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1、高速铁路高速铁路( (客运专线客运专线) )精测网坐标系与数据处理精测网坐标系与数据处理许 提 多高程和平面控制的内、外业特点高程和平面控制的内、外业特点n高程控制测量高程控制测量n平面控制测量平面控制测量 第第I部分部分 高程控制高程控制n高程基准高程基准n高程控制测量高程控制测量n数据质量控制数据质量控制n成果分析成果分析 高程基准高程基准n高程基准面高程基准面 正常高的基准面是大地正常高的基准面是大地水准面水准面n自自然然静静止止的的液液体体表表面面构构成成水水准准面面, ,其其在在物物理理意意义义上上属于一个重力位等位（等势）的表面。属于一个重力位等位（等势）的表面。n水准面是个物理面
2、。水准面是个物理面。 n大地高的基准面是椭球体面n椭球体面是一个数学曲面高程基准高程基准n我国的大地水准面我国的大地水准面n我我国国大大地地水水准准面面定定义义为为通通过过黄黄海海平平均均海海水水面面的的水水准面，其是我国高程测量的基准面、起算面。准面，其是我国高程测量的基准面、起算面。高程基准高程基准n绝对高程和相对高程绝对高程和相对高程n高程、高差；高程、高差；n绝对高程（或海拔）、相对高程绝对高程（或海拔）、相对高程( (假定高程假定高程) )。n地面点到大地水准面的高程，称为绝对高程。如图所示，地面点A和B到大地水准面的垂直距离HA和HB为A、B两点的绝对高程。地面点到任一水准面的高程
3、，称为相对高程。下图中，A、B 两点至任一水准面的垂直距离HA和HB为A、B 两点的相对高程,hAB为高差。高程基准高程基准n高程控制点高程控制点n我国高程控制点俗称水准点我国高程控制点俗称水准点 BM ( Bench Mark ) )。高程基准高程基准n水准原点水准原点n水准原点水准原点1956 1956 年年在在青青岛岛设设立立水水准准原原点点，全全国国其其他他所所有有等等级级高高程程控控制制点点的的绝绝对对高高程程都都是是根根据据青青岛岛水水准准原原点点，按按水水准准观测方法进行推算的。观测方法进行推算的。n我国先后使用两个高程基准我国先后使用两个高程基准19591959公布、水准原点高
4、程公布、水准原点高程72.289m72.289m、 “5656黄海高程基准黄海高程基准”19871987公布、水准原点高程公布、水准原点高程72.26072.2604m4m、“8585国家高程基准国家高程基准”高程基准高程基准n高铁（客运专线）的高程基准高铁（客运专线）的高程基准n高高速速铁铁路路工工程程测测量量规规范范第第条条规规定定：高高速速铁铁路路工工程程测测量量的的高高程程系系统统采采用用1985国国家家高高程程基基准准。个个别别地地段段无无1985国国家家高高程程基基准准的的水水准准点点时时，可可引引用用其其它它高高程程系系统统或或以以独独立立高高程程起起算算，但但在在全全线线高高程
5、程测测量量贯贯通通后后，应应消消除除断断高高，换换算算成成1985 国国家家高高程程基基准准；有有困困难难时时亦亦应应换换算算成成全全线线统统一一的的高高程程系统。系统。高程控制测量高程控制测量n高程测量的主要方法高程测量的主要方法n水水准准测测量量：利利用用水水准准仪仪的的水水平平视视线线来来测测量量两两点点间间的高差，进行高程的推算。的高差，进行高程的推算。n三三角角高高程程测测量量：通通过过测测量量两两点点间间的的平平距距（斜斜距距）和和竖竖直直角角，再再利利用用三三角角函函数数获获取取两两点点间间的的高高差差，进行高程的推算。进行高程的推算。高程控制测量高程控制测量n我国国家高程控制网
6、概要我国国家高程控制网概要n我国国家水准控制网共进行三期建设；我国国家水准控制网共进行三期建设；n第一期，第一期， 1976 年以前完成，以年以前完成，以1956 年黄海高程系统为基年黄海高程系统为基准的一、二等网。准的一、二等网。n第二期，第二期， 1976 年至年至1990 年完成，以年完成，以1985 年国家高程系年国家高程系统为基准的一、二等水准网。统为基准的一、二等水准网。n第三期，第三期， 1990 年后进行的以年后进行的以1985 年国家高程系统为基准年国家高程系统为基准的国家一等水准网的复测和局部地区二等水准网加密。的国家一等水准网的复测和局部地区二等水准网加密。n在实际使用国
7、家水准点成果时要注意成果所属期次与起算基准。即使同属在实际使用国家水准点成果时要注意成果所属期次与起算基准。即使同属1985年国年国家高程系统，不同期次之间的高程成果存在系统差异，西北、西南内陆地区的差异比家高程系统，不同期次之间的高程成果存在系统差异，西北、西南内陆地区的差异比东南沿海地区的差异要大。东南沿海地区的差异要大。n国国家家一一等等水水准准网网共共布布设设289289条条，总总长长93360km93360km，埋设固定水准标石，埋设固定水准标石2 2万余座；万余座；n国国家家二二等等水水准准网网共共布布设设11391139条条路路线线，总总长长136368km136368km，埋设
8、固定水准标石，埋设固定水准标石3300033000多座；多座；n国国家家一一、二二等等水水准准网网分分等等级级平平差差。一一等等网网大大陆陆整整体体平平差差，二二等等网网以以一一等等水水准准点点为为控控制制进进行平差。行平差。高程控制测量高程控制测量n高铁的高程控制测量高铁的高程控制测量n高速高速铁路工程测量铁路工程测量规范规范 对高铁的高程控制测量作了具对高铁的高程控制测量作了具体规定：体规定：1、全全线线按按国国家家二二等等水水准准测测量量精精度度要要求求施施测测，建建立立水水准准基基点点控制网；控制网；2、在在CPIII平平面面控控制制网网布布点点完完成成后后，按按精精密密水水准准测测量
