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基于尼日利亞測繪系統(tǒng)現(xiàn)狀的鐵路測量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2013-05-27 07:53梁旺

摘要:尼日利亞鐵路現(xiàn)代化項(xiàng)目的測量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與國內(nèi)項(xiàng)目有很大區(qū)別,必須對(duì)當(dāng)?shù)氐臏y量控制系統(tǒng)有詳細(xì)的認(rèn)識(shí),有針對(duì)性地進(jìn)行測量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并制定合理的測量計(jì)劃,滿足鐵路工程設(shè)計(jì)的要求。

關(guān)鍵詞:尼日利亞鐵路;測量控制系統(tǒng);測繪系統(tǒng)

中圖分類號(hào):TU192 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-2374(2013)11-0012-02

1 項(xiàng)目概況

尼日利亞鐵路現(xiàn)代化項(xiàng)目(后簡稱尼鐵)位于尼日利亞(后簡稱尼國)國家西部,線路南起尼國港口城市Lagos市,北至重要城市Kano,并連接首都Abuja。2006年11月,中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司參與尼鐵建設(shè),承擔(dān)Lagos至Oshogbo段共約250km勘測設(shè)計(jì)工作。尼鐵的勘察設(shè)計(jì)離不開一項(xiàng)基礎(chǔ)工作,那就是測量控制系統(tǒng)的建立。因?yàn)閲鴦e、地理位置、社會(huì)制度、歷史沿襲等各個(gè)方面的不同,尼鐵的測量與國內(nèi)項(xiàng)目有很大區(qū)別。

2 尼日利亞測繪系統(tǒng)現(xiàn)狀

1950年以前,整個(gè)非洲全部都是歐美國家的殖民地,其大地測量的發(fā)展在過去很長的一段歷史時(shí)期內(nèi)受到了相關(guān)殖民國家測繪體系的影響。經(jīng)收集整理分析,尼國采用獨(dú)立的國家測繪基準(zhǔn),現(xiàn)介紹如下:

2.1 平面基準(zhǔn)

尼國采用大地基準(zhǔn)為Minna基準(zhǔn);采用的參考橢球?yàn)镃larke1880橢球,主要橢球參數(shù)如下:長半軸,a=6378249.145m,扁率f=1/293.465;采用UTM(通用橫軸墨卡托)投影,其中尺度比系數(shù)為0.9996;既有測繪資料所提供的平面坐標(biāo)或大地坐標(biāo)是6度分帶的成果,中央子午線的經(jīng)度分別為3°、9°。

在尼國測繪局收集既有資料,成果點(diǎn)共95個(gè),其中一等三角點(diǎn)67個(gè);二等三角點(diǎn)23個(gè);GPS點(diǎn)5個(gè)。

2.2 高程基準(zhǔn)

尼國采用的高程基準(zhǔn)為Mean Sea Level Nigeria高程基準(zhǔn),即以Lagos附近大西洋海平面的平均高程為起始的高程基準(zhǔn)。

既有資料共收集水準(zhǔn)點(diǎn)FBM、SBM、BM共計(jì)73個(gè)。

3 尼鐵測量坐標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

通過上述尼國測繪系統(tǒng)現(xiàn)狀的了解,有必要對(duì)收集到的測繪資料進(jìn)行分析,進(jìn)而針對(duì)尼鐵的測量坐標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 平面控制網(wǎng)設(shè)計(jì)

3.1.1 基礎(chǔ)資料分析。尼國的大地框架網(wǎng)較為完善,通過和尼國測量局的技術(shù)人員交流以及參照尼國的有關(guān)測量規(guī)范,尼國三角測量的精度等級(jí)劃分,對(duì)應(yīng)的主要技術(shù),與中國的比較,大致是尼國框架網(wǎng)相當(dāng)于中國一等、二等網(wǎng),尼國一等網(wǎng)相當(dāng)于中國三等網(wǎng)。故收集資料可滿足整個(gè)尼鐵測區(qū)平面控制的需要。

3.1.2 基準(zhǔn)、投影的選擇。尼國的所有平面控制點(diǎn)及地形圖測量成果均采用Minna基準(zhǔn)。為尼國鐵路的需要,尼鐵也需要采用Minna基準(zhǔn)。其參考橢球?yàn)镃larke1880橢球,橢球參數(shù)為長半軸,a=6378249.145m,扁率f=1/293.465。

國際上常用的投影方式為UTM(通用橫軸墨卡托)投影和高斯-克呂格投影(后簡稱高斯投影)。非洲大部分國家采取的是UTM投影,中國采用高斯投影。從投影方式看,高斯投影是“等角橫切圓柱投影”,投影后中央經(jīng)線保持長度不變,即比例系數(shù)為1;UTM投影是“等角橫軸割圓柱投影”,投影后兩條割線上沒有變形,中央經(jīng)線上長度比0.9996。UTM投影由于其采用了0.9996作為中央子午線的投影長度比,減小了邊緣地帶的長度變形,非洲部分國家因緯度低靠近赤道,這種效果更為明顯,故均采用UTM投影。

