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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置精测网坐标系与数据处置主讲：李主讲：李 鹏鹏手机：手机：88370605 88370605 邮箱：邮箱：leepcnqq leepcnqq 第第I I部分部分 高程控制高程控制n高程基准高程基准n高程控制丈量高程控制丈量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大地水准面大地水准面n自然静止的液体外表构成水准面自然静止的液体外表构成水准面, ,其在物理意其在物理意义上属于一个重力位等位等势的外表。义上属于一个重力位等位等势的外表。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大地水准面是经过假定平
2、均海水面位置的水大地水准面是经过假定平均海水面位置的水准面。其向陆地内部延伸构成一个封锁的曲准面。其向陆地内部延伸构成一个封锁的曲面，这个曲面内部所包含的地球空间称为大面，这个曲面内部所包含的地球空间称为大地体。地体。 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我国大地水准面定义为经过黄海平均海水面我国大地水准面定义为经过黄海平均海水面的水准面，其是我国高程丈量的基准面、起的水准面，其是我国高程丈量的基准面、起算面。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高程铅垂间隔、高差；高程铅垂间隔、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
3、高程) )。高程基准高程基准n高程控制点高程控制点n我我国国高高程程控控制制点点俗俗称称水水准准点点 BM BM ( ( Bench Bench Mark )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n1956 1956 年在青岛设立水准年在青岛设立水准原点，全国其他一切等级高原点，全国其他一切等级高程控制点的绝对高程都是根程控制点的绝对高程都是根据青岛水准原点，按水准观据青岛水准原点，按水准观测方法进展推算的。测方法进展推算的。n我国先后运用两个高程基准我国先后运用两个高程基准n19591959公布、水准原点高程公布、水准原点高程72.289m72.289m、 “56
4、 “56黄黄海高程基准海高程基准n19871987公布、水准原点高程公布、水准原点高程72.2604m72.2604m、“85“85国国家高程基准家高程基准高程基准高程基准n我国国家水准控制网共进展三期建立：n第一期， 1976 年以前完成，以1956 年黄海高程系统为基准的一、二等网完成。n第二期， 1976 年至1990 年完成，以1985 年国家高程系统为基准的一、二等水准网完成。n第三期， 1990 年后进展的以1985 年国家高程系统为基准的国家一等水准网的复测和部分地域二等水准网加密.n在实践运用国家水准点成果时要留意成果所属期次与起算基准。n 高程基准高程基准n高高铁客运客运专线
5、的高程基准的高程基准n 第第1.0.41.0.4条条规定定“客客运运专线无无碴轨道道铁路工程丈量的高程系路工程丈量的高程系统采采用用19851985国家高程基准。个国家高程基准。个别地段无地段无19851985国家国家高程基准的水准点高程基准的水准点时，可援用其它高程系，可援用其它高程系统或以独立高程起算，但在全或以独立高程起算，但在全线高程丈量高程丈量贯穿穿后，后，应消除断高，消除断高，换算成算成1985 1985 国家高程基准；国家高程基准；当采用当采用19851985国家高程基准有困国家高程基准有困难时，亦，亦应换算成全算成全线一致的高程系一致的高程系统。高程控制丈量高程控制丈量n高程丈
6、量的主要方法高程丈量的主要方法n水准丈量：利用水准仪的程度视野来丈量两水准丈量：利用水准仪的程度视野来丈量两点间的高差，进展高程的推算。点间的高差，进展高程的推算。n三角高程丈量：经过丈量两点间的平距斜三角高程丈量：经过丈量两点间的平距斜距和竖直角，再利用三角函数获取两点间距和竖直角，再利用三角函数获取两点间的高差，进展高程的推算。的高差，进展高程的推算。高程控制丈量高程控制丈量n我国国家高程控制网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展三期建立；我国国家水准控制网共进展三期建立；n国家一等水准网共布设国家一等水准网共布设289289条，总长条，总长93360km93360km，埋
7、设固定水准标石，埋设固定水准标石2 2万余座；万余座；n国家二等水准网共布设国家二等水准网共布设1 1条道路，总长条道路，总长368km368km，埋设固定水准标石，埋设固定水准标石3300033000多座；多座；n国家一、二等水准网分等级平差。一等网大国家一、二等水准网分等级平差。一等网大陆整体平差，二等网以一等水准点为控制进陆整体平差，二等网以一等水准点为控制进展平差。展平差。高程控制丈量高程控制丈量n高铁的高程控制丈量高铁的高程控制丈量n 对高铁的高程控制对高铁的高程控制丈量作了详细规定：丈量作了详细规定：n1 1、全线按国家二等水准丈量精度要求施测，、全线按国家二等水准丈量精度要求施测
