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

摘要：尼日利亞鐵路現(xiàn)代化項(xiàng)目的測(cè)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與國(guó)內(nèi)項(xiàng)目有很大區(qū)別，必須對(duì)當(dāng)?shù)氐臏y(cè)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(cè)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并制定合理的測(cè)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(cè)量控制系統(tǒng)；測(cè)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(jiǎn)稱尼鐵）位于尼日利亞（后簡(jiǎn)稱尼國(guó)）國(guó)家西部，線路南起尼國(guó)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(cè)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(cè)量控制系統(tǒng)的建立。因?yàn)閲?guó)別、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(cè)量與國(guó)內(nèi)項(xiàng)目有很大區(qū)別。

2 尼日利亞測(cè)繪系統(tǒng)現(xiàn)狀

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

2.1 平面基準(zhǔn)

尼國(guó)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(zhǎng)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(cè)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(guó)測(cè)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(guó)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(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

通過(guò)上述尼國(guó)測(cè)繪系統(tǒng)現(xiàn)狀的了解，有必要對(duì)收集到的測(cè)繪資料進(jìn)行分析，進(jìn)而針對(duì)尼鐵的測(cè)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(guó)的大地框架網(wǎng)較為完善，通過(guò)和尼國(guó)測(cè)量局的技術(shù)人員交流以及參照尼國(guó)的有關(guān)測(cè)量規(guī)范，尼國(guó)三角測(cè)量的精度等級(jí)劃分，對(duì)應(yīng)的主要技術(shù)，與中國(guó)的比較，大致是尼國(guó)框架網(wǎng)相當(dāng)于中國(guó)一等、二等網(wǎng)，尼國(guó)一等網(wǎng)相當(dāng)于中國(guó)三等網(wǎng)。故收集資料可滿足整個(gè)尼鐵測(cè)區(qū)平面控制的需要。

3.1.2 基準(zhǔn)、投影的選擇。尼國(guó)的所有平面控制點(diǎn)及地形圖測(cè)量成果均采用Minna基準(zhǔn)。為尼國(guó)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(zhǎng)半軸，a=6378249.145m，扁率f=1/293.465。

國(guó)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(jiǎn)稱高斯投影）。非洲大部分國(guó)家采取的是UTM投影，中國(guó)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(zhǎng)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(méi)有變形，中央經(jīng)線上長(zhǎng)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(zhǎng)度比，減小了邊緣地帶的長(zhǎng)度變形，非洲部分國(guó)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(cè)量坐標(biāo)的投影設(shè)計(jì)，既要參考尼國(guó)測(cè)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(zhǎng)度變形，保證其能滿足工程需要。尼鐵測(cè)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(guó)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(cè)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(zhǎng)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(cè)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(guó)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(guò)與尼國(guó)測(cè)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(cè)量的偶然中誤差2.88mm/km；中國(guó)的三等水準(zhǔn)測(cè)量的每公里水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差為3.0mm/km。這樣，在尼國(guó)測(cè)繪局收集到的FBM、SBM點(diǎn)測(cè)量精度大約相當(dāng)于中國(guó)的三等水準(zhǔn)點(diǎn)的精度。BM點(diǎn)只能相當(dāng)于我國(guó)的四等水準(zhǔn)或四等水準(zhǔn)以下。測(cè)區(qū)范圍內(nèi)，最大距離約90km無(wú)水準(zhǔn)控制點(diǎn)。在進(jìn)行高程控制測(cè)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(guó)國(guó)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(guó)《國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》的要求，對(duì)尼鐵水準(zhǔn)測(cè)量中較長(zhǎng)無(wú)水準(zhǔn)點(diǎn)的線路需要進(jìn)行三等水準(zhǔn)測(cè)量，水準(zhǔn)路線起閉點(diǎn)必須采用FBM和SBM國(guó)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(cè)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(cè)量和航測(cè)1∶10000、1∶2000地形圖以及與尼國(guó)既有測(cè)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(cè)量的借鑒及應(yīng)對(duì)

在海外從事類似工程測(cè)量項(xiàng)目，必須對(duì)所在國(guó)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(guó)家三角點(diǎn)、國(guó)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(cè)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并制定合理的測(cè)量計(jì)劃以滿足工程勘測(cè)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(shuō)明書[S].

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[3]孔祥元，等.控制測(cè)量學(xué)（上、下冊(cè)）[M].

作者簡(jiǎn)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(cè)繪工程。

（責(zé)任編輯：周 瓊）