距離改化在施工測量中的應(yīng)用研究

劉威力

摘要：在施工工程中，對測量誤差限差要求極高.由于現(xiàn)實(shí)諸多客觀因素的影響，導(dǎo)致測量誤差超過限差要求，施工方要進(jìn)行必要的修正和改正.本文討論的施工范圍內(nèi)只考慮距離改化，以襄荊高速公路工程為例，介紹距離改化問題在施工測量中的處理方法.

關(guān)鍵詞：距離改化;施工測量;高斯平面;工程測繪

中圖分類號：TB22 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1673-260X（2019）05-0108-04

1 前言

1.1 測繪工程簡介

測繪就是測量和繪圖[1].通常是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、空間科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、光電技術(shù)、信息科學(xué)為基礎(chǔ)，以“3S”（全球定位系統(tǒng)-GPS，遙感-RS，地理信息系統(tǒng)-GIS）技術(shù)為核心[2]，將地面已有的特征點(diǎn)和界線通過測量手段獲得反映地面現(xiàn)狀的圖形和位置信息，供工程建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和行政管理之用[3].

工程測量工作的質(zhì)量和精度對于一項(xiàng)工程來說是至關(guān)重要的，一般來說，傳統(tǒng)的工程測量工作勞動量較大、程序較復(fù)雜，而且由于人的過多參與導(dǎo)致質(zhì)量具有一定的不確定性.當(dāng)前，推進(jìn)工程測量信息化建設(shè)并加強(qiáng)測繪工程的質(zhì)量管理至關(guān)重要[4].

1.2 距離改化

在施工建設(shè)中，對測量誤差限差要求較高，而由于現(xiàn)實(shí)諸多客觀因素的影響，導(dǎo)致測量誤差超過限差要求，所以要進(jìn)行必要的修正和改正，本文討論的施工范圍內(nèi)只考慮距離改化[5].在距離改化中，當(dāng)?shù)胤絻牲c(diǎn)的高程值的平均值大于一定值時(shí)，也要考慮到高程對大地線改化的影響，本文不涉及高程對改化結(jié)果的影響[6]，主要是對測量數(shù)據(jù)（距離）改化后的精度進(jìn)行的相關(guān)分析和實(shí)例應(yīng)用.

其中地球曲面到高斯平面直角坐標(biāo)系中的投影改化問題也越來越受到更多人的關(guān)注[7].我國常用的平面坐標(biāo)系是高斯平面直角坐標(biāo)系，大地線到高斯平面直角坐標(biāo)系需要進(jìn)行投影改化，大地線投影到高斯平面，將產(chǎn)生方向改化、距離改化、平面子午收斂角改化三項(xiàng)改正[8].由于高斯投影是等角投影，在小區(qū)域內(nèi)，方向改化值和平面子午收斂角改化都很小，對常規(guī)手段的測量值（如全站儀導(dǎo)線邊長、測設(shè)邊長、碎部點(diǎn)觀測值等）影響可以忽略不計(jì)，根據(jù)球面上的長度，將其拉長改化為投影面上的距離，叫作距離改化[9].主要改化包括：將地面上的觀測距離改化到參考橢球面上;將參考橢球面上的長度改化到高斯投影面上[10].

