非洲測量的現(xiàn)狀以及坐標(biāo)系統(tǒng)的特點(diǎn)

王　黎　陳　功　易　祎　袁小勇

摘 要:介紹了非洲測量的歷史,論述了非洲測量系統(tǒng)大地基準(zhǔn)、參考橢球、投影方式等主要特點(diǎn),列出了非洲主要參考橢球參數(shù)以及非洲主要國家當(dāng)?shù)鼗鶞?zhǔn)與WGS84基三參數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系,提出了非洲工程測量的應(yīng)對方法。

關(guān)鍵詞:大地基準(zhǔn);參考橢球;投影

中圖分類號: P228文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號:1005-569X(2009)09-0067-03

1 引 言

非洲是“阿非利加洲”的簡稱(希臘文“阿非利加”是陽光灼熱的意思),位于東半球的西南部,地跨赤道南北,西北部的部分地區(qū)伸入西半球。東瀕印度洋,西臨大西洋,北隔地中海和直布羅陀海峽與歐洲相望,東北隅以狹長的紅海與蘇伊士運(yùn)河緊鄰亞洲。

非洲資源豐富,同我國世代友好,經(jīng)濟(jì)文化交流密切,特別是近年來隨著“走出去”戰(zhàn)略的實(shí)施,越來越多的國人來到非洲大地,越來越多工程在非洲大地展開。隨著工程測量的任務(wù)越來越多,由于以前對非洲的測量狀況了解較少,有必要對非洲測量的歷史和測量有一個大致的認(rèn)識。

2 非洲測量的歷史與現(xiàn)狀

非洲測量歷史悠久,非洲大地測量早始于2220年前。古埃及的測量員是世界上最早從事地理測量這一行業(yè)的專業(yè)人員。無論是偉大的“胡夫金字塔”還是奔騰的尼羅河上的界標(biāo),都凝聚了古埃及測量員的血與汗。尼羅河在每年仲夏時節(jié)總會泛濫成災(zāi) — 淹沒土地、沖毀界標(biāo),給古埃及人民帶來了不少麻煩。人們?yōu)榱酥匦聵淞⒔鐦?biāo),就不得不一次又一次,一年又一年地丈量這些土地,這也需要用到很多的測量知識。為了完成這些任務(wù),需要專門具有相當(dāng)文化和技能的人才,于是古埃及社會中就逐漸出現(xiàn)了一些職業(yè)的測量員。

然而,非洲大地測量的發(fā)展在過去很長的一段歷史時期內(nèi)受到了殖民地歷史的限制。從15世紀(jì)起,大部分非洲國家先后遭到西方列強(qiáng)的入侵。20世紀(jì)50年代以前, 整個非洲幾乎全部被殖民化了。直到上世紀(jì)50年代末和60年代初, 大部分非洲國家才紛紛擺脫殖民統(tǒng)治而宣告獨(dú)立。因此,非洲各國早期的大地測量基本上取決于殖民大國。

3非洲的主要大地測量基準(zhǔn)

3.1 大地基準(zhǔn)

大地測量目前參考到3個主要基準(zhǔn)和27個次要均基準(zhǔn), 采用了2個主要的參考橢球和2個次要的參考橢球。這3個主要的大地測量基準(zhǔn)是:1950年歐洲基準(zhǔn)、阿丁丹基準(zhǔn)和1950年弧基準(zhǔn)(亦稱開普基準(zhǔn))。北非的突尼斯、阿爾及利亞和利比亞采用1950年歐洲基準(zhǔn),蘇丹和埃塞俄比亞采用阿丁丹(ADINDAN)基準(zhǔn), 南部非洲采用1950年弧基準(zhǔn)。其余非洲國家分別采用了27個獨(dú)立的國家基準(zhǔn)。如肯尼亞和坦桑尼亞采用1960年弧基準(zhǔn),尼日利亞采用明納基準(zhǔn),馬達(dá)加斯加采用塔那那利佛基準(zhǔn)等。在表中給出了非洲主要國家的非洲主要國家當(dāng)?shù)鼗鶞?zhǔn)與WGS84基三參數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系。

3.2參考橢球

非洲大地測量采用2個主要參考橢球,克拉克l880年橢球和克拉克1880年修正橢球,2個次要的參考橢球是海福特橢球和克拉克1886年橢球。采用克拉克1880年橢球的國家或地區(qū)的總面積,約占非洲總面積的71%(如蘇丹、埃塞俄比亞)。采用克拉克1880年修正橢球的國家或地區(qū)的總面積約占非洲總面積的14.5 %。采用海福特橢球的國家或地區(qū)的總面積,約占非洲總面積的8%(如埃及)。采用克拉克1866年橢球的國家或地區(qū)的總面積約占非洲總面積的1.8% 。在非洲國家中, 只有納米比亞采用的白塞爾橢球。