8、，建立水准基点控制网；建立水准基点控制网；n2 2、在、在CPIIICPIII平面控制网布点完成后，按精平面控制网布点完成后，按精细水准丈量精度界于国家二、三等水准丈细水准丈量精度界于国家二、三等水准丈量精度之间要求施测，进展量精度之间要求施测，进展CPIIICPIII高程丈量。高程丈量。高程控制丈量高程控制丈量n高铁的高程控制丈量高铁的高程控制丈量n 对对高高铁铁的的高高程程控控制制丈丈量量的规定的规定n注注：1 1 长长大大桥桥隧隧及及特特殊殊路路基基构构造造施施工工高高程程控控制制网网等级应按相关专业要求执行；等级应按相关专业要求执行；n高高程程控控制制主主要要采采用用水水准准丈丈量量方
9、方法法，部部分分高高程程控控制制采用光电测距三角高程丈量方法。采用光电测距三角高程丈量方法。控制网级别控制网级别测量等级测量等级点间距点间距线路水准基点测量二等2kmCP控制点高程测量精密水准100m高程控制丈量高程控制丈量n高铁的高程控制丈量高铁的高程控制丈量n 1.0.51.0.5和和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: :在在国国家家控控制制点点满满足足平平面面、高高程程控控制制要要求求的的情情况况下下，应应优优先先采采用用国国家家控控制制点点作作为为高高速速铁铁路路的的平平面面高高程控制点。程控制点。n 4.5.44.5.4规规定定：水水准准基基点点应应按
10、按二二等等水水准准丈丈量量要要求求施施测测。水水准准道道路路普普通通150km 150km 与与国国家家一一、二二等等水水准准点点联联测测一次，最长不应超越一次，最长不应超越400km 400km 联测一次。联测一次。n 4.6.14.6.1规规定定： CPIIICPIII控制点应附合于线路水准基点。控制点应附合于线路水准基点。数据质量控制数据质量控制n水准丈量的实施水准丈量的实施n通常从一个水准点开场，按照一定的水准通常从一个水准点开场，按照一定的水准道路引测出所需其它水准点的高程。道路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、双仪器高
11、观测。往返观测、双仪器高观测。数据质量控制数据质量控制n水准基点丈量的实施水准基点丈量的实施n按按国国家家水水准准丈丈量量规规范范和和规定：规定：n二等水准丈量只能采用往返测方式；二等水准丈量只能采用往返测方式；n采用采用DS1级以上精度的水准仪；级以上精度的水准仪；n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展展，如如气气候候条条件件稳稳定定，往往返返测测可可同同在在上上午午或或下下午午进进展展，但但这这种种里里程程的的总总站站数数不不应应超超越该区段线路总站数的越该区段线路总站数的30%。数据质量控制数据质量控制nCPIII高程丈量的实施高程丈量的实施nCPI
12、II的的高高程程丈丈量量采采用用精精细细水水准准丈丈量量方方法法，是是一一种种介介于于国国家家二二等等和和三三等等水水准准丈丈量量之之间间的的等等级级水水准准丈丈量量。按按精精神神，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，只只是是在在详详细细的的精精度度要要求求目目的的上上较较二二等等水准有一定降低。水准有一定降低。数据质量控制数据质量控制n单一测站水准丈量的检核单一测站水准丈量的检核n视野高度的要求、视距、视距差的要求、视野高度的要求、视距、视距差的要求、仪器规范：仪器规范：等级等级水准仪水准仪最低型最低型号号水准尺类水准尺类型型视距视距（m）前后视距前后视距差差（m）
13、测段的前测段的前后视后视距累积差距累积差（m）视线高度视线高度（m）二等DS1因瓦3且501.56.02.8且0.55精密水准DS1因瓦3且602.06.02.8且0.45数据质量控制数据质量控制n单一测站水准丈量的检核单一测站水准丈量的检核n测站观测限差测站观测限差 mm 项目项目 等级等级基辅分划读基辅分划读数之差数之差基辅分划所基辅分划所测高差之差测高差之差检测间歇点检测间歇点高差之差高差之差上下丝读数上下丝读数平均值与中平均值与中丝读数之差丝读数之差二等0.50.713精密水准0.50.713数据质量控制数据质量控制n一条水准线路丈量的检核一条水准线路丈量的检核n累积视距差的要求；累积
14、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水准丈量总体质量检核水准丈量总体质量检核n每公里水准丈量的偶尔中误差；每公里水准丈量的偶尔中误差；n每公里水准丈量的全中误差。每公里水准丈量的全中误差。等级等级路线长度路线长度（km）观测次数观测次数往返较差往返较差或闭合差或闭合差（mm）与已知点联测附合或环线二等400km往返往返4精密水准3km往返往返单程闭合环8等级等级测量偶然测量偶然中误差中误差M（mm）每千米水每千米水准测量全准测量全中误差中误差Mw（mm）
15、检测已测检测已测段高差之段高差之差差往返测往返测不符值不符值附合路线附合路线或环线闭或环线闭合差合差左右路线左右路线高差不符高差不符值值附合路线附合路线或环线闭或环线闭合差合差左右路线左右路线高差不符高差不符值值二等12644精密248868数据质量控制数据质量控制nM和和Mw 符符合合规规定定，阐阐明明沿沿线线路路的的水水准准丈丈量量精精度度是合格的；如不符要求，是合格的；如不符要求，应对应对超限道路重超限道路重测测。n经经检检查查，各各项项技技术术目目的的均均合合格格的的整整网网或或分分段段的的水水准准观测观测数据才可以数据才可以进进展内展内业业的平差数据的平差数据计计算。算。成果分析成果
