无砟轨道精密测量技术研究.docx
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无砟轨道精密测量技术研究.docx
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无砟轨道精密测量技术研究
工程测量技术专业
毕业设计
题目
无砟轨道精密测量技术研究
班级:
测量3113
学生姓名
学号:
指导教师:
陕西铁路工程职业技术学院
毕业设计(论文)任务书
班级
学生姓名
指导教师
设计(论文)题目
无砟轨道精密测量技术研究
主要
研究
内容
1、介绍了无砟轨道和有砟轨道的优缺点及高速铁路采用无砟轨道的必要性,分析了轨道几何形位对列车运行的影响,总结了我国目前常用轨道相对检测的两种测量模式的发展及其应用范围。
2、以CRTSI型板式无价轨道的施工为例,总结了无砟轨道建设的一般过程,阐述了测量控制网对无砟轨道铺设的必要性,分析了“三网合一”的意义和重要性及测量控制网的测设方法、精度控制等问题。
3、总结了无砟轨道的精调方法,施工特点,在精调测量中所需的设备,精调方法及需要特别注意的关键环节。
4、分析了模块通信和全站仪操作模块等软件操作,并进行了编程,然后对本产品在现场进行了三维精调测量试验。
主要技术指标或研究目标
1.CPⅢ控制网复测平面测量
2.CPIII控制网复测高程测量
3.无砟轨道精调测量(静态调整)
4.轨道精调(内业处理)
基本
要求
1.选题准确,文字流畅,叙述简洁
2.理论联系实际加以分析、总结经验
3.概念准确,层次清晰、条理清楚
4.自己独立完成论文,按时上交论文
主要参
考资料
及文献
[1]朱颖.客运专线无砟轨道铁路工程测量技术.北京:
中国铁道出版社.2009.
[2]易思蓉,何华武.铁道工程.北京:
中囚铁道出版社.2009.42-67.
[3]练松良,李向国,卢耀荣.轨道工程.北京:
人民交通出版社.2009.102-114.
[4]何华武.无砟轨道技术.北京:
中国铁道出版社.2005.
[5]中华人民共和国铁道部.铁运[2006]146号.中华人民共和国铁道部铁路线路维修规则.北京:
中国铁道出版社,2006-08.
[6]严隽髦.车辆工程.北京:
中国铁道出版社,2005.18-19.
陕西铁路工程职业技术学院
毕业设计(论文)评审表一
(指导教师用)
班级:
测量3113
评价内容
具体要求
分值
评分
调查论证
能独立查阅文献和调研;能提出并较好地论述课题的实施方案;有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。
10
实验方案设计与实验技能
能正确设计实验方案,独立进行实验工作。
20
分析与解决问题的能力
能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题;能正确处理实验数据;能对课题进行理论分析,得出有价值的结论。
20
工作量、
工作态度
按期圆满完成规定的任务,工作量饱满,难度较大;工作努力,遵守纪律;工作作风严谨务实。
20
质量
综述简练完整,有见解;立论正确,论述充分,结构严谨合理;实验正确,分析处理科学;文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,书写工整规范,图表完备、整洁、正确;论文结果有应用价值。
20
创新
工作中有创新意识;对前人工作有改进或突破,或有独特见解。
10
成绩
100
指导教师评语:
指导教师签名:
年月日
注:
各专业可根据自己的具体情况,制定出适合本专业的毕业设计(论文)具体要求和评分标准。
陕西铁路工程职业技术学院
毕业设计(论文)评审表二
(评阅人用)
班级:
测量3113
评价内容
具体要求
分值
评分
资料利用
查阅文献有一定广泛性;有综合归纳资料的能力和自己的见解。
15
论文质量
综述简练完整,有见解;立论正确,论述充分,结果严谨合理;实验正确,计算准确,分析处理科学;文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,书写工整规范,图表完备、整洁、正确;论文结果有应用价值。
50
工作量、难度
工作量饱满,难度较大。
25
创新
对前人工作有改进或突破,或有独特见解。
10
成绩