9、量精精度度（界界于于国国家家二二、三三等等水水准准测测量量精精度度之之间间）要要求求施施测测，进进行行CPIII高程测量。高程测量。高程控制测量高程控制测量n高铁的高程控制测量高铁的高程控制测量n高速高速铁路工程测量铁路工程测量规范规范 对高铁的高程控制测量的规定对高铁的高程控制测量的规定: :n高高程程控控制制主主要要采采用用水水准准测测量量方方法法，部部分分高高程程控控制制采采用用跨跨河河水水准准测测量量方方法。法。高程控制测量高程控制测量n高铁的高程控制测量高铁的高程控制测量n高高速速铁铁路路工工程程测测量量规规范范 对对高高铁铁的的高高程程控控制制网网基基准准作作如如下下规规定定:水水
10、准准基基点点控控制制网网应应以以国国家家一一等等水水准准点点为为起起算算数数据据，采采用用固固定定数数据据平平差差和和1985 国国家家高高程程基基准准；CPIII控控制制点点应应附附合合于于水水准准基点控制网上，采用固定数据平差。基点控制网上，采用固定数据平差。n高高速速铁铁路路工工程程测测量量规规范范 4,5.4规规定定：水水准准基基点点应应按按二二等等水水准准测测量量要要求求往往返返施施测测。二二等等水水准准路路线线一一般般150km 与与国国家家一一等等水水准准点联测一次，最长不应超过点联测一次，最长不应超过400km 联测一次。联测一次。n高速高速铁路工程测量铁路工程测量规范规范 4
11、.6规定：规定： CPIII控制点高程测量工控制点高程测量工作应在作应在CPIII平面测量完成后进行，起闭于二等水准基点。平面测量完成后进行，起闭于二等水准基点。数据质量控制数据质量控制n水准测量的实施水准测量的实施n通通常常从从一一个个水水准准点点开开始始，按按照照一一定定的的水水准准路路线线引测出所需其它水准点的高程。引测出所需其它水准点的高程。n测站、转点、测段、水准线路。测站、转点、测段、水准线路。n往返观测。往返观测。n具体的规定要求摘录如下：n水准基点控制网的二等水准路线一般150km 与国家一等水准点联测，最长不应超过400km 联测一次。CPIII控制点高程测量工作应在CP平面
12、测量完成后进行，并起闭于水准基点控制网的二等水准基点。n基于普通光学水准仪的二等水准测量测站观测顺序为：往测奇数站为“后前前后”，偶数站为“前后后前”；返测奇数站为“前后后前”，偶数站为“后前前后”。 基于数字水准仪的二等水准测量测站观测顺序为：奇数站为“后前前后”，偶数站为“前后后前”。水准往返测应该分时段进行。n水准测量所使用的仪器及水准尺，应满足：“水准仪视准轴与水准管轴的夹角，DS1 级不应超过15；水准尺上的米间隔平均长与名义长之差，对于因瓦水准尺，不应超过0.15mm，对于双面水准尺，不应超过0.5mm；二等水准测量采用补偿式自动安平水准仪时，其补偿误差不应超过0.2”。n观测读数
13、和记录的数字取位应满足：“使用DS05 或DS1 级仪器，应读记至0.05mm 或0.1mm；使用数字水准仪应读记至0.01mm”。数据质量控制数据质量控制n水准基点水准基点测量的实施测量的实施n按国家水准测量规范和按国家水准测量规范和高速高速铁路工程测量铁路工程测量规范规范 规定：规定：1.二等水准测量只能采用往返测方式；二等水准测量只能采用往返测方式；2.采用采用DS1级以上精度的水准仪；级以上精度的水准仪；3.同同一一测测段段的的往往返返测测应应分分别别在在上上午午与与下下午午进进行行，如如气气象象条条件件稳稳定定，往往返返测测可可同同在在上上午午或或下下午午进进行行，但但这这种种里里程
14、程的的总总站站数不应超过该区段（线路）总站数的数不应超过该区段（线路）总站数的30%。数据质量控制数据质量控制nCPIII高程高程测量的实施测量的实施nCPIII的的高高程程测测量量采采用用精精密密水水准准测测量量方方法法，是是一一种种界界于于国国家家二二等等和和三三等等水水准准测测量量之之间间的的等等级级水水准准测测量量。按按高高速速铁铁路路工工程程测测量量规规范范 精精神神，在在作作业业实实施施上上按按二二等等水水准准方方法法执执行行，只只是是在在具具体体的的精精度度要要求求指指标标上上较较二二等等水水准准有有一一定降低。定降低。数据质量控制数据质量控制n单一测站水准测量的检核单一测站水准
15、测量的检核n视线高度的要求、视距、视距差的要求、仪器视线高度的要求、视距、视距差的要求、仪器标准：标准：数据质量控制数据质量控制n单一测站水准测量的检核单一测站水准测量的检核n测站观测限差测站观测限差数据质量控制数据质量控制n一条水准线路测量的检核一条水准线路测量的检核n积累视距差的要求；积累视距差的要求；n观测时间的要求；观测时间的要求；n测段往返测高差较差要求；测段往返测高差较差要求；n水准线路的高差闭合差要求。水准线路的高差闭合差要求。数据质量控制数据质量控制n水准测量总体质量检核水准测量总体质量检核n每公里水准测量的偶然中误差；每公里水准测量的偶然中误差；n每公里水准测量的全中误差。每