16、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，在在工工程程建建立立的的过过程程中中，经经常常需需求求对对已已有有高高程程控控制制点点进进展复测和检测，确保高程控制点的稳定。展复测和检测，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展展平平差差数数据据处处置置时时，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一一样样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
17、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一一样样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，只只需需在在比比对对差差别别超超出出相相应应等等级级水水准准丈丈量量精精度度的的限限差差目目的的时时，才才干干说说这这种种高高差差或或变变化化是是显显著著的的，并并思思索索更更新新高高程程成成果果。否否那那么么，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那那么么、成成果果最最新新原原那那么么、平平均均性性原
18、原那那么么、端端点点外外推原那么。推原那么。n测测段段复复测测与与原原测测时时间间超超越越了了三三个个月月，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越越检检测测限限差差时时，须须进进展展测测段段两两端点可靠性的检测。端点可靠性的检测。n检测测段长度小于检测测段长度小于1km 时，按时，按1km 计算。计算。成果分析成果分析n实实践践水水准准丈丈量量中中运运用用高高精精度度仪仪器器进进展展低低等等级级水水准准观观测测时时，假假设设计计算算得得到到的的每每公公里里水水准准丈丈量量的的偶偶尔尔中中误误差差没没有有到到达达仪仪器器应应有有的的标标称称精精度度，那那么么应应疑疑心心仪仪器器的
19、的任任务务情情况况不不正正常常，即即使使总总体体上上水水准准等等级级的的精精度度目目的的满满足足了了，对对水水准准观观测测的的数数据据应应该该慎慎重重运运用用。由由于于，一一台台任任务务不不正正常常的的仪仪器器，提提供供的的观观测数据是不可靠的。测数据是不可靠的。 成果分析成果分析n按按规定提交技定提交技术总结n按按规定上交定上交资料料n技技术设计书、水水准准线路路图、仪器器检定定报告告副副本本、技技术总结、成成果果验收收报告告、观测数数据据和和手手薄薄。n成成果果报告告包包括括“点点号号、间隔隔、往往返返测高高差差、往往返返测不不符符值、限限差差、复复测高高差差和和原原高高差差的的成成果果比
20、比较。第第IIII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平面控制丈量平面控制丈量n数据质量控制数据质量控制n数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长长期期丈丈量量实实际际研研讨讨阐阐明明：地地球球外外形形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。因因此此丈丈量量任任务务中中就就是
21、是用用这这样样一一个个规规那那么么的的曲曲面面替替代代大大地地水水准准面面作作为为丈丈量量计计算算的的基基准准面。面。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n参考参考椭球球n用用来来代代表表地地球球外外形形的的旋旋转椭球球称称为大大地地椭球球 ；n大大地地椭球球的的形形状状和和大大小小由由两两个个元元素素确确定定：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议。扁扁率率“a表表示示椭球球的的扁扁平平程度。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状状，还还缺缺乏乏以以准准确确表表述述地地表表点点位位的的相相
22、对对和和绝绝对对关关系系，还还需需求求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置关系椭球定位和定向。位置关系椭球定位和定向。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n椭球定位是指确定椭球中心的位置，可分为两类：椭球定位是指确定椭球中心的位置，可分为两类：部分定位和地心定位。部分定位要求在一定范围内部分定位和地心定位。部分定位要求在一定范围内椭球面与大地水准面有最正确的符合，而对椭球的椭球面与大地水准面有最正确的符合，而对椭球的中心位置无特殊要求；地心定位要求在全球范围内中心位置无特殊要求；地心定位要求在全球范围内椭球面与大地水准面有最正确的符合，同时要求椭椭球面与大地
