摘要：随着我国基础设施建设进度的不断提升，道路工程已经成为联通社会发展各个渠道和区域之间的重点枢纽。与此同时，大部分的道路工程属于线状工程，在测量规划过程中，其平面坐标系的建立方法至关重要，因此文章便是建立在线状工程测量的基础上分析平面坐标系的相关问题，首先阐述了在道路工程中平面坐标系建立的相关方式和技术，其次建立在GPS技术的基础上，实现平面坐标系的实际研究，再次通过统一性理论来分析线性工程平面坐标系的相关计算细节，意在通过文章论述，能够为我国道路工程的测量规划提供技术依据。
关键词：线状工程；测量作业；平面坐标系；建立方法
我国传统的道路工程平面坐标系构建技术依托于平面控制网的应用。但是随着道路工程类型的不断拓展，当前针对具有较强线性特征的长距离道路工程来讲，落实平面坐标系，构建将面临着一定的难度，因此，结合当前的实际发展情况，线性工程的渐变性平面坐标系已经逐步研发并且落实到实际应用中。因此充分分析线性工程的渐变性平面坐标系的构建和应用方式，并且建立在同一性理论基础上来阐述计算细节，不仅是本文论述的重点，也是进一步提升道路工程测量技术体系应用价值的重要研究方向。
1线性工程平面渐变坐标系建设理论
从理论角度来讲，线性工程项目的渐变平面坐标系构建依据是基于线路设计中线所处的垂线处基准线渐变以及正长性基准面渐变的基础上形成的双渐变投影。与传统的测量学平面控制网范围限制不同，渐变坐标系的构成不受线性工程距离的限制，其距离可以大于10千米[1]，同时与传统的GPS平面坐标系相比，渐变平面坐标系的形成，不会受到地图投影变形以及分带带宽限制等因素的干扰，具有较强的精准性，利用渐变平面坐标系技术可以有效将初测定、平面设计、中线测量等诸多工序联系起来，使其构建成统一的整体，具有极强的全面性和全程覆盖性。利用该种测量方法实现的平面坐标系，和线路的设计中线之间呈现着完全吻合的水准面，曲线全长以及线路的转向角等几何形状之间不会存在系统偏差，针对放样值、设计值等相关数据，不用进行繁琐的处理，便可以直接进行测量，详细的线性工程渐变平面坐标系结构图如图1所示。由于受到不均匀的地球重力场影响，在落实线性工程平面测量的过程中水准面处于无限可微的状态。经过实际数据统计和测量之后，可以发现我国的地表垂线偏差的变化在0.5″/km范围以内[2]，这种程度的偏差，在落实了平面坐标系垂线方向规划之后，相邻垂线之间的偏差显著的小于偶然误差，因此，利用渐变平面坐标系来进行线性工程的平面坐标系规划具有可行性，能够满足工程控制网规定的精度要求。
2建立在GPS技术基础下的渐变平面坐标系规划分析
2.1利用GPS技术实现道路工程渐变平面坐标系构建的优势。与传统的线状工程平面测量中所使用的GPS数据处理以及投影形成的高斯平面直角坐标系进行比较之后，我们能够发现，道路工程渐变平面坐标系能够有效实现分带的自动化管理，传统技术中的投影带宽和变形不会再对其产生限制，因此不用受到线状工程自身长度的影响，可以无限化随着工程的长度蔓延进行延伸。利用渐变平面坐标系来规划线状工程的平面控制网，可以将设计单位、勘测单位以及施工单位这三个主体通过各自的工作职能所产生的数据，纳入到相同的坐标系统中，进行无阻碍的推进和工作信息交接，能够有效避免测量测设作业过程中的频繁换代以及两化改正，或者逆向两化改正作业的繁琐影响。总的来讲，针对现状工程落实渐变平面坐标系规划，作业过程中的所有平面点，都会囊括在同一套平面坐标系中，针对勘测、运营、施工、维护等不同阶段，都有着极强的便捷优势。