16、公里水准测量的全中误差。数据质量控制数据质量控制nM和和Mw 符符合合规规定定，表表明明沿沿线线路路的的水水准准测测量量精精度度是合格的；如不符要求，应对超限路线重测。是合格的；如不符要求，应对超限路线重测。n经经检检查查，各各项项技技术术指指标标均均合合格格的的整整网网或或分分段段的的水水准观测数据才可以进行内业的平差数据计算。准观测数据才可以进行内业的平差数据计算。成果分析成果分析n为为了了保保证证控控制制点点提提供供的的高高程程基基准准的的正正确确性性，在在工工程程建建设设的的过过程程中中，经经常常需需要要对对已已有有高高程程控控制制点点进进行复测和检测，确保高程控制点的稳定。行复测和检
17、测，确保高程控制点的稳定。n复复测测和和检检测测在在进进行行平平差差数数据据处处理理时时，引引入入的的高高程程基准应与原成果一致。基准应与原成果一致。n常常用用的的复复测测和和检检测测成成果果分分析析方方法法有有两两种种：高高差差比比对和高程比对。对和高程比对。成果分析成果分析n高高差差比比对对用用以以比比较较分分析析相相同同高高程程点点之之间间的的高高差差，可以反映出地表相对高程变化；可以反映出地表相对高程变化；n高高程程比比对对用用以以比比较较分分析析相相同同高高程程点点的的高高程程，可可以以反映出地表整体的高程变化。反映出地表整体的高程变化。n无无论论那那种种比比对对方方式式，只只有有在
18、在比比对对差差异异超超出出相相应应等等级级水水准准测测量量精精度度的的限限差差指指标标时时，才才能能说说这这种种高高差差或或变变化化是是显显著著的的，并并考考虑虑更更新新高高程程成成果果。否否则则，应沿用原高程成果。应沿用原高程成果。 成果分析成果分析n复复测测、检检测测与与成成果果取取舍舍：较较差差（闭闭合合差差）限限制制原原则、成果最新原则、平均性原则。则、成果最新原则、平均性原则。n测测段段复复测测与与原原测测时时间间超超过过了了三三个个月月，且且复复测测高高差差与与原原测测高高差差之之差差超超过过检检测测限限差差时时，须须进进行行测测段段两两端点可靠性的检测。端点可靠性的检测。n检测测
19、段长度小于检测测段长度小于1km 时，按时，按1km 计算。计算。n高程比对分析与增补点成果应用高程比对分析与增补点成果应用成果分析成果分析n实实际际水水准准测测量量中中使使用用高高精精度度仪仪器器进进行行低低等等级级水水准准观观测测时时，如如果果计计算算得得到到的的每每公公里里水水准准测测量量的的偶偶然然中中误误差差没没有有达达到到仪仪器器应应有有的的标标称称精精度度，则则应应怀怀疑疑仪仪器器的的工工作作状状况况不不正正常常，即即使使总总体体上上水水准准等等级级的的精精度度指指标标满满足足了了，对对水水准准观观测测的的数数据据应应该该慎慎重重使使用用。因因为为，一一台台工工作作不不正正常常的
20、的仪仪器器，提提供供的的观观测测数据是不可靠的。数据是不可靠的。 成果分析成果分析n按规定提交技术总结按规定提交技术总结n按规定上交资料按规定上交资料技技术术设设计计书书、水水准准线线路路图图、仪仪器器检检定定报报告告副副本本、技技术术总总结结、成果（验收）报告、观测数据和手薄。成果（验收）报告、观测数据和手薄。成成果果报报告告包包括括“点点号号、距距离离、往往返返测测高高差差、往往返返测测不不符符值值、限差、复测高差和原高差的成果比较限差、复测高差和原高差的成果比较”。第第II部分部分 平面控制平面控制n位置基准与坐标系位置基准与坐标系n平面控制测量平面控制测量n数据质量控制数据质量控制n数
21、据平差与成果分析数据平差与成果分析位置基准与坐标系位置基准与坐标系n参考椭球参考椭球n水准面是个物理面，不是数学面；水准面是个物理面，不是数学面；n长长期期测测量量实实践践研研究究表表明明：地地球球形形状状极极近近似似于于一一个个两两极极稍稍扁扁的的旋旋转转随随球球，即即一一个个椭椭圆圆绕绕其其短短轴轴旋旋转转而而成成的的形形体体。旋旋转转椭椭球球面面是是可可以以用用较较简简单单的的数数学学公公式式准准确确地地表表达达出出来来。因因而而测测量量工工作作中中就就是是用用这这样样一一个个规规则则的的曲曲面面代代替替大大地地水水准准面面作作为测量计算的基准面。为测量计算的基准面。位置基准与坐标系位置
22、基准与坐标系n参考椭球参考椭球n用来代表地球形状的旋转椭球称为大地椭球用来代表地球形状的旋转椭球称为大地椭球 ；n大大地地椭椭球球的的形形态态和和大大小小由由两两个个元元素素确确定定：长长半半径径“a”和和短短半半径径“b”，或或由由一一个个半半径径和和扁扁率率来来决决定。扁率定。扁率“a”表示椭球的扁平程度。表示椭球的扁平程度。 位置基准与坐标系位置基准与坐标系n参考椭球参考椭球n仅仅仅仅确确定定大大地地椭椭球球的的形形态态，还还不不足足以以准准确确表表述述地地表表点点位位的的相相对对和和绝绝对对关关系系，还还需需要要确确定定大大地地椭椭球球和和地地球球真真实实形形体体之之间间的的相相对对位
23、位置置关关系系（椭椭球定位和定向）。球定位和定向）。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n参考椭球参考椭球n具具有有确确定定参参数数，经经过过定定位位和和定定向向，同同全全球球或或某某一一地地区区大大地地水水准准面面最最佳佳拟拟合合的的地地球球椭椭球球叫叫做做参参考椭球。考椭球。n目前世界上采用的参考椭球有很多个。目前世界上采用的参考椭球有很多个。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标系坐标系所所谓谓坐坐标标系系，包包含含两两方方面面的的内内容容：一一是是在在把把大大地地水水准准面面上上的的测测量量成成果果化化算算到到椭椭球球体体面面上上的的计计算算工工作作中中，所所采采用用的的椭椭球球的的大大小