1.3 距離改化文獻(xiàn)綜述

康皇生利用Casio（卡西歐）高級計(jì)算器（fx-4500以上等級）的編程功能，簡便處理在施工放樣過程中遇見的距離改化問題，為我們測量人員遇見此類問題提供了借鑒的方法[11].孫小榮[12]以足夠的精度推導(dǎo)出工程測量中適合任意高程面的電磁波測距邊高程歸化的通用公式，該公式有助于對邊長歸算問題的理解并便于工程應(yīng)用.同時(shí)對工程測量中高程歸化、距離改化公式的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，最后得出有益的結(jié)論，可為工程應(yīng)用提供參考[13].陳于以在荊江河段河道演變監(jiān)測控制測量中，對方向和邊長觀測值作歸化改正和投影改正為例，闡述了邊長及方向歸化改正的具體方法及改化過程，通過改化計(jì)算，同時(shí)也說明全站儀導(dǎo)線邊長測量成果經(jīng)改化后能滿足后續(xù)工程勘測精度的要求[14].黎建生結(jié)合高斯投影在新臺高速公路二期工程建設(shè)中的運(yùn)用，解決導(dǎo)線測量及施工放線時(shí)高斯投影在高速公路建設(shè)中的實(shí)際應(yīng)用，可供同行參考[15].湯述就高等級公路勘測放樣中存在的距離改算問題，針對測區(qū)的不同情況和測設(shè)要求，提出相應(yīng)的解決辦法，選擇了合理的投影帶和距離改化計(jì)算公式[16].馮連森研究了高等級公路的帶狀地形圖設(shè)計(jì)，在施工放樣過程中，如果未顧及高斯投影變形的改化，或改化方法不適當(dāng)，將造成測設(shè)誤差增大，甚至使中樁放樣難以進(jìn)行[17].馮從華東地區(qū)某高速公路工程監(jiān)理中發(fā)現(xiàn)的實(shí)際問題出發(fā)，提出施工放樣過程中處理投影變形的新方法[18].

2 工程實(shí)例分析

2.1 工程簡介及距離改化原因

襄荊高速公路全長180多公里，位于第37個(gè)3度帶，中央子午線經(jīng)度為111度，總體線位處于該帶邊緣，采用國家坐標(biāo)系統(tǒng)后，導(dǎo)致坐標(biāo)計(jì)算距離與紅外儀實(shí)測距離不符，主要是該路線距中央子午線較遠(yuǎn)，約120多公里，邊長及坐標(biāo)改正值較大.由于該工程里程太長，轉(zhuǎn)化為工程坐標(biāo)達(dá)不到減少和消去改化值的目的[19].同時(shí)還會給控制測量帶來不便，為方便施工，保證工程的實(shí)際需要，采用距離改化（即水準(zhǔn)面和高斯平面二個(gè)改化），以達(dá)到抵消長度變形的目的.

2.2 改化公式

距離改化就是橢球面上的實(shí)測邊長與其投影到高斯平面上邊長的差值.除在中央子午線上以外，邊長投影到高斯平面上都要產(chǎn)生變形，離中央子午線越遠(yuǎn)，變形越大，投影后長度恒大于球面上的長度[20].邊長改化公式如下：

2.4.2 距離改化在橋梁或其他直接以長度控制的工程中的處理

在橋梁的施工中，為保證墩中心間距和橋長與設(shè)計(jì)相符，在橋墩中心坐標(biāo)計(jì)算時(shí)，應(yīng)以橋梁中心坐標(biāo)為基礎(chǔ)，將各墩中心至橋中心的距離進(jìn)行反改化，再反算各墩中心坐標(biāo).例如：0#墩至橋中心距離為100米，則反算0#墩中心坐標(biāo)時(shí)，0#墩中心至橋中心的長度為：100×（1+L），L為距離改正系數(shù)，兩墩中心坐標(biāo)計(jì)算的長度將大于100米，再按上述的施工放樣方法進(jìn)行放樣.

3 工程距離改化問題總結(jié)

距離改化問題，一般都在該工程的設(shè)計(jì)說明書中，專門提出該工程距離改化的公式及方式.如沒有說明的，也可根據(jù)Y坐標(biāo)自行判斷在施工放樣中是否需要進(jìn)行距離改化.當(dāng)1公里的長度變形值為2.5cm時(shí)即相對誤差為1/40000，參照《工程測量規(guī)范》，這樣的長度變形能夠滿足施工放樣測量精度要求，所以當(dāng)1公里的投影變形值不大于2.5cm時(shí)，施工放樣測量不需要進(jìn)行距離改化.本項(xiàng)目中由于投影變形值較大，1公里約為20cm，所以在施工放樣時(shí)，要對所有測量的距離進(jìn)行改正，采用上述距離改化的方法，保證了該工程的放樣測量精度，提高了工作效率.

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