长输管道工程中的投影变形分析与处理

廉波(中油辽河工程有限公司，辽宁 盘锦 124010)

长输管道工程中的投影变形分析与处理

廉波(中油辽河工程有限公司，辽宁 盘锦 124010)

长输管道工程中投影变形的存在，直接影响着测量精度，采取合理的应对措施，能够有效的减小甚至消除投影变形对长输管道工程的不利影响。

长输管道；投影变形；分析处理

1 问题的提出

长输管道是长距离运输水、石油、天然气等介质的输送管道，由线路和站场两部分构成。长输管道工程测量中所建立的地球椭球面与地图平面间的转化关系，不可避免的存在着投影变形，这种变形引起的误差，如果不采取措施就会对管道测量造成严重偏差甚至错误。因此，长输管道工程测量中分析投影变形的影响情况，并采取适当的措施加以消除，成为测量工作中必不可少的内容。

2 长输管道工程测量中的投影变形分析

长输管道工程通常在几百到数千公里不等，由于其地域跨度大，投影方式一般采用与国家基本比例尺地形图一致的投影方式，我国通常采用高斯6°带或3°带的分带投影。高斯投影是分带等角横切椭圆柱投影，由其变形规律可知中央子午线上无长度变形，离开中央子午线越远变形增长越快。

管道工程中的长度变形是两类变形的总和：一是将实地观测边长归算到参考椭球体面上时产生的变形，即高程归化；二是将椭球面上的边长投影到高斯面上时的变形，即距离改化。

（1）高程归化。实地观测边长Sm归化至参考椭球体面上，其长度将会缩短ΔSH，设归化高程面为Hm，地球平均曲率半径为RA，取其主项，则有ΔSH/Sm=Hm/RA。

（2）高斯正形投影的距离改化。参考椭球体面上的边长S投影至高斯平面，其长度将会放长ΔSy，设该边两端点的平均横坐标为ym，密切球体半径为Rm，取其主项，则有

（3）长度综合变形。长度综合变形是前两项的和，在不影响严密性的前提下取RA=Rm，Sm=S，综合上列两式可得综合变形

3 问题的解决方法

3.1 线路测量中投影变形的应对处理

管道设计和施工中采用基于格网坐标的线性参考系统，如果在材料计算和施工中不考虑投影变形，则会造成系统错误。特别是采用航空摄影测量与常规工程测量相结合的方法进行作业时，由于两种方法所遵从的作业原则不同，这将导致最后的结果产生一定的差异。为了保证两套成果的一致性，有效消除投影过程中的长度变形，通常采取以GPS首级控制测量为基础，采用GPS-RTK的方法测量线路转角桩并对线路进行控制，从而消除测距仪测量时长度变形的误差累积和传递，转角桩间距不超过1千米或采用加桩的方式将其分割成l千米长的间距。这种方式也可以很好地控制长度变形，简化施工放样的计算。

3.2 站场测量中投影变形的应对处理

测量规范中规定，在选择油气田平面控制网的坐标系统时高程归化和距离改化的综合长度投影变形ΔS不得大于1/ 40000，即|。因此，国家统一坐标系存在一定的适用范围，在不影响严密性的情况下，取Rm= 6371km，则有：Hm=7.848×10-8y2m±159式中Hm和ym以米计。由此可以得出国家统一坐标系的适用区域，如下图：

综合投影变形适用区域图

图中可以看出当测区离中央子午线较远或测区高程较高时，投影变形误差会超出允许范围。为此，工程中通常采用选择局部坐标系的方法来限制投影变形，选择局部坐标系的方法有以下几种：

（1）抵偿投影面的高斯坐标系。该坐标系仍采用国家3°带高斯投影，但投影的高程面不是参考椭球面，而是为了补偿高斯投影长度变形而选择的高程投影面，使得在这个高程投影面上，长度变形为零，即式中：△H=Hm-H，即测区平均高程面Hm高出抵偿高程面H的高度。

（2）任意带高斯坐标系。将椭球体面作为投影面，但投影的中央子午线不是标准的3°分带中央子午线，而是为了补偿高程投影变形而选择的某一条子午线作为中央子午线进行投影。即固定Hm而选择ym，则

（3）具有高程补偿和带宽限制的任意带高斯坐标系。选择通过测区中央的子午线为投影中央子午线，而高程抵偿面选在测区的平均高程面上，以便通过双重补偿以扩大测区的允许高差和带宽的限制。

某长输管道线路设计1处山岭隧道，长3576m，平均海拔1322m，管道全线采用6°带高斯投影，隧道所处位置距中央子午线185km。经计算该隧道的长度综合变形值达到了0.767m，远远超出了限值要求。为减小投影变形对隧道设计和施工的影响，测量中以通过测区中央的子午线作为投影中央子午线，以测区平均高程面为投影面建立了隧道穿越区任意带高斯坐标系，并与线路测量坐标系建立明确的换算关系。通过以上抵偿坐标系的选择，有效的消除了投影变形的影响，保证了隧道工程的顺利贯通。

4 结语

为了消减长输管道工程测量中长度投影变形的影响，可根据工程的具体情况选择合适的坐标系统。在选择坐标系统时应考虑：以满足工程精度要求为依据，保证长度投影变形不超过容许值；与国家坐标建立明确的联系，便于空间数据的交流与共享；处理方法简单易行，避免进行复杂的计算。