23、水准面有最正确的符合，同时要求椭球中心与地球质心一致或最为接近。球中心与地球质心一致或最为接近。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n椭球定向是指确定椭球旋转轴的方向，不论是部椭球定向是指确定椭球旋转轴的方向，不论是部分定位还是地心定位，都应满足两个平行条件：分定位还是地心定位，都应满足两个平行条件：n椭球短轴平行于地球自转轴；椭球短轴平行于地球自转轴；n大地起始子午面平行于天文起始子午面。大地起始子午面平行于天文起始子午面。n这两个平行条件是人为规定的，其目的在于这两个平行条件是人为规定的，其目的在于简化坐标转换之间的换算。简化坐标转换之间的换算。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n参考椭球参考椭
24、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域域大大地地水水准准面面最最正正确确拟拟合合的的地地球球椭球叫做参考椭球。椭球叫做参考椭球。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n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丈丈量量成成果果化化算算到到椭椭球球面面子子上上的的计计算算任任务务中中，所所采采用用的的椭椭球球的的大大小小外外形形；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
25、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个参参考椭球，就确定了一个坐标系。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n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系系那那么么称称地地心心地地固固坐坐标标系系，主主要要用用于于描描画画地面点的相对位置。地面点的相对
26、位置。n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表表示示，它它们们之之间间可可以以方方便的相互转换便的相互转换 。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n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外外表表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标标系系。点点沿沿法法线线至至椭椭球球面面的的间间隔隔为为大大地地高高，假设点在椭球面上，假设点在椭球面上，H=0。
27、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n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轴轴，在在赤赤道道面面上上与与X轴轴正正交交的的方方向向为为Y轴轴，椭椭球球体体的的旋旋转转轴为轴为Z轴，构成右手坐标系轴，构成右手坐标系O-XYZ。n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，地地球球北北极极的的变变动动将将引引起起坐坐标标轴轴方方向向的的变化。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n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
28、地地基基准准上上的的，用用于于表表达达地地球球外外表表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可可以以最最正正确确拟拟合合地地球球外外形形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。详详细细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，它它经经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坐标或大地坐标来确定。角坐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n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
29、是由由于于参参考考椭椭球球形形状状选选用用不不一一样样，也也可可以以是是参参考考椭椭球球的的定定向向、定定位位不不一一样样。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，只只需需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，普普通通定定位位情情况况下下对对各各坐坐标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坐标框架。坐标框架。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n不同的坐标框架之
30、间可以经过转换参数实现其内坐标系的变换。恣意一个坐标系都是在一定的坐标框架下，经过一定的方式空间三维、大地坐标、高斯平面坐标来描画点位的绝对和相对位置的。方式的不同，决议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n高速铁路平面精细控制网涉及运用的坐标有：n我国54北京坐标系；n我国80西安坐标系；n2000国家大地坐标系， 2019年7月1日起启用；n全球IGS坐标系框架IGS97、IGS00、IGS05，其是用GPS观测手段来对ITRF97、ITRF2000、ITRF2019的一个实现或者确定 。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n与IGS台站或国家2000大地坐标