2.2渐变平面坐标系下的全站仪数据与GPS数据的统一分析。在渐变平面坐标系规划的过程中，GPS测量会得到返现系统的数据，而全站仪在测量过程中可以得到垂线系统的数据，这两个数据需要进行统一才能够实现，工程渐变平面坐标系的整体，因此需要利用发现地心空间直角坐标系作为转换基点进转换，将GPS三维基线向量直接转化为三维基线向量。接下来将高程信息清除，然后将垂线站心地平直角坐标系中的三维基线向量进行逆向转换，将其转换为渐变平面坐标系下的三维基线向量，接下来还需要将道路工程渐变平面坐标系中的GPS网内的二维基线向量落实二维约束平差，这种方式能够将GPS控制网中的评查结果转化到渐变平面坐标系的系统中，因此便可以直接应用在全站仪的平面测量数据内这种方式便可以有效实现，渐变平面坐标系，中的承认与数据和GPS数据的统一。
2.3距离以及方向观测数据的两化改正。当前随着GPS技术的不断发展和应用，在平面坐标系中GPS技术已经成为了核心技术之一，而要想利用GPS技术实现平面坐标系规划，就必须要落实图上设计数据以及全站仪到实地放样数据的转换，其中涉及到了水平方向值以及距离参数，例如曲线全长，线路转向角等。同时为了进一步强化GPS技术与当前所使用的渐变平面坐标系之间的契合性，相关施工单位已经在尽力避免两化改正的基础上，进一步降低GPS平面坐标系和道路工程渐变平面坐标系之间的偏差和矛盾。解决各种矛盾的主要方式有两个方案，首先是在GPS平面坐标系中提取相邻的点，来实现水平方向值以及距离的虚拟观测分析，是通过对虚拟观测值落实逆向两化改正。其次是建立在地球重力场模型的基础上，将地心空间直角坐标转化为垂线站心地平直角坐标系，同时依据线性工程的渐变平面坐标实现平差以及数据处理[3]。这其中涉及到了以下两个方面的改正，经过改正之后，在GPS技术下，便可以结合全站仪进行数据的统一分析，可以全面优化渐变平面坐标系规划的质量和效率。2.3.1垂线偏差改正垂线偏差往往指的是在同一个测站的位置，铅垂线和椭球面法线之间的夹角，在整体的平面坐标系中，地面任何一点形成的垂线偏差，都可以利用两个分量进行表示，其一是子午圈分量：，又被称为垂线偏差的南北分量；其二是卯酉圈分量：n，又被成为垂线偏差的东西分量。通常来讲，在计算垂线偏差时，需要利用天文大地测量、重力测量、天文重力测量、GPS以及地球重力场模型法进行测定。随着卫星重力测量技术的发展，地球重力场模型法测定垂线偏差成为一种主流方法。垂线偏差对水平方向的改正公式为：（1）式（1）中，Am为测站点到照准点的大地方位角；α1为测站点到照准点的垂直角，从全站仪观测数据中得到。根据公式可以看出，垂线偏差对水平方向观测值的改正主要与测站点的垂线偏差分量、测站点到照准点的大地方位角、测站点到照准点的垂直角等因素有关；经过垂线偏差改正后，以测站垂线为基准线的地面水平方向观测值变成了以测站法线为基准线的水平方向值。2.3.2标高差改正标高差改正是由照准点高度而引起的水平方向值改正。因为不在同一子午面或者同一平行圈上两点的法线是不共面的，所以当进行水平方向观测时，如果照准点高nnumm1(sinAcosA)tan出椭球面某一高度，则照准面就不能通过照准点的法线同椭球面的交点，从而引起水平方向值的改正。具体的改正公式为：（2）式（2）中，Am为测站点到照准点的大地方位角；e、M参考椭球参数；H为照准点高度；B为照准点大地纬度。根据公式可以看出，标高差的改正主要和照准点的高度和大地讳度有关；经过标高差改正后，方水平方向值改正到了椭球面上相应的法截弧方向。
