高铁道路改移测量坐标系转换研究

赵维忠

摘  要：随着我国高铁建设的快速发展，线路测量技术的研究也在不断进步，高铁道路建设中道路改移是高铁建设中不可或缺的一部分。该文主要研究京沈高铁阜新段道路改移测量设计与实施，围绕阜新标段地理位置、地势地貌等情况对带状控制网布设进行介绍，对不同标段不同坐标系下道路设计图进行坐标转换，对处理结果进行分析和总结。

关键词：GNSS  控制网  坐标系统转换  道路测设

中图分类号：U212     文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（b）-0023-02

高铁建设过程中不可避免地会与地方道路、桥梁、水利等设施发生交叉，导致地方交通运输出现困难[1]。道路在地方经济发展中占有十分重要的位置，为保障地方交通运输、百姓生活不受影响，道路改移则成为铁路建设中不可或缺的一部分。因此对改移道路进行测量方案设计，进行外业控制测量，并且在控制网的基础上进行坐标转换，其在高铁道路建设过程中的作用更加明显。

1  道路测量中坐标转换的基本原理

我国常用的大地坐标系有西安80、国家2000、WGS84、北京54[2]。并且由于高速铁路建设中承建单位往往使用不相同的坐标系，因而如何统一道路改移中的坐标系，为后续勘测定界等工作的展开提供服务就变得非常必要。

（1）空间直角坐标与大地坐标间的转换。

将同一坐标参照系下的大地坐标（B，L，H）转化为空间直角坐标（X，Y，Z）[3]，其公式为：

（2）大地坐标与高斯平面直角坐标的转换。

大地坐标与高斯平面直角坐标转换主要分为高斯正算和高斯反算两部分，但两者只能在同一参考椭球下进行[4]。

（3）不同大地坐标系的三维转换。

不同大地坐标系在转换时，先将椭球坐标换算为对应的空间直角坐标，利用其之间的关系可算出转换参数，完成参数转换后，确定使用的三维转换模型，利用转换参数，转换需要的空间直角坐标系的坐标[5]。

2  京沈高铁阜新段改移道路测量技术设计与实施

2.1 项目工程概况

此次项目位于阜新市范围内，阜新市地势起伏变化普遍由西北到东南逐渐降低;由西南到东北逐渐降低。在京沈高铁建设过程中与地方道路发生交叉，根据阜新道路交通发展的需要，所以需要对京沈高铁阜新标段改移道路进行测量与实施，京沈高铁阜新标段全线长约90.2km，其中涉及改移道路47处，由中铁十七局和水利水电四局两个单位承建。测区位置如图1所示。

2.2 控制测量方案设计

在此次D级控制网测量中，采用6台徕卡GS14接收机来进行外业观测任务，其精度为水平精度：3mm+0.5ppm，垂直精度：6mm+0.5ppm。因此可满足工程任务需求。布网方式选择边连接式，观测方式选择静态观测，共计44个控制点，其中6个为高铁CPII已知控制点，测区控制网平均边长为4.36km。GNSS网形如图2所示。

2.3 控制测量数据处理

此次静态观测采用徕卡GS14接收机来进行外业观测，采集的数据采用徕卡LGO软件进行数据处理。LGO软件可以对徕卡GNSS、全站仪、水准仪的测量数据进行组合处理及平差。在项目中利用高铁已知的GNSS控制点CP25044和CP25035作为起算点，在测区范围内布设38个D级GNSS点，以CP24981作为检核点。最终求得各标段坐标系与西安80坐标系之间的转换参数，从而保证每个标段道路改移的统一测设。控制点部分解算成果如表1所示。

2.4 坐标数据转换及换带计算

因为两个承建单位使用的坐标系不同，并且阜新横跨两个投影带为了保障测区的统一测设，因此需要对不同坐标系下的坐标进行转换和投影换带计算[6]。坐标转换软件比较多，如ArcGIS、南方CASS、Excle、相关工程软件等，但基本原理基本相同[7]。在进行换带计算前，选择测区内合适的点位，为了保障坐标数据的保密性，Y坐标值不需要加带号。对于坐标点x、y顺序必须与软件格式一致，利用测区3个重合点（西安80坐标系和独立坐标系）进行转换参数求解，另外3个重合点进行数据检核，如图3所示。

利用另外3个重合坐标点计算数据和已知数据进行对比，如表2所示。

3  结语

我国高速铁路建设发展迅速，这也大大提高了我国铁路的运输能力，而道路改移则是高铁建设中不可忽视的问题。该项目地处阜新地区，地势环境较为平坦，在设计阶段根据设计人员提供的资料，结合国内外相同项目技术方案和测量方法，设计适合工程项目最佳的控制测量方案。通过对静态观测的数据采用徕卡LGO软件数据处理;在不同单位承建不同标段采用不同坐标系统的问题，通过坐标转换以及投影换带等进行处理，验证了该设计和坐标转换方法的可行性。

參考文献

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[2] 王仲锋，申景贇，赵达.三维七参数与二维七参数坐标转换的研究[J].测绘与空间地理信息，2019，42（3）：19-23，30.

[3] 何华武，朱亮，李平，等.智能高铁体系框架研究[J].中国铁路，2019（3）：1-8.

[4] 张昌禄，吴兆福，方睿.高斯投影平移参数对地形图坐标转换影响[J].矿山测量，2018，46（4）：89-92.

[5] 马海英，胡月明，姚朝龙，等.地形起伏地区平面坐标转换方法及精度分析[J].测绘通报，2019（2）：91-94，112.

[6] 崔震洋，李冬冬，张晓阳.工矿独立坐标系与CGCS2000坐标系转换方法研究[J].矿山测量，2019，47（1）：106-108.

[7] 刘猛奎，赵明金，石波，等.基于RANSAC的坐标系转换抗差算法研究[J].全球定位系统，2019，44（1）：39-47.