31、系下的高等级GPS点A、B级联测，直接获取的成果坐标就是2000国家大地坐标或WGS-84坐标；n国家三角点成果通常只能获取54北京或80西安坐标框架下的高精度高斯平面直角坐标，或大地经、纬度。由于准确的大地高数值的缺失，使得2000国家大地坐标或WGS-84和54北京或80西安坐标系之间的转换参数不能准确确定。n为了保证GPS定位技术获得的平面精测网的内符合高精度，适宜采用2000国家大地坐标或WGS-84坐标进展施工建立，防止坐标转换带来的精度损耗。但是，同时应提供相应的54北京或80西安坐标供地方部门参考。位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标系平面n丈量上的计算和绘图，要求最好在平面上
32、进展，因此需求平面坐标投影。n高斯投影实现了一种空间坐标到平面直角坐标的转换，具有非常重要的应意图义 。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中央经线和赤道为相互垂直的直线；n中央经线投影长度变形比等于1，即没有长度变形，其他经线长度比均大于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，长度变形随经差的添加而增大，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；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，使其变形不超越一定的限制，
33、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 厉 控 制 ， 要 求 最 大 变 形 比 不 超 越10mm/km。虽然可以经过细分投影带，或者抬高投影面高程的方式来限制投影长度变形比，但是，在平面直角坐标的运用过程中，这种方法将添加了大量的坐标换带计算任务。 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n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坐坐标标值值在在中中央央经经线以东为正，以西为负。线以东为正
34、，以西为负。n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。为为了了防防止止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500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。 位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐坐标转换同一坐同一坐标系系n空空间n空空间直角坐直角坐标大地坐大地坐标n空空间与平面与平面n 高斯投影正、反算高斯
35、投影正、反算n平面平面n 高斯高斯换带计算算位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐坐标转换同一坐同一坐标系系n空空间直角坐直角坐标大地坐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n公公式式的的方方式式复复杂杂，但但早早已已实实现现程程序序模模块块化化，在在众众多多丈丈量量程程序序中中可可方方便便互互换换。只只需需选选定定椭椭球球外外形形参参数数、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
36、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大地地坐坐标标高高斯投影反算。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n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带中的高斯平面直角坐标。影带中的高斯平面直角坐标。位置基准与坐标系位
37、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，其其必必需需经经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干干实实现现相相互互转转换换，即它们之间的转换是间接的。即它们之间的转换是间接的。 位置基准与坐标系位置基准与坐标系n坐标转换不同坐标系坐标转换不同坐标系n平面平面4参数法参数法n两两个个平平移移参参数数、一一个个旋旋转转参参数数、一一个个尺尺度参数度参数 n空间空间7参数法参数法n三三个个平平移移参参数数、三三个个旋旋转转参参数数、一一个个尺尺度参数度参数 位
