国外铁路施工控制网的建立与实施

摘要：国内铁路工程测量中通常采用高斯投影建立工程控制网，而国外则大多采用通用横轴墨卡托投影。首先计算横轴墨卡托投影下的GPS格网坐标以及大地坐标，然后建立参考椭球，进行坐标转换，得到工程坐标系的坐标。采用这种方法建立的控制网，可以满足工程要求，为施工提供方便。

　　关键词：UTM投影；铁路；坐标转换；平面控制网

　　中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）04-0097-02

　　1概述

　　近年来，在政府的大力支持和鼓励下，国内工程企业逐步走向国际市场，开始承建国外一些大型基础项目。大型基础项目的勘测设计、施工及运营服务都需要建立测量基础控制网（包括平面控制网和高程控制网）。在国内工程项目建设中，平面控制网的建立采用高斯-克吕格投影，国外则大多采用通用横轴墨卡托投影（简称UTM投影）。相对高斯投影，国内学者对UTM投影的研究较为匮乏，国内工程技术人员对其应用几乎没有。本文主要针对采用UTM系统的国外工程项目，对铁路项目平面控制网的建立与实施进行探讨。

　　2通用横轴墨卡托投影（UTM投影）模型

　　UTM投影全称为“通用横轴墨卡托投影”，是一种”等角横轴割圆柱投影”，椭圆柱割地球于南纬80度、北纬84度两条等高圈，投影后两条相割的经线上没有变形，而中央经线上长度比0.9996。与高斯-克吕格投影相似，该投影角度没有变形，中央经线为直线，且为投影的对称轴，中央经线的比例因子取0.9996是为了保证离中央经线左右约330km处有两条不失真的标准经线。

　　3国内铁路平面控制网的建立

　　铁路工程测量平面坐标系统应采用边长投影变形值≤10mm/km（高速铁路）、25mm/km（新建铁路）的工程独立坐标系。

　　由于勘测设计、施工均采用坐标定位，要求施工中由坐标反算的边长值与现场实测值应一致，即所谓的尺度统一。由于采用国家3°带投影的坐标系统，在投影带边缘的边长投影变形值达到340mm/km，这对采用坐标定位施工是很不利的，对工程施工的影响呈系统性。从理论上来说，边长投影变形值越小越有利。因此规定工程测量控制网边长投影变形值不宜大于规定数值，以满足铁路施工测量的要求。

　　4国外铁路项目工程控制网的建立与实施

　　国外大多区域采用UTM投影，国内软件基本不支持UTM投影的计算。对于这种情况，在UTM系统下，进行约束平差后，计算出UTM系统下的GPS点的坐标，其坐标反算的距离与现场实测值（全站仪测量）的距离，比值为0.9996。施工中，需要将实测的距离，进行改正后（乘以0.9996），才能使用，给现场测绘增加很大工作量，且使用不便。因此，考虑在UTM投影的区域，建立工程坐标系统，使坐标反算距离与实测值（全站仪测量）的距离一致。

　　4.1UTM系统GPS控制网的建立

　　GPS平面控制网由一个或若干个独立观测环构成，各等级控制网同步图形之间应采用边联式或网联式。

　　首先进行GPS数据处理，即GPS测量数据的基线向量解算、GPS基线向量网平差以及GPS网平差等。基线向量解算后，对其结果进行以下分析和检验：观测值残差分析，基线长度精度的评定，基线向量环闭合差的计算与检验。检验合格后，进行基线向量网的平差计算（以解算的基线向量作为观测值进行无约束平差），平差后求得GPS之间的相对坐标差值，加上基准点的坐标值，求得各GPS点的坐标。三维无约束平差后，得到WGS-84系统中的GPS三维坐标及其方差-协方差阵。