3线性工程渐进平面坐标系规划的统一性理论研究
当前大部分的勘测单位，已经将GPS技术领域内的地球椭球法线系统作为线性工程平面坐标系规划的主要方式。但是勘测单位与实际的施工单位之间所应用的平面坐标系规划技术，依旧存在一定的差异性，大部分的施工以及设计单位依旧在沿用传统平面坐标系，这导致全站仪观测到的相关数据与GPS观测到的数据之间有着一定的差异化，例如基准线和基准面之间的数据不符，从而导致水平方向值和距离产生改变。而为了进一步降低两种应用方式之间的矛盾程度，当前已经全面落实了精密工程测量研究，通过统一施工单位、设计单位的专业来实现技术统一，通过回溯垂线偏差值来实现当前作业参数的精准性控制。通过中式垂线偏差改正的影响，来实现长距离大跨度线性工程的测量质量保障，并且根据垂线偏差改正公式来分析不同的影响因素对于偏差造成的影响。这其中垂线偏差改正公式为：δ＝εtanα（3）根据实际的测量工程，我们可以发现垂线偏差改正和观测边的实际长度之间没有明确的联系，但是与观测边竖直角α以及侧曲垂线偏差的大小ε有着直接的联系，若根据eGM2008地球重力场模型进行代入之后，我们可以将全球的垂线偏差数值控制为80″，例如，我们根据我国的青藏高原喜马拉雅山南麓的特殊地形进行垂线偏差改正数值分析，详细的数据如表1所示。通常来讲，针对大于10千米的线性工程平面控制网来讲，必须要加强其精密程度，同时也要充分考虑垂线偏差改正的相关数值，尤其是针对长大隧道、高山以及特殊地形的线性工程，更要将垂线偏差改正作为主要的控制要点。与此同时，为了进一步提升线性工程平面坐标系设计的精准性和有效性，还需要注意以下几点。首先要建立在设计单位研发的角度，分析地球重力场模型，对实际工程产生的影响，建立在双向数据对比的基础上，实现水平方向以及距离的两化改正，同时可以通过道路工程选线设计过程中应用的GIS软件以及技术，来代替传统的CAD软件[4]，设计人员可以直接利用GPS平面坐标系实现选线设计，并且通过GIS软件分析不同线性工程的，渐变平面坐标系的效果，并且落实调整。其次要充分利用地球重力场模型来化解GPRS平面控制过程中产生的垂线和法线矛盾，也可以利用GIS系统来解决线路平面坐标系的统一性理论与道路工程选线的相关矛盾。并且进一步拓展GIS以及地球重力场模型的应用范围和领域，进一步提升GIS与工程测量以及大地测量学之间的融合力度，从而为线性工程的平面坐标系规划提供技术基础。
4结束语
综上所述，本文建立在线性工程基础上所分析的渐变式平面坐标系的构建和计算方式，能够广泛应用在当前的公路以及铁路工程中，尤其是针对长大隧道，跨度较大的桥梁以及距离较远的工程来讲，有着极强的应用价值，其普适性特征提升了应对诸多线状工程平面测量中问题的有效性，同时在未来线性工程平面坐标系规划和发展的过程中，可以建立在渐变性平面坐标系规划的基础上实现技术和理论的优化创新，不断进行技术体系的完善，以增强其参考价值。
参考文献：
[1]陈健，晁定波.椭球大地测量学[M].北京：测绘出版社，1989：203-338.
[2]卓健成.工程控制测量建网理论[M].成都：西南交通大学出版社，1996：81-85.
[3]施一民.现代大地控制测量（第二版）[M].北京：测绘出版社，2008：166-178.
[4]宁津生，刘经南，陈俊勇，等.现代大地测量理论与技术[M].武汉：武汉大学出版社，2006：44-58.
作者:李加喜 单位:大理天作测绘规划院有限公司