38、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丈量平面控制丈量nGPS丈量n静态n相对定位n双差求解nIGS与绝对位置基准n要求：为了保证勘测、施工、运营维护各阶段平面丈量成果的一致性，各阶段的平面控制丈量应共同运用同一个GPS 根底平面控制网。平面控制丈量平面控制丈量nGPSGPS丈量丈量nGPSGPS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。它它不不需需求求点点间间通通视视，也也不不需需求求思思索索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求求思
39、思索索图图形形强强度度，不不需需求求设设置置在在制制高高点点上上哪哪里里需需求求就就可可以以设设置置在在哪哪里里。所以所以GPSGPS网的设计是非常灵敏。网的设计是非常灵敏。 平面控制丈量平面控制丈量nGPS丈量丈量nGPS丈丈量量的的实实施施和和所所用用接接纳纳系系统统硬硬件件与与软软件件的的开开展展程程度度亲亲密密相相关关，所所以以，关关于于GPS丈丈量量任任务务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GPS丈丈量量规规范范，以以及及所所用用GPS接纳系统的操作阐明书执行。接纳系统的操作阐明书执行。 平面控制丈量平面控制丈量nGPS丈量精度要求丈量精度
40、要求 n通通常常均均以以网网中中相相邻邻点点之之间间的的间间隔隔误误差差来来表示表示 。n精精度度目目的的，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，而而思思索索到到垂垂直直分分量量的的精精度度，普普通通较较程程度度分分量量为为差差，所所以以根根据据阅阅历历，假假设设在在GPS网网中中对对垂垂直直分分量量的的精精度度进进展展要要求求，可可将上表所列的比例误差部分增大一倍。将上表所列的比例误差部分增大一倍。 平面控制丈量平面控制丈量nGPS控制网布设控制网布设 nGPS网网普普通通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
41、合线线路路，以以添加检核条件，提高网的可靠性；添加检核条件，提高网的可靠性；nGPS网网作作为为丈丈量量控控制制网网，其其相相邻邻点点间间基基线线向量的精度，应分布均匀；向量的精度，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。重重合合点点普普通通不不应应少少于于3个个缺缺乏乏时时应应联联测测，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确定地确定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网点应思索与水准点相重合。网点应思索与水准点相重合。平面控制丈量平面控制丈量nGPS控制网布设控制网布设 n我我国国高高铁铁
42、精精细细平平面面控控制制网网分分三三级级布布设设，实实际际中中常常按按四四级级进进展展布布设设。它它们们是是：坐坐标标基基准准控控制制网网CP0、根根底底平平面面控控制制网网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方式。方式。 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。控制网控制网测量方法测量方法测量等级测量等级点间距点间距相邻点的相对相邻点的相对中误差中误差(mm)备注备注CP0GPS50km20CPIGPS二等4km一对点10点间距800mCPIIGPS三等600800m8导线三等400800m8附合导线网平面控制丈量平面控制
43、丈量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n(网形衔接方式网形衔接方式)n接接纳纳机机设设置置的的参参数目的数目的数据质量控制数据质量控制n平平面面控控制制丈丈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，并并在在相相应应效效力力软软件件的的支支持持下下自自动动进进展展数数据据的的后后处处置置。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，必需足够注重。控制点成果的可靠性，必需足够注重。 数据质量控制数据质量控
44、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基线向量自在网平差点位精度绝对、相对基线向量自在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目目的的能能否否满满足足相相应应等等级级GPSGPS丈丈量量的的精精度度要求，仪器能否检定合格；要求，仪器能否检定合格；n外外业业观观测测记记录录手手薄薄中中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能否和观测数据文件相符合；和点号信息等能否和观测数据文件相符合；n数据同步观测时间能否有效并到达规定要求；数据同步观测时间能否有效并到达规定要求
45、；n经经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置置手手段段，剔剔除除的的数据比率能否满足规定要求；数据比率能否满足规定要求；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反反复复观观测测基基线线的的较较差差能能否否满足相应等级满足相应等级GPS丈量的精度要求；丈量的精度要求；n单单基基线线解解算算条条件件下下，要要进进展展同同步步闭闭合合环环普普通通为为三三角角形形，对对环环的的最最大大边边数数，相相应应等等级级GPS丈丈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丈丈量量的的精精度度要要求求；多多基基