24、小形形状状；二二是是椭椭球球体体与与大大地地水水准准面面的的相相关关位位置置不不同同，对对同同一一点点的的地地理理坐坐标标所所计计算算的的结结果果将将有有不不同同的的值值。因因此此，选选定定了了一一个参考椭球，就确定了一个坐标系。个参考椭球，就确定了一个坐标系。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标系（空间）坐标系（空间）以以参参考考椭椭球球为为基基准准的的坐坐标标系系叫叫做做参参心心坐坐标标系系。参参心心坐坐标标系系分分为为空空间间直直角角坐坐标标系系和和大大地地坐坐标标系系，它它们们都都与与地地球球体体固固连连，又又称称为为地地固固坐坐标标系系。以以地地心心为为原原点点的的地地固固坐坐标标
25、系系则则称称地地心心地地固固坐坐标标系系，主主要要用于描述地面点的相对位置。用于描述地面点的相对位置。空空间间直直角角坐坐标标用用（x, y, z）表表示示，大大地地坐坐标标用用（B, L, H）表示，它们之间可以方便的相互转换）表示，它们之间可以方便的相互转换 。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标系（空间）坐标系（空间）大大地地坐坐标标系系一一点点的的位位置置用用纬纬度度B、经经度度L和和大大地地高高H表表示示。经经线线和和纬纬线线是是地地球球表表面面上上两两组组正正交交（相相交交为为90 度度）的的曲曲线线，这这两两组组正正交交的的曲曲线线构构成成的的坐坐标标，也也称称为为地地理理坐坐
26、标标系系。点点沿沿法法线线至至椭椭球球面面的的距距离为大地高，若点在椭球面上，离为大地高，若点在椭球面上，H=0。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标系（空间）坐标系（空间）空空间间直直角角坐坐标标系系以以椭椭球球中中心心O O为为原原点点，起起始始子子午午面面与与赤赤道道面面交交线线为为X X轴轴，在在赤赤道道面面上上与与X X轴轴正正交交的的方方向向为为Y Y轴轴，椭椭球球体体的的旋旋转转轴轴为为Z Z轴轴，构构成成右右手手坐坐标标系系O-XYZO-XYZ。地地球球北北极极是是地地心心地地固固坐坐标标系系的的基基准准指指向向点点，地地球球北极的变动将引起坐标轴方向的变化。北极的变动将引起
27、坐标轴方向的变化。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标系（基准与框架）坐标系（基准与框架）地地心心地地固固坐坐标标系系是是建建立立在在一一定定的的大大地地基基准准上上的的，用用于于表表达达地地球球表表面面空空间间位位置置及及其其相相对对关关系系的的数数学学参参照照系系。这这里里谈谈到到的的大大地地基基准准是是指指能能够够最最佳佳拟拟合合地地球球形形状状的的地地球球椭椭球球的的参参数数及及椭椭球球定定位位和和定定向向。具具体体的的坐坐标标参参考考框框架架是是上上述述大大地地基基准准的的一一个个物物理理实实现现，它它通通过过一一系系列列高高精精度度控控制制点点的的空空间间直直角角坐坐标或大地坐标
28、来确定。标或大地坐标来确定。 位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标系（基准与框架）坐标系（基准与框架）不不同同的的坐坐标标框框架架的的建建立立可可以以是是因因为为参参考考椭椭球球形形态态选选用用不不相相同同，也也可可以以是是参参考考椭椭球球的的定定向向、定定位位不不相相同同。我我国国的的两两种种坐坐标标系系统统的的框框架架相相对对固固定定。GPS定定位位系系统统采采用用的的坐坐标标框框架架有有周周期期的的更更新新，但但参参考考椭椭球球参参数数没没有有变变化化，只只有有定定向向上上的的细细微微变变化化，除除非非高高精精度度的的全全球球定定位位分分析析，一一般般定定位位情情况况下下对对各各坐坐标
29、标框框架架不不做做区区别别而而是是笼笼统统地地称称为为WGS-84坐坐标标框架。框架。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标系（基准与框架）不同的坐标框架之间可以通过转换参数实现其内坐标系的变换。任意一个坐标系都是在一定的坐标框架下，通过一定的方式（空间三维、大地坐标、高斯平面坐标）来描述点位的绝对和相对位置的。方式的不同，决定了坐标系的种类不同。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标系（基准与框架）高速铁路平面精密控制网涉及使用的坐标有：1.我国54北京坐标系；2.我国80西安坐标系；3.全球IGS坐标系（框架IGS97、IGS00、IGS05，其是用GPS观测手段来对ITRF97、ITRF
