公路测量坐标系的选择

摘要：高等级公路勘测主要包括平面控制测量、高程控制测量、地形测量、路线定线与放线、中桩测量、横断面测量，以及路基路面防护排水勘查、沿线设施勘测与调查、环境保护勘测与调查、临时工程勘测与调查、征地动迁勘测与调查等内容。本文将介绍和研究上述前六项内容。

关键词：高等级公路；勘测；内容

一、平面控制测量

1、测量坐标系

为了确定地面点的空间位置，需要建立测量坐标系。常见的测量坐标系有大地坐标系，高斯平面直角坐标系和WGS—84坐标系。

⑴大地坐标系。地面上一点的位置（如P），可用大地坐标（L，B）表示。大地坐标系是以参考椭球面作为基准面，以起始子午面（即通过格林尼治天文台的子午面）和赤道面作为在椭球面上确定某一点投影位置的两个参考面。如图1所示，过地面某点的子午面与起始子午面之间的夹角，称为该点的大地经度，用L表示。规定从起始子午面起算，向东为正，由0°至180°称为东经；向西为负，由0°至180°称为西经。过地面某点的椭球面法线（PP）与赤道面的交角，称为该点的大地纬度，用B表示。规定从赤道面起算，由赤道面向北为正，从0°到90°称为北纬；由赤道面向南为负，从0°到90°称为南纬。

⑵高斯平面直角坐标系。投影面上，中央子午线和赤道的投影都是直线。以中央子午线和赤道的交点O作为坐标原点，以中央子午线的投影为纵坐标轴X，规定X轴向北为正；以赤道的投影为横坐标轴Y，Y轴向东为正，这样便形成了高斯平面直角坐标系，如图2所示。

图1大地坐标系图2高斯平面直角坐标系

高斯投影中，除中央子午线外，各点均存在长度变形，且距中央子午线愈远，长度变形愈大。为了控制长度变形，将地球椭球面按一定的经度差分成若干范围不大的带，称为投影带。带宽一般分为经差6°、3°，分别称为6°带、3°带。⑶WGS—84坐标系。如图3所示，

图3 空间直角坐标系

以O为原点，起始子午面与赤道面交线为X轴，赤道面上与X轴正交的方向为Y轴，椭球体的旋转轴为Z轴，指向符合右手规则。在该坐标系中，P 点的点位用OP在这三个坐标轴上的投影X、Y、Z表示。图3空间直角坐标系，由于GPS是全球性的定位导航系统，其坐标系统必须是全球性的。目前，GPS 测量中所使用的协议地球坐标系统称为WGS—84坐标系（World Geodetic System），简称WGS—84坐标系。WGS—84坐标系实际上是地心地固坐标系。WGS—84坐标系的几何定义是：原点是地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手坐标系，如图3所示。

2、平面坐标系统的选定

在编制公路勘测技术方案时，首先遇到的问题就是平面坐标系统的选定。平面坐标系统一般有三种系统可供选择，即统一3°带坐标系、抵偿坐标系和任意带坐标系。笔者认为在公路勘测中选择平面坐标系统应遵循以下原则：⑴应根据测区所在的地理位置及地面平均高程按以下次序选择坐标系统。①统一3°带坐标系；②抵偿坐标系；③任意带坐标系。⑵当测区所在地理位置位于统一3°带中央子午线附近，且测区平均高程面接近参考椭球面或平均海

平面时，应采用统一3°带坐标系。⑶当测区所在位置离统一3°带中央子午线较远、或测区平均高程较大时，应采用抵偿坐标系。即利用长度的高程归化和高斯投影的距离改化符号相反的特点，建立抵偿地带，使投影的长度相对变形小于规范规定的1/4000。⑷一般情况下，不应采用任意带坐标系统，除非测区沿线路经最大的城镇其城市平面控制网采用任意带坐标系；而且，即便如此，测区坐标系也应与该城市使用的坐标系统一致。有些公路勘测部门，在遇到测区所在地理位置远离统一3°带中央子午线时，为图省事，往往喜欢以测区中心的子午线代替统一3°带的中央子午线，以测区平均高程面代替参考椭球面，这样便使测区的边长的高程归化和距离改化的改正值明显减小，使其不超过投影长度变形的限差（即每公里2.5cm）。但是，这种任意带坐标系统给公路沿线城镇的规划设计和地籍勘测带来极端不便。

3、平面控制网种类

公路勘测常见的平面控制网有三角网、边角网、附合导线和GPS控制网等几种。⑴三角网和边角网由于公路呈带状，因此公路勘测中的三角网一般布设为三角锁。采用全站仪进行控制测量时，由于测量边长十分方便，而且精度较高，因此常用边角网取代三角网。⑵附合导线在公路勘测平面控制测量中，导线网得到最广泛的应用。一般情况下，常布设全站仪附合延伸型导线。⑶GPS控制网。公路勘测中GPS控制网一般布设为边连式网形结构。

4、平面控制网的布设原则

公路勘测中平面控制网的布设原则如下：⑴应符合因地制宜、技术先进、经济合理、确保质量的原则。⑵主控制网宜全线贯通，统一平差，沿线各种工点平面控制网应联系于主控制网上。⑶平面控制网中控制点位置的选定应

符合下列要求。①相邻点之间必须通视（GPS控制点除外），点位能长期保存；

②便于加密、扩展和寻找和使用；③平面控制点位置应沿线布设，距路中心的位置宜大于50m且小于300m；④布点时应考虑沿线桥梁、隧道等构造物布设控制网的要求。在大型构造物的两侧应分别布设一对平面控制点；⑤GPS控制点点位应便于安置接收设备和操作，视野应开阔，被测卫星的地平高度角应大于15°，点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等）及高压输电线。

二、高程控制测量

公路勘测中的高程控制测量也叫基平测量。

1、一般原则。⑴公路高程控制网宜布设附合水准路线；高程控制测量应采用等级水准测量。⑵公路高程系统宜采用1985年国家高程基准。同一条公路应采用同一个高程系统，不能采用同一高程系统时，应给定高程系统的转换关系。⑶在进行水准测量有困难的山岭地带和沼泽、水网地区，可采用光电测距三角高程或GPS高程替代四等水准高程，但必须有足够的三角高程点和GPS高程点与等级水准点进行联测。

2、水准点的布设。⑴水准路线应沿公路路线布设，水准点宜设于公路中心线两侧50～300m范围内；⑵水准点间距宜为1～1.5km；山岭重丘区可根据需要适当加密；⑶水准点应能长期保存，便于与平面控制点联测；⑷大桥、隧道口及其它大型构造物两端，应增设水准点。

三、地形测量

公路勘测中地形测量一般为大比例尺带状地形图测量，常见比例尺为1：500、1：1000、1：2000。