尼鐵測量坐標(biāo)的投影設(shè)計(jì),既要參考尼國測繪系統(tǒng)的沿革,也要考慮鐵路工程設(shè)計(jì)的要求,其最終的目的是為了減小邊緣地帶的長度變形,保證其能滿足工程需要。尼鐵測量平面坐標(biāo)設(shè)計(jì)要保證每公里投影變形小于25mm(1/40000),結(jié)合尼國的UTM投影,采用了TM投影坐標(biāo)系。

尼鐵TM坐標(biāo)系,即采用投影于測區(qū)抵償高程面的任意中央子午線1°帶橫軸墨卡托投影平面直角坐標(biāo)系。采用Clarkey1880參考橢球(長半軸a=6378249.145m,扁率f=1/293.465),橫軸墨卡托投影(TM,尺度比系數(shù)為1.0000),高程異常為0。按1°帶分帶計(jì)算平面直角坐標(biāo),1°帶的中央子午線經(jīng)度分別為3°、4°,投影面高度分別為-100m、100m。采用尼鐵TM坐標(biāo)系,并按不同區(qū)域分帶。選擇任意中央子午線與采用高程抵償面的方法,可保證每公里投影變形小于25mm(1/40000),現(xiàn)將勘測設(shè)計(jì)分帶中央子午線及其投影面高程列出,如表1所示:

在建立尼鐵TM投影坐標(biāo)系的同時(shí),為了滿足尼國UTM坐標(biāo)的需要,本次設(shè)計(jì)也確定了尼鐵TM投影坐標(biāo)與UTM投影坐標(biāo)的關(guān)系,即:

(1)橫軸墨卡托(TM)投影平面直角的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為通用橫軸墨卡托(UTM)投影坐標(biāo):

X[UTM]=0.9996×X[TM]

Y[UTM]=0.9996×(Y[TM]-500000)+500000

(2)通用橫軸墨卡托(UTM)投影平面直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為橫軸墨卡托(TM)投影坐標(biāo):

X[TM]=1/0.9996×X[UTM]

Y[TM]=1/0.9996×(Y[UTM]-500000)+500000

3.2 高程控制網(wǎng)設(shè)計(jì)

經(jīng)過與尼國測繪局有關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)交流,既有水準(zhǔn)點(diǎn)的精度一般為FBM、SBM的每公里水準(zhǔn)測量的偶然中誤差2.88mm/km;中國的三等水準(zhǔn)測量的每公里水準(zhǔn)測量的偶然中誤差為3.0mm/km。這樣,在尼國測繪局收集到的FBM、SBM點(diǎn)測量精度大約相當(dāng)于中國的三等水準(zhǔn)點(diǎn)的精度。BM點(diǎn)只能相當(dāng)于我國的四等水準(zhǔn)或四等水準(zhǔn)以下。測區(qū)范圍內(nèi),最大距離約90km無水準(zhǔn)控制點(diǎn)。在進(jìn)行高程控制測量時(shí),盡可能采用高等級(jí)點(diǎn)的基礎(chǔ)控制成果。

根據(jù)尼國國家水準(zhǔn)點(diǎn)的資料實(shí)際情況和尼鐵設(shè)計(jì)要求,并參照中國《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》的要求,對(duì)尼鐵水準(zhǔn)測量中較長無水準(zhǔn)點(diǎn)的線路需要進(jìn)行三等水準(zhǔn)測量,水準(zhǔn)路線起閉點(diǎn)必須采用FBM和SBM國家水準(zhǔn)點(diǎn)成果,BM水準(zhǔn)點(diǎn)成果僅供參考。

至此,尼鐵測量控制系統(tǒng)定義完畢,其范圍適用于尼鐵項(xiàng)目全線線路平面高程控制測量和航測1∶10000、1∶2000地形圖以及與尼國既有測量控制系統(tǒng)及圖形的相互轉(zhuǎn)換等工作。

4 類似海外工程測量的借鑒及應(yīng)對(duì)

在海外從事類似工程測量項(xiàng)目,必須對(duì)所在國家和地區(qū)的坐標(biāo)系統(tǒng)有詳細(xì)的認(rèn)識(shí),需要收集包括國家三角點(diǎn)、國家水準(zhǔn)點(diǎn)以及相關(guān)參數(shù)信息,結(jié)合工程的特點(diǎn),有針對(duì)性地進(jìn)行測量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并制定合理的測量計(jì)劃以滿足工程勘測設(shè)計(jì)的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]中鐵四院.尼日利亞鐵路現(xiàn)代化項(xiàng)目Lagos至Kano線Lagos至Oshogbo段可行性研究說明書[S].

[2]孔祥元,等.大地測量學(xué)基礎(chǔ)[M].

[3]孔祥元,等.控制測量學(xué)(上、下冊)[M].

作者簡介:梁旺(1981—),男,廣西貴港人,中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司線站處工程師,研究方向:測繪工程。

(責(zé)任編輯:周 瓊)