公路测量坐标系的选择.pdf

摘要：高等级公路勘测主要包括平面控制测量、高程控制测量、地形测

量、路线定线与放线、中桩测量、横断面测量，以及路基路面防护排水勘查、

沿线设施勘测与调查、环境保护勘测与调查、临时工程勘测与调查、征地动

迁勘测与调查等内容。本文将介绍和研究上述前六项内容。

关键词：高等级公路；勘测；内容

一、平面控制测量

1、测量坐标系

为了确定地面点的空间位置，需要建立测量坐标系。常见的测量坐标系

有大地坐标系，高斯平面直角坐标系和WGS—84坐标系。

⑴大地坐标系。地面上一点的位置（如P），可用大地坐标（L，B）表示。

大地坐标系是以参考椭球面作为基准面，以起始子午面（即通过格林尼治天

文台的子午面）和赤道面作为在椭球面上确定某一点投影位置的两个参考面。

如图1所示，过地面某点的子午面与起始子午面之间的夹角，称为该点的大

地经度，用L表示。规定从起始子午面起算，向东为正，由0°至180°称为

东经；向西为负，由0°至180°称为西经。过地面某点的椭球面法线（PP）

与赤道面的交角，称为该点的大地纬度，用B表示。规定从赤道面起算，由

赤道面向北为正，从0°到90°称为北纬；由赤道面向南为负，从0°到90°

称为南纬。

⑵高斯平面直角坐标系。投影面上，中央子午线和赤道的投影都是直线。

以中央子午线和赤道的交点O作为坐标原点，以中央子午线的投影为纵坐标

轴X，规定X轴向北为正；以赤道的投影为横坐标轴Y，Y轴向东为正，这样

便形成了高斯平面直角坐标系，如图2所示。

图1大地坐标系图2高斯平面直角坐标系

高斯投影中，除中央子午线外，各点均存在长度变形，且距中央子午线

愈远，长度变形愈大。为了控制长度变形，将地球椭球面按一定的经度差分

成若干范围不大的带，称为投影带。带宽一般分为经差6°、3°，分别称为

6°带、3°带。⑶WGS—84坐标系。如图3所示，

图3空间直角坐标系

以O为原点，起始子午面与赤道面交线为X轴，赤道面上与X轴正交的

方向为Y轴，椭球体的旋转轴为Z轴，指向符合右手规则。在该坐标系中，P

点的点位用OP在这三个坐标轴上的投影X、Y、Z表示。图3空间直角坐标系，

由于GPS是全球性的定位导航系统，其坐标系统必须是全球性的。目前，GPS

测量中所使用的协议地球坐标系统称为WGS—84坐标系（WorldGeodetic

System），简称WGS—84坐标系。WGS—84坐标系实际上是地心地固坐标系。

WGS—84坐标系的几何定义是：原点是地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的

协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，

Y轴与Z轴、X轴构成右手坐标系，如图3所示。

2、平面坐标系统的选定

在编制公路勘测技术方案时，首先遇到的问题就是平面坐标系统的选定。

平面坐标系统一般有三种系统可供选择，即统一3°带坐标系、抵偿坐标系和

任意带坐标系。笔者认为在公路勘测中选择平面坐标系统应遵循以下原则：

⑴应根据测区所在的地理位置及地面平均高程按以下次序选择坐标系统。①

统一3°带坐标系；②抵偿坐标系；③任意带坐标系。⑵当测区所在地理位置

位于统一3°带中央子午线附近，且测区平均高程面接近参考椭球面或平均海

平面时，应采用统一3°带坐标系。⑶当测区所在位置离统一3°带中央子午

线较远、或测区平均高程较大时，应采用抵偿坐标系。即利用长度的高程归

化和高斯投影的距离改化符号相反的特点，建立抵偿地带，使投影的长度相

对变形小于规范规定的1/4000。⑷一般情况下，不应采用任意带坐标系统，

除非测区沿线路经最大的城镇其城市平面控制网采用任意带坐标系；而且，

即便如此，测区坐标系也应与该城市使用的坐标系统一致。有些公路勘测部

门，在遇到测区所在地理位置远离统一3°带中央子午线时，为图省事，往往

喜欢以测区中心的子午线代替统一3°带的中央子午线，以测区平均高程面代

替参考椭球面，这样便使测区的边长的高程归化和距离改化的改正值明显减

小，使其不超过投影长度变形的限差（即每公里2.5cm）。但是，这种任意带

坐标系统给公路沿线城镇的规划设计和地籍勘测带来极端不便。

3、平面控制网种类

公路勘测常见的平面控制网有三角网、边角网、附合导线和GPS控制网

等几种。⑴