3.3 投影方式

國際上常用的三種投影方式為UTM(Universal Transverse Mercator 通用橫軸墨卡托)投影, 高斯-克呂格(Gauss-Kruger)投影,以及蘭勃脫(Lamber)投影。前兩者使用得最多,蘭勃脫投影是正形正軸圓錐投影,它的長度變形與經(jīng)度無關(guān),但隨即縱坐標(biāo)x的增大而迅速增大,為限制長度變形,采用按緯度的分帶投影,因此,這種投影適宜南北狹窄,東西延伸的國家和地區(qū)。這些國家根據(jù)本國實(shí)際情況,采用相應(yīng)的分帶方法和統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)。但與高斯投影相比較,這種投影子午線收斂角有時過大,精密的方向改化和距離改化公式也較高斯投影要復(fù)雜,故目前國際上還是建議采用高斯投影。

非洲大部分國家采取的是UTM投影,而我國一般采用高斯·克呂格投影。在本文中主要介紹兩種投影的區(qū)別。高斯·克呂格投影與UTM投影都是橫軸 墨卡托投影的變種。從投影幾何方式看,高斯-克呂格投影是“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”,圓柱割地球于南緯80°、北緯84°兩條等高圈,投影后兩條割線上沒有變形,中央經(jīng)線上長度比0.9996。

UTM投影是為了全球戰(zhàn)爭需要創(chuàng)建的,美國于1948年完成這種通用投影系統(tǒng)的計(jì)算。與高斯投影相比較,除等角條件及中央子午線投影為縱坐標(biāo)軸這兩個投影條件與高斯投影相一致外,其平面直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)以及坐標(biāo)軸的指向與高斯平面直角坐標(biāo)系也一致。高斯投影適合于幅員廣闊的國家和地區(qū),但其不足之處在于長度變形較大,導(dǎo)致面積變形也過大,尤其在投影帶邊緣地區(qū)。而UTM投影由于其采用了0.9996作為中央子午線的投影長度比,使整個投影帶的投影長度比普遍地減小了萬分之四,并顯著地減小了邊緣地區(qū)的長度變形,在低緯地區(qū)這種效果更為明顯。由于UTM投影的諸多優(yōu)點(diǎn),許多國家都把它作為高斯投影的改進(jìn),應(yīng)用于自己國家的地圖制作中,非洲大部分國家均采用UTM投影。

(1) UTM是對高斯投影的改進(jìn),改進(jìn)的目的是為了減少投影變形。

(2) UTM投影的投影變形比高斯的要小,最大在中央經(jīng)線上。但其投影變形規(guī)律比高斯要復(fù)雜一點(diǎn),因?yàn)樗玫氖歉顖A柱,所以,它的m=1的地方是在割線上,實(shí)際上是一個圓,處在正負(fù)1°40′的位置,距離中央經(jīng)線大約180km。

(3) UTM投影在中央經(jīng)線上,投影變形系數(shù)m=0.9996,而高斯投影的中央經(jīng)線投影的變形系數(shù)m=1。

(4) UTM為了減少投影變形也采用分帶,它采用6°分帶。但起始的1帶是(e174°-e180°),所以,UTM的6°分帶的帶號比高斯的大30。

(5) 很重要的一點(diǎn), 高斯投影與UTM投影可近似計(jì)算。計(jì)算公式是:

XUTM=0.9996 ×X高斯

YUTM=0.9996 ×Y高斯

這個公式的誤差在1m范圍內(nèi)。

直角坐標(biāo)系的實(shí)用公式

у實(shí)=y+500000(軸之東),x實(shí)=10000000-x(南半球)

у實(shí)=500000-y(軸之東), x實(shí)=x(北半球)

4 非洲工程測量的應(yīng)對方法

因此在非洲進(jìn)行工程測量,首先必須了解其國家坐標(biāo)系統(tǒng)的相關(guān)信息,需要收集相關(guān)的國家控制點(diǎn),從而制定相應(yīng)的作業(yè)計(jì)劃。如果能夠搜集到當(dāng)?shù)氐膰铱刂泣c(diǎn),需要收集的控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測檢核,以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。如果沒有相關(guān)資料(在非洲很多國家根本就收集不到相關(guān)基礎(chǔ)測繪資料),建議直接建立獨(dú)立坐標(biāo)系來處理,這樣可以直接按照國內(nèi)的常用方法來處理。

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