30、2000、ITRF2005的一个实现或者确定） ；4.正在推广的国家2000坐标系。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标系（平面）n测量上的计算和绘图，要求最好在平面上进行，因而需要平面坐标投影。n高斯投影实现了一种空间坐标到平面直角坐标的转换，具有十分重要的应用意义 。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n高斯投影的特点n中央经线和赤道为互相垂直的直线；n中央经线投影长度变形比等于1，即没有长度变形，其余经线长度比均大于1，长度变形为正；在同一条经线上，长度变形随纬度的降低而增大，在赤道处为最大；在同一条纬线上，长度变形随经差的增加而增大，且增大速度较快；n面积变形也是距中央经线愈远，变形愈大
31、；n高斯投影后角度没有变形。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n高斯投影分带n为了保证地图的精度，采用分带投影方法，即将投影范围的东西界加以限制，使其变形不超过一定的限度，这样把许多带结合起来，可成为整个区域的投影。n我国的高铁平面精测网对投影长度变形有严格控制，要求最大变形比不超过10mm/km。尽管可以通过细分投影带，或者抬高投影面高程的方式来限制投影长度变形比，但是，在平面直角坐标的使用过程中，这种方法将增加了大量的坐标换带计算工作。 位置基准与坐标系位置基准与坐标系n高斯投影通用坐标高斯投影通用坐标规规定定以以中中央央经经线线为为X 轴轴，赤赤道道为为Y 轴轴，两两轴轴的的交交点点为为坐
32、坐标标原原点点。X坐坐标标值值在在赤赤道道以以北北为为正正，以以南南为为负；负；Y坐标值在中央经线以东为正，以西为负。坐标值在中央经线以东为正，以西为负。我我国国在在北北半半球球，X坐坐标标皆皆为为正正值值。为为了了避避免免Y坐坐标标出出现现负负值值，将将各各带带的的坐坐标标纵纵轴轴加加一一个个常常数数（100公公里里-加加常常数数）。又又由由于于采采用用了了分分带带方方法法，某某一一坐坐标标值值（x，y）在在每每一一投投影影带带中中均均有有一一个个，不不能能确确切切表表示示该该点点的的位位置置。因因此此，在在Y值值前前需需冠冠以以带带号号，这这样的坐标称为通用坐标。样的坐标称为通用坐标。 位
33、置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标转换（同一坐标系）坐标转换（同一坐标系）n空间空间空间直角坐标空间直角坐标大地坐标大地坐标n空间与平面空间与平面 高斯投影正、反算高斯投影正、反算n平面平面 高斯换带计算高斯换带计算位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标转换（同一坐标系）坐标转换（同一坐标系）n空间直角坐标空间直角坐标大地坐标大地坐标位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标转换（同一坐标系）坐标转换（同一坐标系）n 高斯投影正、反算高斯投影正、反算公公式式的的形形式式复复杂杂，但但早早已已实实现现程程序序模模块块化化，在在众众多多测测量量程程序序中中可可方方便便互互换换。只只要要选选定定椭椭球
34、球形形状状参参数数、投投影影带带宽宽和和投投影影采采用用的的中中央央子子午午线线经经度度，就就可可以以计计算算得得到到大大地地坐坐标标在在相相应应投投影影带带中中的的高高斯斯平平面面直直角角坐坐标标，（高高斯斯投投影影正正算算），或或者者相相应应投投影影带带中中的的高高斯斯平平面面直直角角坐坐标标所所对对应应的的大地坐标（高斯投影反算）。大地坐标（高斯投影反算）。 位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标转换（同一坐标系）坐标转换（同一坐标系）n高斯换带计算高斯换带计算高高斯斯投投影影坐坐标标换换带带计计算算的的方方法法为为：先先将将某某一一投投影影分分带带内内的的高高斯斯平平面面直直角角坐坐标
35、标转转换换成成通通用用的的大大地地坐坐标标，然然后后重重新新设设定定投投影影的的中中央央子子午午线线和和带带宽宽，就就可可以以得得到到在在新新的的投投影影带带中中的的高高斯斯平平面面直直角坐标。角坐标。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标转换（同一坐标系）坐标转换（同一坐标系）n空空间间三三维维直直角角坐坐标标和和高高斯斯平平面面直直角角坐坐标标之之间间不不能能直直接接相相互互转转换换，其其必必须须通通过过大大地地坐坐标标这这个个中中间间转转换换过过程程才才能能实实现现相相互互转转换换，即即它它们们之之间间的的转换是间接的。转换是间接的。 位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标转换（不同坐标
36、系）坐标转换（不同坐标系）n平面（平面（4参数法）参数法）两个平移参数、一个旋转参数、一个尺度参数两个平移参数、一个旋转参数、一个尺度参数 n空间（空间（7参数法）参数法）三个平移参数、三个旋转参数、一个尺度参数三个平移参数、三个旋转参数、一个尺度参数 位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标转换（不同坐标系）坐标转换（不同坐标系）n空间与平面（椭球参数变化）空间与平面（椭球参数变化）平面控制测量平面控制测量nGPS测量n静态n相对定位n双差求解nIGS与绝对位置基准高速高速铁路工程测量铁路工程测量规范规范 要求：为了保证勘测、施工、运营维护各阶段平面测量成果的一致性，各阶段的平面控制测量应共同
