淺談高海拔地區因投影變形對鐵路勘察設計工作的影響

任利江

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司,貴州貴陽 550008)

淺談高海拔地區因投影變形對鐵路勘察設計工作的影響

任利江

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司,貴州貴陽 550008)

由于在高海拔地區修建鐵路會跨越較多的地方,那么就會產生相應的長度變形。但是在鐵路設計的過程中長度是非常重要的,尤其是在高海拔地區還會產生投影變形,這種變形無疑會給鐵路設計的勘察工作帶來較大的難度,本文將詳述投影變形對鐵路勘察帶來的影響,并提出相應的解決方法。

高海拔地區 投影變形 鐵路勘察

在高海拔地區產生投影變形是非常常見的，因為地球是橢圓形的，如果要將橢圓形的地球平鋪的話必然會產生變形。高海拔地區投影變形影響最大的就是測繪工作，因為高海拔地區的投影變形會使得平面坐標產生相關的精度偏差，那么定位系統以及導航系統的準確性就會受到較大的影響。在鐵路勘察與設計的過程中如果沒有方法有效的克服高海拔地區的投影變形問題就會嚴重影響測繪的準確性，這就會給以后的鐵路建造帶來非常大的困難，不利于鐵路建設的正常開展。高海拔地區的投影變形最大的問題就是使得地圖上的距離與實際的測量距離有很大的差別，距離關乎到鐵路的設計與投資預算，測繪的不準確將導致一系列問題。在高海拔地區建設鐵路本來就要克服較多的困難，如果測繪勘察不準確將會使得鐵路的建設面臨更大的挑戰，所以要較好的控制高海拔地區投影變形對勘察測繪的影響。

1 高海拔地區投影變形的產生原因

在高海拔地區測繪是一個非常困難的任務，其不僅要克服高海拔地區的高原反應還要面對高海拔地區的投影變形。在高海拔地區投影變形的問題一直存在，球面是無法直接展開成平面的，所以不管采用怎樣的投影方法所得到的經緯網與球面的經緯網都是有差別的，這就說明球面在展開成平面的過程中會造成經緯網的變形。那么在地球上測繪的地理坐標在地圖上的顯示也有很大的差別，所以為了更加準確的進行測繪就需要較好的了解變形，只有這樣才能夠克服變形給測繪帶來的影響。投影變形所帶來的偏差主要包括長度變形、角度變形以及面積變形，而這幾個方面的變形會使得整個地理坐標都產生較大的偏差。投影變形在整個地球都是存在的，其變形的程度與緯度有很大的關系，緯度越高投影變形越嚴重，那么在高海拔地區投影變形較低緯度地區更加嚴重，所以在進行鐵路測繪過程中是無法將投影變形的影響忽略不計的。眾所周知在鐵路的設計與建造中最為關鍵的就是測繪，如果沒有準確的測繪那么鐵路的設計將會出現較大的偏差。而且無法進行相關的建造[1]。

2 長度變形對測繪造成的影響

高海拔地區的投影形變也會造成長度變形，長度變形對于測繪工作的影響也是很大的，其中包括對定測放線、中線測量、地形測圖以及設計都有一定程度的影響，下面將詳述長度變形對測繪造成的影響。

2.1 對定測的危害

定測有幾個方法，分別是撥角法、極坐標法以及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行放線時沒有考慮高海拔地區的投影變形的話那么將會造成較大的誤差，如果沒有投影變形將能夠繞開特殊的地理位置，因為在高海拔地區有的地方不適合建造鐵路，那么在設計的過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使得所設計的線路無法繞開不利于施工的區域，這樣在不利于鐵路工程的高效施工，并且給施工帶來較大的麻煩。而利用GPS技術進行放線測量也是非常常用的，并且精確度更高，但是采用GPS進行測繪也會面臨著投影變形的問題。在高海拔地區由于地理環境非常復雜，所以長度變形量也更大，那么就會造成圖上的直線與實際的線段不是平行的。而長度也不一樣[2]。如果在放線過程中采取的是分段放線的話，就會造成這些線段不能夠很好的連接在一起，這無疑會給設計帶來較大的偏差，同時也給鐵路建設帶來較大的麻煩。

2.2 對中線測量的危害

由于高海拔地區的特殊地位位置，所以所產生的投影變形量也非常大。相應的長度的變形量更大[3]。在鐵路的施工過程中通常會采用多地段同時施工的方法，即將整個鐵路線段分為多個部分，每個部分同時施工然后將各個部分連接起來，這將會在很大程度上節省工程的施工周期。而多地段同時施工都會按照同一條中線進行施工，如果中線出現偏差必然會導致線路無法順利連接，這樣無疑會給后續的施工帶來非常大的困難，甚至造成整個工程周期延長。這其中的原因主要是因為中線的形變造成的，即實際測量的中線與圖上的中線并不是完全重合的，這給鐵路的施工會造成較大的麻煩。在高緯度地區進行鐵路施工要克服凍土、高原氣候，其本來的施工難度就非常大，相應的建造資金也非常大，如果因為測繪不準確要進行改道或繞行的話將會增加施工成本。

2.3 對地形測圖的危害

在不同的地方測量同一個地點可能產生變形，在高海拔地區變形將更加嚴重，所以在進行施工的過程中不能夠嚴格按照設計平面圖來進行，如果平面圖與地形圖采用一樣的比例尺，那么必然會產生較大的偏差[4]。因為高海拔地區的投影變形會使得兩者有一定的誤差，距離越長所產生的誤差越大，那么在按照設計圖進行施工的過程中是不能夠直接將其中的坐標直接采用的，在使用的過程中需要按照投影變形的知識進行特殊處理，這樣才可以使得鐵路線路得到精準的施工。

2.4 對線路設計的危害

在高海拔地區設計鐵路線路需要嚴格考慮投影變形帶來的影響，因為在高海拔地區投影變形會使得坡度、長度以及曲線率等數據發生變化。這些數據在設計中是非常關鍵的[5]。此外圖上設計的里程與實際施工的里程有較大的區別，這對于工程造價而言是一個非常嚴峻的挑戰，這些都需要設計師能夠較好的把握投影變形所帶來的影響。

在高海拔地區的鐵路設計與勘察過程中要尤其考慮投影變形所帶來的影響，只有這樣才能夠更好的進行鐵路建設并更大限度的節省施工經費。

[1] 李建,周宏達,馮大福.GPS基線邊長與全站儀邊長的檢驗分析[J].地理空間信息,2012.

[2] 喻永平.投影長度變形對廣州地鐵21號線線路設計的影響[J].測繪通報,2014年.

[3] 馮光東,王鵬.高速鐵路GPS控制網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——高速鐵路坐標系統投影變形控制理論與應用研究[D].背景交通大學,2012-10-07.

[5] 張開坤,謝煜,劉勇.南京地鐵三號線及十號線首級控制網建立[A].第九屆長三角科技論壇(測繪分論壇)論文集[C],2012年.

任利江(1979—),男,漢族,貴州人,本科學歷,單位:中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司,研究方向:工程測量。