100
评阅人评语:
评阅人签名:
年月日
注:
各专业可根据自己的具体情况,制定出适合本专业的毕业设计(论文)具体要求和评分标准。
陕西铁路工程职业技术学院
毕业设计(论文)答辩情况记录
(答辩领导小组或答辩小组用)
班级:
测量3113
答辩题目
对学生回答问题的评语
正确
基本正确
经提示回答
不正确
未回答
答辩领导小组(或小组)评语:
成绩:
答辩负责人签名:
年月日
陕西铁路工程职业技术学院
毕业设计(论文)总成绩评定表
班级
测量3113
姓名
学号
设计(论文)题目
无砟轨道精密测量技术研究
成绩
指导教师评分
评阅人评分
答辩评分
总成绩
系毕业设计(论文)领导小组审核意见:
小组组长签名:
年月日
注:
毕业设计(论文)总成绩中,指导教师评分占40%,评阅人评分占20%,答辩评分占40%。
摘要
高速行车对无砟轨道线路稳定性和平顺性提出了更高的要求,必须保证线路具有准确的儿何线形参数。
无砟轨道施工工艺复杂,建成后出现问题很难进行调整,因此无砟轨道的施工质量是客运专线成功建设的重要保证。
论文在综述了国内外大量文献的基础上,对我国目前常用的无砟轨道施工、精调常用的方法作了细致地研究总结,结合无砟轨道测量控制的现状,提出一种适合无砟轨道精调的测量设备方案,实现了线路的精确、快速调整,提高了无砟轨道的铺设效率。
本文主要对以下工作进行了研究:
1.介绍了无砟轨道和有砟轨道的优缺点及高速铁路采用无砟轨道的必要性,分析了轨道几何形位对列车运行的影响,总结了我国目前常用轨道相对检测的两种测量模式的发展及其应用范围。
2.以CRTSI型板式无砟轨道的施工为例,总结了无砟轨道建设的一般过程,阐述了测量控制网对无砟轨道铺设的必要性,分析了“三网合一”的意义和重要性及测量控制网的测设方法、精度控制等问题。
3.总结了无砟轨道的精调方法,施工特点,在精调测量中所需的设备,精调方法及需要特别注意的关键环节。
4.介绍了本产品的系统构架及软件系统的工作流程,分析了模块通信和全站仪操作模块等软件操作,并进行了编程,然后对本产品在现场进行了三维精调测量试验。
关键词:
无砟轨道;精调;三维精测系统;三网合一;轨道调整
目录
第一章绪论1
1.1无砟轨道的发展现状1
1.2无砟轨道的意义1
1.3本文研究的内容2
第二章无砟轨道的施工工艺及测控网格4
2.1无砟轨道的施工工艺4
2.1.1凸形挡台及加密基桩的设置5
2.1.2轨道板铺设6
2.2无砟轨道控制测量网络7
2.2.1测量控制网的重要意义7
2.2.2传统铁道工程测量方法的不足7
2.2.3“三网合一”的意义及重要性8
2.2.4无砟轨道测量控制网11
2.3无砟轨道测量的主要程序和内容14
2.3.1勘测设计阶段14
2.3.2施工阶段14
2.3.3竣工验收阶段15
第三章国内外无砟轨道的测量控制技术16
3.1雷达板的测量控制技术16
3.1.1准备工作16
3.1.2全站仪设站及校检16
3.1.3轨道调整流程17
3.1.4关键环节质量控制18
3.2博格板的测量控制技术18
3.2.2轨道板的初置19
3.2.3标架的放置19
3.2.4全站仪的安装、架设20
3.2.5定向棱镜放置20
3.2.6调整方法存在的不足20
3.3旭普林无砟轨道的测量控制技术20
3.3.1旭普林系统的特点20
3.3.2模板、支脚及走行轨的安装21
3.3.3支脚的精调21
3.3.4轨枕安装22
3.3.5精调需要注意的问题22
第四章工程案例23
4.1无砟轨道精调测量23
4.1.1无砟轨道精调测量(静态调整)主要设计内容23
4.1.2无砟轨道精调测量(静态调整)的时机23
4.2无砟轨道精调测量(CPⅢ控制网复测测量)23
4.2.1CPⅢ控制网复测平面测量23
4.2.2CPIII控制网复测高程测量25
4.3无砟轨道精调测量(静态调整)26
4.3.1无砟轨道精调测量(静态调整)工程属性——设计线型26
4.3.2GRP1000数据采集(GRPwin)27
4.3.3GRPSlabRep报表输出步骤(传出数据软件)43
4.3.4轨道精调(内业处理)46
4.3.5外业调整轨道49
第五章结论与展望55
5.1结论55
5.2展望55
参考文献57
致 谢58
第一章绪论
1.1无砟轨道的发展现状
高速铁路客运专线,能够满足旅客对缩短旅行时间、舒适方便且经济快捷的需求,近年来高速铁路的发展进入到一个快速发展期。