37、使用同一个GPS 基础平面控制网。平面控制测量平面控制测量nGPSGPS测量测量GPS网网的的设设计计已已免免除除了了测测角角、边边角角同同测测和和测测边边网网等等的的传传统统要要求求。它它不不需需要要点点间间通通视视，也也不不需需要要考考虑虑布布设设什什么么样样的的图图形形，也也就就更更不不需需要要考考虑虑图图形形强强度度，不不需需要要设设置置在在制制高高点点上上（哪哪里里需需要要就就可可以以设设置在哪里）置在哪里）”。所以。所以GPS网的设计是非常灵活。网的设计是非常灵活。 平面控制测量平面控制测量nGPS测量测量GPSGPS测测量量的的实实施施和和所所用用接接收收系系统统硬硬件件与与软软
38、件件的的发发展展水水平平密密切切相相关关，所所以以，关关于于GPSGPS测测量量工工作作的的作作业业细细节节，用用户户还还须须按按国国家家有有关关部部门门颁颁发发的的GPSGPS测测量量规规范范，以及所用以及所用GPSGPS接收系统的操作说明书执行。接收系统的操作说明书执行。 平面控制测量平面控制测量nGPS测量精度要求测量精度要求 通常均以网中相邻点之间的距离误差来表示通常均以网中相邻点之间的距离误差来表示 。精精度度指指标标，主主要要是是对对GPS网网的的平平面面位位置置而而言言，而而考考虑虑到到垂垂直直分分量量的的精精度度，一一般般较较水水平平分分量量为为差差，所所以以根根据据经经验验，
39、如如果果在在GPS网网中中对对垂垂直直分分量量的的精精度度进进行行要要求求，可可将将上上表表所所列列的的比比例例误误差差部部分分增增大大一倍。一倍。 高速铁路工程测量高速铁路工程测量规范规范 对高铁平面对高铁平面GPSGPS控制网的精度要求控制网的精度要求平面控制测量平面控制测量nGPS控制网布设控制网布设 nGPS网网一一般般应应采采用用独独立立观观测测边边构构成成闭闭合合图图形形，例例如如三三角角形形、多多边边形形或或附附合合线线路路，以以增增加加检检核核条件，提高网的可靠性；条件，提高网的可靠性；nGPS网网作作为为测测量量控控制制网网，其其相相邻邻点点间间基基线线向向量量的精度，应分布
40、均匀；的精度，应分布均匀；nGPS网网点点应应尽尽量量与与原原有有地地面面控控制制网网点点相相重重合合。重重合合点点一一般般不不应应少少于于3个个（不不足足时时应应联联测测），且且在在网网中中应应分分布布均均匀匀，以以利利于于可可靠靠地地确确定定GPS网与地面网之间的转换参数；网与地面网之间的转换参数；nGPS网点应考虑与水准点相重合。网点应考虑与水准点相重合。平面控制测量平面控制测量nGPS控制网布设控制网布设 n我我国国高高铁铁精精密密平平面面控控制制网网分分三三级级布布设设，实实践践中中按按四四级级进进行行布布设设。它它们们是是：坐坐标标基基准准控控制制网网（CP0）、基基础础平平面面控
41、控制制网网（CPI）、线线路路控控制制网网（CPII）和和基基桩桩控控制制网网（CPIII，非非GPS方方式式）。）。 n沿线路的点间距、线路中线间距。沿线路的点间距、线路中线间距。平面控制测量平面控制测量nGPS控制网观测控制网观测 n同步观测方式同步观测方式n异步观测方式异步观测方式(网形连接方式网形连接方式)n接接收收机机设设置置的的参参数指标数指标数据质量控制数据质量控制n平平面面控控制制测测量量广广泛泛地地采采用用GPSGPS定定位位技技术术，其其属属于于自自动动化化程程度度很很高高的的观观测测手手段段。数数据据自自动动记记录录，并并在在相相应应服服务务软软件件的的支支持持下下自自动
42、动进进行行数数据据的的后后处处理理。对对GPSGPS数数据据观观测测质质量量的的检检查查关关系系到到平平面面控制点成果的可靠性，必须足够重视。控制点成果的可靠性，必须足够重视。 数据质量控制数据质量控制n仪器设备仪器设备n有效数据量有效数据量n基线解算质量基线解算质量n同步、异步环闭合差同步、异步环闭合差n基线向量自由网平差点位精度（绝对、相对）基线向量自由网平差点位精度（绝对、相对）数据质量控制数据质量控制n仪仪器器的的标标称称精精度度指指标标是是否否满满足足相相应应等等级级GPSGPS测测量量的的精精度度要求，仪器是否检定合格；要求，仪器是否检定合格；n外外业业观观测测记记录录手手薄薄中中
43、的的观观测测时时段段信信息息、仪仪器器高高、点点名名和点号信息等是否和观测数据文件相符合；和点号信息等是否和观测数据文件相符合；n数据同步观测时间是否有效并达到规定要求；数据同步观测时间是否有效并达到规定要求；n通通过过数数据据平平滑滑、粗粗差差剔剔除除等等数数据据预预处处理理手手段段，剔剔除除的的数据比率是否满足规定要求；数据比率是否满足规定要求；数据质量控制数据质量控制n单单基基线线或或多多基基线线解解算算得得到到的的重重复复观观测测基基线线的的较较差差是是否否满足相应等级满足相应等级GPS测量的精度要求；测量的精度要求；n单单基基线线解解算算条条件件下下，要要进进行行同同步步闭闭合合环环
44、（一一般般为为三三角角形形，对对环环的的最最大大边边数数，相相应应等等级级GPS测测量量规规范范有有限限制制）的的闭闭合合差差检检查查，要要求求满满足足相相应应等等级级GPS测测量量的的精精度度要要求求；（多多基基线线解解算算条条件件下下，不不需需要要进进行行同同步步环环闭闭合合差差检查）检查）数据质量控制数据质量控制n进进行行异异步步环环（一一般般为为三三角角形形，对对环环的的最最大大边边数数，相相应应等等级级GPS测测量量规规范范有有限限制制）闭闭合合差差检检查查，要要求求闭闭合合差差满足相应等级满足相应等级GPS测量的精度要求；测量的精度要求；n进进行行GPS自自由由网网平平差差计计算算
