長輸管道工程中的投影變形分析與處理

廉波(中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010)

長輸管道工程中的投影變形分析與處理

廉波(中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010)

長輸管道工程中投影變形的存在，直接影響著測量精度，采取合理的應(yīng)對措施，能夠有效的減小甚至消除投影變形對長輸管道工程的不利影響。

長輸管道；投影變形；分析處理

1 問題的提出

長輸管道是長距離運輸水、石油、天然氣等介質(zhì)的輸送管道，由線路和站場兩部分構(gòu)成。長輸管道工程測量中所建立的地球橢球面與地圖平面間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，不可避免的存在著投影變形，這種變形引起的誤差，如果不采取措施就會對管道測量造成嚴重偏差甚至錯誤。因此，長輸管道工程測量中分析投影變形的影響情況，并采取適當?shù)拇胧┘右韵?，成為測量工作中必不可少的內(nèi)容。

2 長輸管道工程測量中的投影變形分析

長輸管道工程通常在幾百到數(shù)千公里不等，由于其地域跨度大，投影方式一般采用與國家基本比例尺地形圖一致的投影方式，我國通常采用高斯6°帶或3°帶的分帶投影。高斯投影是分帶等角橫切橢圓柱投影，由其變形規(guī)律可知中央子午線上無長度變形，離開中央子午線越遠變形增長越快。

管道工程中的長度變形是兩類變形的總和：一是將實地觀測邊長歸算到參考橢球體面上時產(chǎn)生的變形，即高程歸化；二是將橢球面上的邊長投影到高斯面上時的變形，即距離改化。

（1）高程歸化。實地觀測邊長Sm歸化至參考橢球體面上，其長度將會縮短ΔSH，設(shè)歸化高程面為Hm，地球平均曲率半徑為RA，取其主項，則有ΔSH/Sm=Hm/RA。

（2）高斯正形投影的距離改化。參考橢球體面上的邊長S投影至高斯平面，其長度將會放長ΔSy，設(shè)該邊兩端點的平均橫坐標為ym，密切球體半徑為Rm，取其主項，則有

（3）長度綜合變形。長度綜合變形是前兩項的和，在不影響嚴密性的前提下取RA=Rm，Sm=S，綜合上列兩式可得綜合變形

3 問題的解決方法

3.1 線路測量中投影變形的應(yīng)對處理

管道設(shè)計和施工中采用基于格網(wǎng)坐標的線性參考系統(tǒng)，如果在材料計算和施工中不考慮投影變形，則會造成系統(tǒng)錯誤。特別是采用航空攝影測量與常規(guī)工程測量相結(jié)合的方法進行作業(yè)時，由于兩種方法所遵從的作業(yè)原則不同，這將導(dǎo)致最后的結(jié)果產(chǎn)生一定的差異。為了保證兩套成果的一致性，有效消除投影過程中的長度變形，通常采取以GPS首級控制測量為基礎(chǔ)，采用GPS-RTK的方法測量線路轉(zhuǎn)角樁并對線路進行控制，從而消除測距儀測量時長度變形的誤差累積和傳遞，轉(zhuǎn)角樁間距不超過1千米或采用加樁的方式將其分割成l千米長的間距。這種方式也可以很好地控制長度變形，簡化施工放樣的計算。

3.2 站場測量中投影變形的應(yīng)對處理

測量規(guī)范中規(guī)定，在選擇油氣田平面控制網(wǎng)的坐標系統(tǒng)時高程歸化和距離改化的綜合長度投影變形ΔS不得大于1/ 40000，即|。因此，國家統(tǒng)一坐標系存在一定的適用范圍，在不影響嚴密性的情況下，取Rm= 6371km，則有：Hm=7.848×10-8y2m±159式中Hm和ym以米計。由此可以得出國家統(tǒng)一坐標系的適用區(qū)域，如下圖：

綜合投影變形適用區(qū)域圖

圖中可以看出當測區(qū)離中央子午線較遠或測區(qū)高程較高時，投影變形誤差會超出允許范圍。為此，工程中通常采用選擇局部坐標系的方法來限制投影變形，選擇局部坐標系的方法有以下幾種：

（1）抵償投影面的高斯坐標系。該坐標系仍采用國家3°帶高斯投影，但投影的高程面不是參考橢球面，而是為了補償高斯投影長度變形而選擇的高程投影面，使得在這個高程投影面上，長度變形為零，即式中：△H=Hm-H，即測區(qū)平均高程面Hm高出抵償高程面H的高度。

（2）任意帶高斯坐標系。將橢球體面作為投影面，但投影的中央子午線不是標準的3°分帶中央子午線，而是為了補償高程投影變形而選擇的某一條子午線作為中央子午線進行投影。即固定Hm而選擇ym，則

（3）具有高程補償和帶寬限制的任意帶高斯坐標系。選擇通過測區(qū)中央的子午線為投影中央子午線，而高程抵償面選在測區(qū)的平均高程面上，以便通過雙重補償以擴大測區(qū)的允許高差和帶寬的限制。

某長輸管道線路設(shè)計1處山嶺隧道，長3576m，平均海拔1322m，管道全線采用6°帶高斯投影，隧道所處位置距中央子午線185km。經(jīng)計算該隧道的長度綜合變形值達到了0.767m，遠遠超出了限值要求。為減小投影變形對隧道設(shè)計和施工的影響，測量中以通過測區(qū)中央的子午線作為投影中央子午線，以測區(qū)平均高程面為投影面建立了隧道穿越區(qū)任意帶高斯坐標系，并與線路測量坐標系建立明確的換算關(guān)系。通過以上抵償坐標系的選擇，有效的消除了投影變形的影響，保證了隧道工程的順利貫通。

4 結(jié)語

為了消減長輸管道工程測量中長度投影變形的影響，可根據(jù)工程的具體情況選擇合適的坐標系統(tǒng)。在選擇坐標系統(tǒng)時應(yīng)考慮：以滿足工程精度要求為依據(jù)，保證長度投影變形不超過容許值；與國家坐標建立明確的聯(lián)系，便于空間數(shù)據(jù)的交流與共享；處理方法簡單易行，避免進行復(fù)雜的計算。