46、线线解解算算条条件件下下，不不需需求求进进展展同同步步环环闭闭合合差检查差检查数据质量控制数据质量控制n进进展展异异步步环环普普通通为为三三角角形形，对对环环的的最最大大边边数数，相相应应等等级级GPS丈丈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丈量的精度要求；丈量的精度要求；n进进展展GPS自自在在网网平平差差计计算算后后，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展展检检查查，要要求求精精度度满满足足相相应应等等级级GPS丈量的要求。丈量的要求。 数据平差与成果分析数据平差与成果分析n只只需需在在前前面面的的
47、数数据据质质量量控控制制的的一一切切检检查查都都合合格格的的条条件件下，才可以进展下，才可以进展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为为基基准准进进展展约约束束平平差差，CPII以以CPI为为基基准准进进展约束平差。展约束平差。n复复测测检检测测的的平平差差方方式式应应尽尽能能够够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建立全线一致坐标基准是个全局性的大问题，各阶段建立全线一致坐标基准是个全局性的大问题，各阶段的平面控制
48、丈量应共同运用同一个的平面控制丈量应共同运用同一个GPS根底平面控制根底平面控制网；要全线网；要全线(段段)一次布网、一致丈量、整体平差。一次布网、一致丈量、整体平差。数据平差与成果分析数据平差与成果分析n位置基精确实定位置基精确实定n建立和维护全线一致的坐标基准，明确确定所建立和维护全线一致的坐标基准，明确确定所建立的多个工程独立平面坐标系与全线一致的建立的多个工程独立平面坐标系与全线一致的坐标基准的转换关系。坐标基准的转换关系。n全线一致的坐标基准在勘测期、施工期、营运全线一致的坐标基准在勘测期、施工期、营运维护期应是独一的、稳定的。维护期应是独一的、稳定的。n工程独立平面坐标系只需能满足
49、工程独立平面坐标系只需能满足 投影长度变形的限差要求，可以投影长度变形的限差要求，可以是多个的。但一定要用独一的、稳定的全线一是多个的。但一定要用独一的、稳定的全线一致的坐标基准来一致多个的工程独立平面坐标致的坐标基准来一致多个的工程独立平面坐标系，否那么将无法保证无碴轨道施工放样的精系，否那么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展。度和施工、营运维护期间变形监测的有效进展。数据平差与成果分析数据平差与成果分析n位置基精确位置基精确实定定nCP0CP0的建立就是的建立就是为了提供一个了提供一个稳定的全定的全线一致一致的坐的坐标基准，其被采用基准，其被采用, ,并
50、在京沪高并在京沪高铁建立中得建立中得到运用。到运用。n为了保了保证勘勘测、施工、运、施工、运营维护各各阶段平面丈段平面丈量成果的一致性，各量成果的一致性，各阶段的平面控制丈量段的平面控制丈量应共共同运用同一个同运用同一个GPSGPS平面位置基准，平面位置基准，该位置基准位置基准由由CP0CP0确定。确定。CP0CP0的建立采用的建立采用GPSGPS定位技定位技术实现，详细技技术规范范执行国家行国家“B“B级GPSGPS控制网的控制网的规范，只是在点范，只是在点间距上相距上相对加密以加密以满足足铁路工程路工程建立的需求。建立的需求。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
51、定位置基准的优点nCP0经经过过联联测测IGS固固定定参参考考站站测测站站坐坐标标是是准准确确知知的的，测测站站观观测测数数据据是是延延续续和和免免费费共共享享的的，不不用用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效力于高速铁路建立的效力于高速铁路建立的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，防防止止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，从从而而在在效效力力于于京京沪沪高高速速铁铁路路建建立立的的过过程程中中，具具有有较较好好的的精精度度贮贮藏藏而而在在加加密密
52、和和后后续续丈丈量量中中有有较较大大的的精精度度调调整整余余地地，着着实实保保证证京京沪沪高高速速铁路的顺利建立；铁路的顺利建立；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对于京沪沿线众多的工程独立平面坐标系统而对于京沪沿线众多的工程独立平面坐标系统而言，全线一致的坐标框架对长度投影变形和坐言，全线一致的坐标框架对长度投影变形和坐标换带计算的实施和检核提供了概念明确，运标换带计算的实施和检核提供了概念明确，运用方便，稳定可靠的平台，防止因运用多个工用方便，稳定可靠的平台，防止因运用多个工程独立平面坐标系而带来的粗差。程独立平面坐标系而带来的粗差。n建立建