45、后后，要要对对绝绝对对点点位位中中误误差差和和相相对对点点位位误误差差进进行行检检查查，要要求求精精度度满满足足相相应应等等级级GPS测量的要求。测量的要求。 数据平差与成果分析数据平差与成果分析n只只有有在在前前面面的的数数据据质质量量控控制制的的所所有有检检查查都都合合格格的的条条件件下，才可以进行下，才可以进行GPS基线的约束网整体平差。基线的约束网整体平差。n对对于于GPS控控制制网网的的平平差差计计算算，应应该该实实行行逐逐级级控控制制。即即CPI以以CP0为为基基准准进进行行约约束束平平差差，CPII以以CPI为为基基准准进进行约束平差。行约束平差。n复复测测（检检测测）的的平平差
46、差方方式式应应尽尽可可能能与与已已有有成成果果的的数数据据平差方式一致。平差方式一致。数据平差与成果分析数据平差与成果分析n建立全线统一坐标基准是个全局性的大问题，客运建立全线统一坐标基准是个全局性的大问题，客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定中第条提到专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定中第条提到各各阶段的平面控制测量应共同使用同一个阶段的平面控制测量应共同使用同一个GPS基础平面基础平面控制网控制网；第条提到；第条提到要全线要全线(段段)一次布网、统一测量、一次布网、统一测量、整体平差整体平差；第提到；第提到GPS平面网宜采用一个己知点和一平面网宜采用一个己知点和一个己知方向的方法进行坐标转换
47、个己知方向的方法进行坐标转换，都涉及到要建立全，都涉及到要建立全线统一坐标基准的问题。线统一坐标基准的问题。 数据平差与成果分析数据平差与成果分析n位置基准的确定位置基准的确定n建立和维护全线统一的坐标基准，明确确定所建立建立和维护全线统一的坐标基准，明确确定所建立的多个工程独立平面坐标系与全线统一的坐标基准的多个工程独立平面坐标系与全线统一的坐标基准的转换关系。的转换关系。n全线统一的坐标基准在勘测期、施工期、营运维护全线统一的坐标基准在勘测期、施工期、营运维护期应是唯一的、稳定的。期应是唯一的、稳定的。n工程独立平面坐标系只要能满足工程独立平面坐标系只要能满足暂规投影长度暂规投影长度变形的
48、限差要求，可以是多个的。但一定要用唯一变形的限差要求，可以是多个的。但一定要用唯一的、稳定的全线统一的坐标基准来统一多个的工程的、稳定的全线统一的坐标基准来统一多个的工程独立平面坐标系，否则将无法保证无碴轨道施工放独立平面坐标系，否则将无法保证无碴轨道施工放样的精度和施工、营运维护期间变形监测的有效进样的精度和施工、营运维护期间变形监测的有效进行。行。数据平差与成果分析数据平差与成果分析n位置基准的确定位置基准的确定nCP0CP0的的建建立立就就是是为为了了提提供供一一个个稳稳定定的的全全线线统统一一的的坐坐标基准，其被采纳标基准，其被采纳, ,并在京沪高铁建设中得到使用。并在京沪高铁建设中得
49、到使用。n为为了了保保证证勘勘测测、施施工工、运运营营维维护护各各阶阶段段平平面面测测量量成成果果的的一一致致性性，各各阶阶段段的的平平面面控控制制测测量量应应共共同同使使用用同同一一个个GPS平平面面位位置置基基准准，该该位位置置基基准准由由CP0确确定定。CP0的的建建立立采采用用GPS定定位位技技术术实实现现，具具体体技技术术标标准准执执行行国国家家“B”级级GPS控控制制网网的的标标准准，只只是是在在点点间间距距上相对加密以满足铁路工程建设的需要。上相对加密以满足铁路工程建设的需要。数据平差与成果分析数据平差与成果分析nCP0确定位置基准的优点确定位置基准的优点nCP0通通过过联联测测
50、IGS固固定定参参考考站站（测测站站坐坐标标是是精精确确已已知知的的，测测站站观观测测数数据据是是连连续续和和免免费费共共享享的的），不不必必在在沿沿线线国国家家三三角角点点上上设设站站，就就获获取取了了一一个个服服务务于于京京沪高速铁路建设的沪高速铁路建设的WGS-84基准；基准；nCP0的的稳稳定定性性是是实实时时被被监监控控的的，网网的的内内符符合合精精度度高高，避避免免了了因因联联测测国国家家三三角角点点所所带带来来的的精精度度损损失失，从从而而在在服服务务于于京京沪沪高高速速铁铁路路建建设设的的过过程程中中，具具有有较较好好的的精精度度储储备备而而在在加加密密和和后后续续测测量量中中
51、有有较较大大的的精精度度调调整整余地，着实保障京沪高速铁路的顺利建设；余地，着实保障京沪高速铁路的顺利建设；数据平差与成果分析数据平差与成果分析nCP0确定位置基准的优点确定位置基准的优点n对对于于京京沪沪沿沿线线众众多多的的工工程程独独立立平平面面坐坐标标系系统统而而言言，全全线线统统一一的的坐坐标标框框架架对对长长度度投投影影变变形形和和坐坐标标换换带带计计算算的的实实施施和和检检核核提提供供了了概概念念明明确确，使使用用方方便便，稳稳定定可可靠靠的的平平台台，避避免免因因使使用用多多个个工工程程独独立立平平面面坐坐标标系系而带来的粗差。而带来的粗差。n建建立立GPS基基准准网网尽尽管管在
