高級計算器（fx-4500以上等級）的編程功能，簡便處理在施工放樣過程中遇見的距離改化問題，為我們測量人員遇見此類問題提供了借鑒的方法[11].孫小榮[12]以足夠的精度推導出工程測量中適合任意高程面的電磁波測距邊高程歸化的通用公式，該公式有助于對邊長歸算問題的理解并便于工程應用.同時對工程測量中高程歸化、距離改化公式的應用情況進行分析，最后得出有益的結(jié)論，可為工程應用提供參考[13].陳于以在荊江河段河道演變監(jiān)測控制測量中，對方向和邊長觀測值作歸化改正和投影改正為例，闡述了邊長及方向歸化改正的具體方法及改化過程，通過改化計算，同時也說明全站儀導線邊長測量成果經(jīng)改化后能滿足后續(xù)工程勘測精度的要求[14].黎建生結(jié)合高斯投影在新臺高速公路二期工程建設中的運用，解決導線測量及施工放線時高斯投影在高速公路建設中的實際應用，可供同行參考[15].湯述就高等級公路勘測放樣中存在的距離改算問題，針對測區(qū)的不同情況和測設要求，提出相應的解決辦法，選擇了合理的投影帶和距離改化計算公式[16].馮連森研究了高等級公路的帶狀地形圖設計，在施工放樣過程中，如果未顧及高斯投影變形的改化，或改化方法不適當，將造成測設誤差增大，甚至使中樁放樣難以進行[17].馮從華東地區(qū)某高速公路工程監(jiān)理中發(fā)現(xiàn)的實際問題出發(fā)，提出施工放樣過程中處理投影變形的新方法[18].

2 工程實例分析

2.1 工程簡介及距離改化原因

襄荊高速公路全長180多公里，位于第37個3度帶，中央子午線經(jīng)度為111度，總體線位處于該帶邊緣，采用國家坐標系統(tǒng)后，導致坐標計算距離與紅外儀實測距離不符，主要是該路線距中央子午線較遠，約120多公里，邊長及坐標改正值較大.由于該工程里程太長，轉(zhuǎn)化為工程坐標達不到減少和消去改化值的目的[19].同時還會給控制測量帶來不便，為方便施工，保證工程的實際需要，采用距離改化（即水準面和高斯平面二個改化），以達到抵消長度變形的目的.

2.2 改化公式

距離改化就是橢球面上的實測邊長與其投影到高斯平面上邊長的差值.除在中央子午線上以外，邊長投影到高斯平面上都要產(chǎn)生變形，離中央子午線越遠，變形越大，投影后長度恒大于球面上的長度[20].邊長改化公式如下：

2.4.2 距離改化在橋梁或其他直接以長度控制的工程中的處理

在橋梁的施工中，為保證墩中心間距和橋長與設計相符，在橋墩中心坐標計算時，應以橋梁中心坐標為基礎(chǔ)，將各墩中心至橋中心的距離進行反改化，再反算各墩中心坐標.例如：0#墩至橋中心距離為100米，則反算0#墩中心坐標時，0#墩中心至橋中心的長度為：100×（1+L），L為距離改正系數(shù)，兩墩中心坐標計算的長度將大于100米，再按上述的施工放樣方法進行放樣.

3 工程距離改化問題總結(jié)

距離改化問題，一般都在該工程的設計說明書中，專門提出該工程距離改化的公式及方式.如沒有說明的，也可根據(jù)Y坐標自行判斷在施工放樣中是否需要進行距離改化.當1公里的長度變形值為2.5cm時即相對誤差為1/40000，參照《工程測量規(guī)范》，這樣的長度變形能夠滿足施工放樣測量精度要求，所以當1公里的投影變形值不大于2.5cm時，施工放樣測量不需要進行距離改化.本項目中由于投影變形值較大，1公里約為20cm，所以在施工放樣時，要對所有測量的距離進行改正，采用上述距離改化的方法，保證了該工程的放樣測量精度，提高了工作效率.

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