53、立GPS基准网虽然在建立初期需求添加观测基准网虽然在建立初期需求添加观测和数据处置上的任务量和投入。但是，在后续和数据处置上的任务量和投入。但是，在后续进展的网的复测任务中将因无需联测国家三角进展的网的复测任务中将因无需联测国家三角点而降低总体的丈量本钱点而降低总体的丈量本钱 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CPInCPI以以CP0为基准进展约束平差时，适宜整为基准进展约束平差时，适宜整网进展平差数据处置。全网进展平差数据处置网进展平差数据处置。全网进展平差数据处置有困难时，至少应该保证一个分段至少包含有困难时，至少应该保证一个分段至少包含
54、2个个CP0控制点的范围内进展部分网的整体控制点的范围内进展部分网的整体平差数据处置。在这种情况下，必需进展分段平差数据处置。在这种情况下，必需进展分段相衔接地带相衔接地带CPI点位的平顺衔接性检查，即衔点位的平顺衔接性检查，即衔接处附近点位的坐标较差必需满足规定要求，接处附近点位的坐标较差必需满足规定要求，点位相对误差也要满足要求。点位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CPIn按按要求，在提出要求，在提出并运用于实践建网后，并运用于实践建网后， CPI以以CP0为基准进展为基准进展约束平差应在三维空间直角坐标系下进展
55、。约束平差应在三维空间直角坐标系下进展。 n CPI先进展高斯投影获得平面直角坐标后，先进展高斯投影获得平面直角坐标后，再进展平面的再进展平面的CP0坐标约束平差处置，得到的坐标约束平差处置，得到的坐标成果包含有一定的系统误差高斯投影变坐标成果包含有一定的系统误差高斯投影变形所引起形所引起 。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CPInCPI以以CP0为为基基准准进进展展约约束束平平差差后后，再再进进展展高高斯斯投投影影便便可可以以获获得得所所需需求求的的投投影影带带内内的的平平面面直角坐标。直角坐标。n 数据平差与成果分析数据平差与成果分析n
56、平差方法与位置基准的引入平差方法与位置基准的引入CPIInCPII平平差差同同样样应应以以CPI为为基基准准做做整整网网约约束束平平差差处置；处置；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为为基基准准进进展展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也也必必需需进进展展CPII点点位位的的平平顺顺衔衔接接性性检检查查；同同时时，但但应应防防止止分分段段过过于于琐琐碎碎短短而而导导致致因因CPI点点位误差带来的位置基准的不一致；位误差带来的位置基准的不一致；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点点做做约约束束，
57、不不应应该该有有选选择择的的选选定定部部分分CPI点点做做平差约束；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展展CPII控控制制点点的的衔衔接接平平顺顺性检查相对点位误差检查；性检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展展一一致致平平差差处处置置，并并延延伸检查衔接伸检查衔接CPII控制点的平顺性；控制点的平顺性；n平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，衔衔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点位误差是评价平顺性的目的。对点位误差是评
58、价平顺性的目的。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。只只需需上上述述两两项项规规范范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运用于工程实践。可运用于工程实践。控制网控制网基线边方向基线边方向中误差中误差最弱边相对最弱边相对中误差中误差约束点间的约束点间的边长相对中边长相对中误差误差CP01/2000000CPI1.31/1800001/250000CPII1.71/1000001/180000数据
59、平差与成果分析数据平差与成果分析n应应留留意意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为为基基准准进进展展约约束束平平差差和和CPII以以CPI为为基基准准进进展约束平差都应该在三维空间直角坐标系下进展。展约束平差都应该在三维空间直角坐标系下进展。 n复复测测检检测测的的成成果果必必需需进进展展内内部部精精度度和和可可靠靠性性的的检检查后，才可以进展与原成果的比对分析。查后，才可以进展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别别在在限限差差范范围内的围内的,阐明点位是稳定的阐明点位是稳定的,应该运用原有成果。应该运用原有成果。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别别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断断定定。确确实实发发生生位位移移的的点点，应运用复测检测成果。应运用复测检测成果。