52、在建建立立初初期期需需要要增增加加观观测测和和数数据据处处理理上上的的工工作作量量和和投投入入。但但是是，在在后后续续进进行行的的网网的的复复测测工工作作中中将将因因无无需需联联测测国国家家三三角角点点而而降降低低总总体体的测量成本的测量成本 数据平差与成果分析数据平差与成果分析n平差方法与位置基准的引入（平差方法与位置基准的引入（CPI）CPI以以CP0为为基基准准进进行行约约束束平平差差时时，适适宜宜整整网网进进行行平平差差数数据据处处理理。全全网网进进行行平平差差数数据据处处理理有有困困难难时时，至至少少应应该该保保证证一一个个分分段段（至至少少包包含含2个个CP0控控制制点点）的的范范
53、围围内内进进行行局局部部网网的的整整体体平平差差数数据据处处理理。在在这这种种情情况况下下，必必须须进进行行分分段段相相连连接接地地带带CPI点点位位的的平平顺顺连连接接性性检检查查，即即连连接接处处附附近近点点位位的的坐坐标标较较差差必必须须满满足足规规定定要要求求，点点位位相对误差也要满足要求。相对误差也要满足要求。 数据平差与成果分析数据平差与成果分析n平差方法与位置基准的引入（平差方法与位置基准的引入（CPI）按按暂暂规规精精神神，在在提提出出并并应应用用于于实实际际建建网网后后， CPI以以CP0为为基基准准进进行行约约束束平平差差应应在在三三维维空空间间直直角角坐坐标标系系下下进行
54、。进行。 CPI先先进进行行高高斯斯投投影影获获得得平平面面直直角角坐坐标标后后，再再进进行行平平面面的的CP0坐坐标标约约束束平平差差处处理理，得得到到的的坐坐标标成成果果包包含含有有一定的系统误差（高斯投影变形所引起）一定的系统误差（高斯投影变形所引起） 。数据平差与成果分析数据平差与成果分析n平差方法与位置基准的引入（平差方法与位置基准的引入（CPI）CPI以以CP0为为基基准准进进行行约约束束平平差差后后，再再进进行行高高斯斯投投影影便便可以获得所需要的投影带内的平面直角坐标。可以获得所需要的投影带内的平面直角坐标。考考虑虑高高斯斯投投影影变变形形，只只有有在在沿沿经经度度的的线线路路
55、地地段段（纬纬度度跨跨度度小小），方方可可直直接接在在二二维维高高斯斯平平面面直直角角坐坐标标系系下下进进行。行。数据平差与成果分析数据平差与成果分析n平差方法与位置基准的引入（平差方法与位置基准的引入（CPII）nCPII平差同样应以平差同样应以CPI为基准做整网约束平差处理；为基准做整网约束平差处理；n当当整整网网平平差差有有困困难难时时，CPII也也可可以以以以CPI为为基基准准进进行行分分段段约约束束平平差差，但但是是相相邻邻地地段段的的CPII也也必必须须进进行行CPII点点位位的的平平顺顺连连接接性性检检查查；同同时时，但但应应避避免免分分段段过过于于琐琐碎碎（短短）而而导导致致因
56、因CPI点点位位误误差差带带来来的的位位置置基准的不一致；基准的不一致；nCPII的的平平差差应应采采用用全全部部（分分段段内内）稳稳定定的的CPI点点做做约束，不应该有选择的选定部分约束，不应该有选择的选定部分CPI点做平差约束；点做平差约束；数据平差与成果分析数据平差与成果分析n平顺性分析平顺性分析n不不同同分分段段之之间间应应该该进进行行CPIICPII控控制制点点的的衔衔接接平平顺顺性性检检查（相对点位误差检查）；查（相对点位误差检查）；n必必要要时时，相相邻邻分分段段应应进进行行统统一一平平差差处处理理，并并延延伸伸检检查衔接查衔接CPIICPII控制点的平顺性；控制点的平顺性；n平
57、平顺顺性性检检查查是是保保证证线线路路点点位位相相对对精精度度的的重重要要手手段段，连连接接点点（公公共共点点）坐坐标标较较差差和和相相邻邻点点的的相相对对点点位位误误差是评价平顺性的指标。差是评价平顺性的指标。数据平差与成果分析数据平差与成果分析n平平差差获获取取的的坐坐标标成成果果，不不但但要要做做绝绝对对点点位位误误差差的的分分析析和和检检查查，还还要要做做相相邻邻点点位位间间的的相相对对误误差差检检查查。只只有有上上述述两两项项标标准准都都满满足足的的情情况况下下，约约束束平平差差的的最最终终成成果果才才可应用于工程实际。可应用于工程实际。数据平差与成果分析数据平差与成果分析n应应注注
58、意意CPI、CPII相相邻邻分分段段地地带带的的点点位位的的衔衔接接平平顺顺性性检查。检查。nCPI以以CP0为为基基准准进进行行约约束束平平差差和和CPII以以CPI为为基基准准进进行约束平差都应该在三维空间直角坐标系下进行。行约束平差都应该在三维空间直角坐标系下进行。 n复复测测（检检测测）的的成成果果必必须须进进行行内内部部精精度度和和可可靠靠性性的的检检查后，才可以进行与原成果的比对分析。查后，才可以进行与原成果的比对分析。数据平差与成果分析数据平差与成果分析n复复测测（检检测测）的的坐坐标标成成果果与与原原有有成成果果的的差差异异在在限限差差范范围内的围内的,表明点位是稳定的表明点位是稳定的,应该应用原有成果。应该应用原有成果。n复复测测（检检测测）的的坐坐标标成成果果与与原原有有成成果果的的差差异异超超出出限限差差范范围围,结结合合分分析析复复测测（检检测测）坐坐标标较较差差超超限限点点与与其其相相邻邻点点之之间间的的相相对对位位置置误误差差,以以及及这这些些相相邻邻点点的的坐坐标标较较差差的的情情况况下下,对对点点位位的的位位移移作作出出判判定定。确确实实发发生生位位移移的的点点，应使用复测（检测）成果。应使用复测（检测）成果。欢迎交流、合作与讨论谢谢
