基于尼日利亚测绘系统现状的铁路测量控制系统设计

摘要：尼日利亚铁路现代化项目的测量控制系统的设计与国内项目有很大区别，必须对当地的测量控制系统有详细的认识，有针对性地进行测量控制系统的设计并制定合理的测量计划，满足铁路工程设计的要求。

关键词：尼日利亚铁路；测量控制系统；测绘系统

中图分类号：TU192 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）11-0012-02

1 项目概况

尼日利亚铁路现代化项目（后简称尼铁）位于尼日利亚（后简称尼国）国家西部，线路南起尼国港口城市Lagos市，北至重要城市Kano，并连接首都Abuja。2006年11月，中铁第四勘察设计院集团有限公司参与尼铁建设，承担Lagos至Oshogbo段共约250km勘测设计工作。尼铁的勘察设计离不开一项基础工作，那就是测量控制系统的建立。因为国别、地理位置、社会制度、历史沿袭等各个方面的不同，尼铁的测量与国内项目有很大区别。

2 尼日利亚测绘系统现状

1950年以前，整个非洲全部都是欧美国家的殖民地，其大地测量的发展在过去很长的一段历史时期内受到了相关殖民国家测绘体系的影响。经收集整理分析，尼国采用独立的国家测绘基准，现介绍如下：

2.1 平面基准

尼国采用大地基准为Minna基准；采用的参考椭球为Clarke1880椭球，主要椭球参数如下：长半轴，a=6378249.145m，扁率f=1/293.465；采用UTM（通用横轴墨卡托）投影，其中尺度比系数为0.9996；既有测绘资料所提供的平面坐标或大地坐标是6度分带的成果，中央子午线的经度分别为3°、9°。

在尼国测绘局收集既有资料，成果点共95个，其中一等三角点67个；二等三角点23个；GPS点5个。

2.2 高程基准

尼国采用的高程基准为Mean Sea Level Nigeria高程基准，即以Lagos附近大西洋海平面的平均高程为起始的高程基准。

既有资料共收集水准点FBM、SBM、BM共计73个。

3 尼铁测量坐标系统的设计

通过上述尼国测绘系统现状的了解，有必要对收集到的测绘资料进行分析，进而针对尼铁的测量坐标进行设计。

3.1 平面控制网设计

3.1.1 基础资料分析。尼国的大地框架网较为完善，通过和尼国测量局的技术人员交流以及参照尼国的有关测量规范，尼国三角测量的精度等级划分，对应的主要技术，与中国的比较，大致是尼国框架网相当于中国一等、二等网，尼国一等网相当于中国三等网。故收集资料可满足整个尼铁测区平面控制的需要。

3.1.2 基准、投影的选择。尼国的所有平面控制点及地形图测量成果均采用Minna基准。为尼国铁路的需要，尼铁也需要采用Minna基准。其参考椭球为Clarke1880椭球，椭球参数为长半轴，a=6378249.145m，扁率f=1/293.465。

国际上常用的投影方式为UTM（通用横轴墨卡托）投影和高斯-克吕格投影（后简称高斯投影）。非洲大部分国家采取的是UTM投影，中国采用高斯投影。从投影方式看，高斯投影是“等角横切圆柱投影”，投影后中央经线保持长度不变，即比例系数为1；UTM投影是“等角横轴割圆柱投影”，投影后两条割线上没有变形，中央经线上长度比0.9996。UTM投影由于其采用了0.9996作为中央子午线的投影长度比，减小了边缘地带的长度变形，非洲部分国家因纬度低靠近赤道，这种效果更为明显，故均采用UTM投影。

尼铁测量坐标的投影设计，既要参考尼国测绘系统的沿革，也要考虑铁路工程设计的要求，其最终的目的是为了减小边缘地带的长度变形，保证其能满足工程需要。尼铁测量平面坐标设计要保证每公里投影变形小于25mm（1/40000），结合尼国的UTM投影，采用了TM投影坐标系。

尼铁TM坐标系，即采用投影于测区抵偿高程面的任意中央子午线1°带横轴墨卡托投影平面直角坐标系。采用Clarkey1880参考椭球（长半轴a=6378249.145m，扁率f=1/293.465），横轴墨卡托投影（TM，尺度比系数为1.0000），高程异常为0。按1°带分带计算平面直角坐标，1°带的中央子午线经度分别为3°、4°，投影面高度分别为-100m、100m。采用尼铁TM坐标系，并按不同区域分带。选择任意中央子午线与采用高程抵偿面的方法，可保证每公里投影变形小于25mm（1/40000），现将勘测设计分带中央子午线及其投影面高程列出，如表1所示：

在建立尼铁TM投影坐标系的同时，为了满足尼国UTM坐标的需要，本次设计也确定了尼铁TM投影坐标与UTM投影坐标的关系，即：

（1）横轴墨卡托（TM）投影平面直角的坐标转换为通用横轴墨卡托（UTM）投影坐标：

X[UTM]=0.9996×X[TM]

Y[UTM]=0.9996×（Y[TM]-500000）+500000

（2）通用横轴墨卡托（UTM）投影平面直角坐标转换为横轴墨卡托（TM）投影坐标：

X[TM]=1/0.9996×X[UTM]

Y[TM]=1/0.9996×（Y[UTM]-500000）+500000

3.2 高程控制网设计

经过与尼国测绘局有关技术人员进行技术交流，既有水准点的精度一般为FBM、SBM的每公里水准测量的偶然中误差2.88mm/km；中国的三等水准测量的每公里水准测量的偶然中误差为3.0mm/km。这样，在尼国测绘局收集到的FBM、SBM点测量精度大约相当于中国的三等水准点的精度。BM点只能相当于我国的四等水准或四等水准以下。测区范围内，最大距离约90km无水准控制点。在进行高程控制测量时，尽可能采用高等级点的基础控制成果。

根据尼国国家水准点的资料实际情况和尼铁设计要求，并参照中国《国家三、四等水准测量规范》的要求，对尼铁水准测量中较长无水准点的线路需要进行三等水准测量，水准路线起闭点必须采用FBM和SBM国家水准点成果，BM水准点成果仅供参考。

至此，尼铁测量控制系统定义完毕，其范围适用于尼铁项目全线线路平面高程控制测量和航测1∶10000、1∶2000地形图以及与尼国既有测量控制系统及图形的相互转换等工作。

4 类似海外工程测量的借鉴及应对

在海外从事类似工程测量项目，必须对所在国家和地区的坐标系统有详细的认识，需要收集包括国家三角点、国家水准点以及相关参数信息，结合工程的特点，有针对性地进行测量控制系统的设计并制定合理的测量计划以满足工程勘测设计的需要。

参考文献

[1]中铁四院.尼日利亚铁路现代化项目Lagos至Kano线Lagos至Oshogbo段可行性研究说明书[S].

[2]孔祥元，等.大地测量学基础[M].

[3]孔祥元，等.控制测量学（上、下册）[M].

作者简介：梁旺（1981—），男，广西贵港人，中铁第四勘察设计院集团有限公司线站处工程师，研究方向：测绘工程。

（责任编辑：周 琼）