專利名稱：基于法截面子午線橢球控制高斯投影變形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測繪科學與技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及長大線路工程(高速鐵路、客運專線、 高速公路、輸油管路、電力線路)中建立工程獨立坐標系的基于法截面子午線橢球控制高斯投影變形的方法。
背景技術(shù)：
橢球面是一個凸起的不可展平的曲面，如果將這個曲面上的元素(距離、方向、角度、圖形)投影到平面上，必然同原來的對應(yīng)元素(距離、方向、角度、圖形)產(chǎn)生差異，這一差異稱之為投影變形。投影變形包括長度變形、方向變形、角度變形、面積變形。在地圖投影中，投影變形是不可避免的，但是可以根據(jù)需要來掌握和控制它，使得某種變形減弱或為零，而其它變形最小。長度投影變形主要有兩項構(gòu)成，一項為高程歸化改正，一項為高斯投影變形。將地面觀測值先歸算到參考橢球面(或大地水準面)上，在變換過程中長度發(fā)生的變形，叫做高程歸化改正。然后再從參考橢球面歸化到高斯平面上，在變換過程中長度發(fā)生的變形，叫做高斯投影變形。控制長度投影變形就是控制高程歸化改正和高斯投影變形的綜合變形影響。為控制長度投影變形，目前使用的橢球膨脹法、橢球平移法、橢球變形法和移動中央子午線法中，其中橢球膨脹法、橢球平移法、橢球變形法主要控制高程歸化改正，主要原因是使得橢球面與測區(qū)平均高程面(投影面)盡量接近，但對控制高斯投影變形的貢獻微小，主要原因是橫向坐標值變化較小，帶邊緣橫向坐標值的數(shù)量值較大；移動中央子午線法主要控制高斯投影變形，橫向坐標值的數(shù)量值較小。上述四種方法都只能處理東西跨度不大于90Km (1/4萬)、40km (1/10萬)的投影分帶區(qū)域。原因在于其理論基礎(chǔ)是高斯投影， 且其定向均采用與國家參考橢球大致相同的指向，亦即在滿足“兩個平行條件”的假定下， 進行橢球的定位定向。用這些方法，東西向、非南北向長大線路的困難在于頻繁換帶，而且不能保證坐標的單值性。橢球膨脹法、橢球平移法、橢球變形法的變換效果是通過膨脹、平移或平移并同時膨脹，使得橢球面盡量貼近測區(qū)投影面，即平均高程面，解決了高程歸化改正，未能解決橢球面向平面映射的高斯投影變形，也未能擴大投影帶的寬度。對于長大線路工程(高速鐵路、客運專線、高速公路、輸油管路、電力線路)測量控制范圍來說，呈現(xiàn)為直伸線形范圍，可用寬度不大、長度很長的長方形圈定，在東西跨度較大的工程范圍內(nèi)，利用上述四種方法高斯投影難以克服其東西跨度較大帶來的長度投影變形，且不能減少投影分帶的數(shù)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于法截面子午線橢球控制高斯投影變形的方法，以控制長度投影變形，并減少投影分帶數(shù)量。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是
5一種基于法截面子午線橢球控制高斯投影變形的方法，基本技術(shù)思想是構(gòu)建一個新橢球，使得中央子午線的方向與線路延伸方向基本一致，即中央子午線由南北向的子午圈上轉(zhuǎn)到非南非北向的任意法截線上，長條形狀的測區(qū)縱向集中在中央子午線附近，沿線路中線延伸方向的投影變形接近于零，而距法截線最遠的點其垂直線路方向的橫向距離亦不很大，按照高斯投影理論，可以有效地控制高斯投影變形，而且在相當長的縱向范圍內(nèi)，可避免頻繁換帶，具體包括以下步驟
(1)構(gòu)建“法截面子午線橢球E4”
以國家大地坐標系參考橢球EO上位置基準點的法截線為中央子午線，以法截線橢圓的中心為原點，法截線橢圓的短軸為ζ軸，法截線橢圓的長軸為χ軸，以法截線橢圓的法線方向且過原點的方向為y軸，構(gòu)成右手坐標系，法截線橢圓繞其ζ軸進行旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)橢球面，即法截面子午線E4橢球，分三步完成
①選擇或求定E4橢球的幾何參數(shù)，其計算公式為
權(quán)利要求
1. 一種基于法截面子午線橢球控制高斯投影變形的方法，其特征在于，該方法的基本技術(shù)思想是構(gòu)建一個新橢球，使得中央子午線的方向與線路延伸方向基本一致，即中央子午線由南北向的子午圈上轉(zhuǎn)到非南非北向的任意法截線上，長條形狀的測區(qū)縱向集中在中央子午線附近，沿線路中線延伸方向的投影變形接近于零，具體包括以下步驟 (1)構(gòu)建“法截面子午線橢球E4”以國家大地坐標系參考橢球EO上位置基準點的法截線為中央子午線，以法截線橢圓的中心為原點，法截線橢圓的短軸為ζ軸，法截線橢圓的長軸為χ軸，以法截線橢圓的法線方向且過原點的方向為y軸，構(gòu)成右手坐標系，法截線橢圓繞其ζ軸進行旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)橢球面，即法截面子午線E4橢球，分三步完成①選擇或求定E4橢球的幾何參數(shù)，其計算公式為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于法截面子午線橢球控制高斯投影變形的方法，其特征是所述步驟(I)中，法截線橢圓的定義為過位置基準點(線路中線起點)的正法截面(通過線路中線終點)與橢球面的交線是一個空間上的平面橢圓曲線，其主軸方向、橢圓中心、 兩個半軸長度、偏心率與EO橢球子午面橢圓不同，該法截線是空間平面橢圓曲線的一部分，其作為法截面子午線橢球高斯投影面中央子午線的一段，其法截線長度亦即該法截線的子午線弧長。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于法截面子午線橢球控制高斯投影變形的方法，其基本技術(shù)思想是構(gòu)建一個新橢球，使得中央子午線的方向與線路延伸方向基本一致，沿線路中線延伸方向的投影變形接近于零，具體包括以下步驟(1)構(gòu)建“法截面子午線橢球E4”；(2)E0橢球到E4橢球空間直角坐標的轉(zhuǎn)換；(3)E4橢球空間直角坐標到大地坐標的換算；(4)E4橢球大地坐標到高斯平面坐標的換算；(5)E4橢球高斯投影變形值的計算；(6)E4橢球高斯投影變形值與投影變形限值的比較驗證。該方法可有效控制長大線路的高斯長度投影變形，大大減少投影分帶的數(shù)量，特別適合東西向、非南非北向的長大線路工程。
文檔編號G01C7/00GK102288158SQ20111021902
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者付宏平, 楊志堅, 楊松林, 王連俊, 裴玉峰, 趙鐵懷, 郭志浩, 金立新, 陳光金, 高勤云 申請人:甘肅鐵道綜合工程勘察院有限公司