基于抵偿高程面的高斯投影在高速公路与铁路中的应用研究

摘要

近年来，我国开始进入了高速公路和高速铁路迅猛发展时代，国家统一高斯平面坐标系已无法满足高速公路、高速铁路的设计与施工要求。因而，建立符合施工要求的坐标系统显得尤为重要。在高速铁路与高速公路修建时，都面临路线长、东西及南北跨度较大等特点，且国家统一高斯平面坐标系所能满足的最大投影长度变形误差值为25mm/km，而高速公路、铁路等线路工程的投影长度变形要求其误差应该小于10mm/km，导致传统的投影方法很难满足其误差要求。针对此问题，可以通过限制投影带的带宽来控制投影变形误差。然而，这种方法存在着投影分带过多、建立的坐标系太多、换带计算较为繁琐、相邻投影带间传递误差较大等缺点。本文通过引入椭球投影变换、抵偿面高斯投影等理论，建立了最佳抵偿面高斯投影坐标系的方法。结合工程实例，对带宽问题以及精度进行了对比分析。 本文讨论了基础坐标系的一些基础理论，系统的阐述了地球椭球的基本概念和比较通用的投影方法。在国家统一坐标系统当中广泛使用的是高斯—克吕格正形投影，采用我国传统的投影方法所建立的坐标系，其投影变形很难满足高精度线路工程的施工要求。 叙述了几种常用坐标系的建立方法以及各种坐标之间的投影坐标转换，并重点的研究在两个坐标相互投影过程中，投影所产生变形分析。对于投影变形的处理，通过研究探讨分析，提出了一种最佳抵偿面高斯投影坐标系的方法。 介绍了几种处理投影变形的方法，即椭球变形法、椭球膨胀法、椭球平移法这三种主要的方法。根据处理投影变形相关的理论方法，结合一条高速公路、铁路的数据，设计出一套最佳处理投影变形的模型。本文是用高速公路工程实例中采用了椭球膨胀法与椭球变形法分两种模型进行验证，分析与对比两种方法的可行性与精确性。然后，在两条铁路的线路工程实例采用了椭球膨胀法的模型进行了实际应用研究，与最原始的方法进行对比分析。通过对几个实例的对比分析，对于高速公路、铁路的实际应用中，应选择合适的参考椭球、选择合适的投影模型解决投影变形问题，建立最佳的坐标系。 根据实际的工程应用为依据，采用不同的模型方法进行验证，分析对比探讨模型方法的可行性，并且得到椭球膨胀法与椭球变形法两种模型各自的优缺点，以及适应性和局限性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 抵偿面高斯投影在国内、国外的研究现状

1.3 国内研究进展及存在的问题

1.4 本文研究的主要工作与结构安排

第2章 椭球变形法理论

2.1地球椭球的基本几何参数

2.2工程中常用的坐标系

2.3国家直角坐标系的建立方法

2.4高斯投影坐标换算

2.5投影变形

2.6 本章小结

第3章 椭球的变换模型

3.1 椭球变换广义模型

3.2 椭球膨胀法基本原理

3.3椭球变形法

3.4椭球平移法

3.5本章小结

第4章 抵偿面投影变形

4.1不同坐标之间的转换

4.2 抵偿面的建立

4.3本章小结

第5章 线路工程的抵偿高程面高斯投影

5.1公路测量平面控制坐标系选择的要求

5.2贵州省晴隆至兴义高速公路试验

5.3黔江至张家界常德线铁路试验

5.4成都至贵阳线乐山至贵阳线铁路试验

5.5本章小结

第6章 结论和展望

6.1 主要工作和结论

6.2 展望

参考文献

个人简历、申请学位期间的研究成果及发表学术论文

致谢