高鐵道路改移測量坐標系轉換研究

趙維忠

摘? 要：隨著我國高鐵建設的快速發展，線路測量技術的研究也在不斷進步，高鐵道路建設中道路改移是高鐵建設中不可或缺的一部分。該文主要研究京沈高鐵阜新段道路改移測量設計與實施，圍繞阜新標段地理位置、地勢地貌等情況對帶狀控制網布設進行介紹，對不同標段不同坐標系下道路設計圖進行坐標轉換，對處理結果進行分析和總結。

關鍵詞：GNSS? 控制網? 坐標系統轉換? 道路測設

中圖分類號：U212 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（b）-0023-02

高鐵建設過程中不可避免地會與地方道路、橋梁、水利等設施發生交叉，導致地方交通運輸出現困難[1]。道路在地方經濟發展中占有十分重要的位置，為保障地方交通運輸、百姓生活不受影響，道路改移則成為鐵路建設中不可或缺的一部分。因此對改移道路進行測量方案設計，進行外業控制測量，并且在控制網的基礎上進行坐標轉換，其在高鐵道路建設過程中的作用更加明顯。

1? 道路測量中坐標轉換的基本原理

我國常用的大地坐標系有西安80、國家2000、WGS84、北京54[2]。并且由于高速鐵路建設中承建單位往往使用不相同的坐標系，因而如何統一道路改移中的坐標系，為后續勘測定界等工作的展開提供服務就變得非常必要。

（1）空間直角坐標與大地坐標間的轉換。

將同一坐標參照系下的大地坐標（B，L，H）轉化為空間直角坐標（X，Y，Z）[3]，其公式為：

（2）大地坐標與高斯平面直角坐標的轉換。

大地坐標與高斯平面直角坐標轉換主要分為高斯正算和高斯反算兩部分，但兩者只能在同一參考橢球下進行[4]。

（3）不同大地坐標系的三維轉換。

不同大地坐標系在轉換時，先將橢球坐標換算為對應的空間直角坐標，利用其之間的關系可算出轉換參數，完成參數轉換后，確定使用的三維轉換模型，利用轉換參數，轉換需要的空間直角坐標系的坐標[5]。

2? 京沈高鐵阜新段改移道路測量技術設計與實施

2.1 項目工程概況

此次項目位于阜新市范圍內，阜新市地勢起伏變化普遍由西北到東南逐漸降低;由西南到東北逐漸降低。在京沈高鐵建設過程中與地方道路發生交叉，根據阜新道路交通發展的需要，所以需要對京沈高鐵阜新標段改移道路進行測量與實施，京沈高鐵阜新標段全線長約90.2km，其中涉及改移道路47處，由中鐵十七局和水利水電四局兩個單位承建。測區位置如圖1所示。

2.2 控制測量方案設計

在此次D級控制網測量中，采用6臺徠卡GS14接收機來進行外業觀測任務，其精度為水平精度：3mm+0.5ppm，垂直精度：6mm+0.5ppm。因此可滿足工程任務需求。布網方式選擇邊連接式，觀測方式選擇靜態觀測，共計44個控制點，其中6個為高鐵CPII已知控制點，測區控制網平均邊長為4.36km。GNSS網形如圖2所示。

2.3 控制測量數據處理

此次靜態觀測采用徠卡GS14接收機來進行外業觀測，采集的數據采用徠卡LGO軟件進行數據處理。LGO軟件可以對徠卡GNSS、全站儀、水準儀的測量數據進行組合處理及平差。在項目中利用高鐵已知的GNSS控制點CP25044和CP25035作為起算點，在測區范圍內布設38個D級GNSS點，以CP24981作為檢核點。最終求得各標段坐標系與西安80坐標系之間的轉換參數，從而保證每個標段道路改移的統一測設。控制點部分解算成果如表1所示。

2.4 坐標數據轉換及換帶計算

因為兩個承建單位使用的坐標系不同，并且阜新橫跨兩個投影帶為了保障測區的統一測設，因此需要對不同坐標系下的坐標進行轉換和投影換帶計算[6]。坐標轉換軟件比較多，如ArcGIS、南方CASS、Excle、相關工程軟件等，但基本原理基本相同[7]。在進行換帶計算前，選擇測區內合適的點位，為了保障坐標數據的保密性，Y坐標值不需要加帶號。對于坐標點x、y順序必須與軟件格式一致，利用測區3個重合點（西安80坐標系和獨立坐標系）進行轉換參數求解，另外3個重合點進行數據檢核，如圖3所示。

利用另外3個重合坐標點計算數據和已知數據進行對比，如表2所示。

3? 結語

我國高速鐵路建設發展迅速，這也大大提高了我國鐵路的運輸能力，而道路改移則是高鐵建設中不可忽視的問題。該項目地處阜新地區，地勢環境較為平坦，在設計階段根據設計人員提供的資料，結合國內外相同項目技術方案和測量方法，設計適合工程項目最佳的控制測量方案。通過對靜態觀測的數據采用徠卡LGO軟件數據處理;在不同單位承建不同標段采用不同坐標系統的問題，通過坐標轉換以及投影換帶等進行處理，驗證了該設計和坐標轉換方法的可行性。

參考文獻

[1] 林曉言.基于時間價值的中國高速軌道交通發展時機研究[J].北京交通大學學報：社會科學版，2019，18（2）：23-35.

[2] 王仲鋒，申景贇，趙達.三維七參數與二維七參數坐標轉換的研究[J].測繪與空間地理信息，2019，42（3）：19-23，30.

[3] 何華武，朱亮，李平，等.智能高鐵體系框架研究[J].中國鐵路，2019（3）：1-8.

[4] 張昌祿，吳兆福，方睿.高斯投影平移參數對地形圖坐標轉換影響[J].礦山測量，2018，46（4）：89-92.

[5] 馬海英，胡月明，姚朝龍，等.地形起伏地區平面坐標轉換方法及精度分析[J].測繪通報，2019（2）：91-94，112.

[6] 崔震洋，李冬冬，張曉陽.工礦獨立坐標系與CGCS2000坐標系轉換方法研究[J].礦山測量，2019，47（1）：106-108.

[7] 劉猛奎，趙明金，石波，等.基于RANSAC的坐標系轉換抗差算法研究[J].全球定位系統，2019，44（1）：39-47.