由于其具有速度高,能量消耗小,安全可靠,服务优良的特点,高速铁路自然而然地受到各国政府的普遍重视。
同普通列车相比,高速铁路既克服了普通铁路速度较低的不足,又具有很高的舒适性和安全性,所以,高速列车从一开始就显示出了巨大的优越性,和其他运输方式在速度、运能、安全性、准确性、能耗、环境污染、效益等方面相比较也有着不可比拟的优势。
我国目前客流存在着量大、集中、行程长的特点,这些特点正是高速铁路的优势所在,在未来的几年里,我国的高速铁路将会得到进一步的发展。
随着武广高铁、沪宁高铁、沪杭高铁、郑西高铁的开通,这些真正意义上的无砟轨道,对测量精度要求高,传统的铁路测量模式己经不能适应这一要求,必须健全一整套全新的测量体系,引入绝对坐标测量,恢复平面控制网,在无砟轨道的勘测、施工、竣工和运营管理的各个阶段建立一套统一的空间数据基础,这样才能在勘测、施工、竣工和运营过程中使轨道变形监测数据基准统一,才能有利于第三方的检测验收和测量数据的标准化和规范化。
在建立统一测量网的同时还要注重无砟轨道铺设技术和产品的开发和推广。
客运专线对轨道结构的要求主要包括:
稳定的轨道结构,平顺的运行表面,良好的轨道弹性,可靠的轨道部件,便利的养护维修。
所以,客运专线铁路的建设是一项系统工程,要同时满足这些要求,需要科研、设计、施工等各方面的共同努力,特别是要不断完善轨道的精调的理论、施工技术和装备,这是保证我国铁路实现跨越式发展的重要举措。
1.2无砟轨道的意义
目前,高速铁路轨道主要采用的结构型式有两种:
有砟轨道和无砟轨道。
有砟轨道是铁路传统的轨道结构型式。
在有砟轨道上,道床是轨枕的基础,在其上以规定的间隔布置一定数量的轨枕,用以增加轨道的弹性和纵、横向移动的阻力,并设置有便于排水和校正轨道的平面和纵断面。
有砟轨道具有弹性良好、建设价格相对低廉、更换与维修方便、吸噪特性好等优点。
世界高速铁路的发展及相关理论研究都证实,这两种轨道型式都是可以运行300km/h以上的高速列车的,如法国高速铁路和日本的山阳新干线均全部或部分铺有有砟轨道,列车速度己经达到有些地段己经超过300km/h。
虽然,目前法国也在对无砟轨道进行实验研究,至今在TGV运营线上,仍主要采用有砟轨道的轨道结构形式。
随着行车速度的提高,有砟轨道的缺点也日渐凸显。
首先,由于有砟轨道的不均匀沉降产生的120HZ以下频率范围的激振严重,造成道砟粉化严重。
有砟轨道在高速列车载荷的反复作用下,残余变形积累很快,而且沿线路方向的变形积累和轨道刚度分布不均匀,从而造成轨道不平顺,影响列车运行的舒适性和安全性,显著地增加了轨道的养护维修工作量,需要不断地进行维修,加大了铁路的运营投入成本。
同时,列车速度也会受到一定程度的限制。
高速铁路对轨道结构及其稳定性与运行期间维护的要求(如轨道几何状态、轨道弹性、轨道缺陷控制等)大大高于常规铁路。
随着这些问题的日益凸显,无砟轨道技术应运而生,并在最近的几十年中得到了快速地发展,在实际工程中得到了越来越广泛地应用。
无砟轨道,也称混凝土整体道床,是一种在坚实的基底上直接浇注混凝土以取代传统道砟层的轨道,线下基础是以混凝土或沥青混合料等取代散粒道砟道床而组成的轨道结构形式,是没有枕木,不用砟石铺路基的列的特点。
一方面,无砟轨道具有良好的结构稳定性、平顺性和连续性,轨道几何形位能持久保持,以及维修工作量可显著减少等明显优点。
尽管无砟轨道修建时的投入经费会比有砟轨道大得多,但一般依靠所节省的线路养护维修费用,在一个线路大修周期内即可收回。
无砟轨道还可以避免在高速行车的条件下引起的道砟的飞溅,对车辆或铁路设施造成损坏。
所以,在日本,板式轨道已经大量在新干线上铺设,特别是新建线路的无砟轨道己经超过90%;在德国,无砟轨道占线路总长度的80%以上。
另一方面,无砟轨道在运营过程中如果产生病害,维修十分困难,而且列车在无砟轨道上运行时产生的振动噪音比有砟轨道大。
因此对无砟轨道的适用范围、设计条件和施工技术等问题,都必须十分重视,要保证无砟轨道具有坚实、稳定的基础。
1.3本文研究的内容
轨道几何状态测量的核心问题是对轨道内部几何形位和轨道外部的几何形位的精密测量,在此基础上建立三维坐标与轨道的平顺性的关系,并对轨道平顺性、舒适性和安全性予以分析和评价。
目前,在我国的无砟轨道客运专线的测控技术中,国外的测控技术还占有很大的市场份额。
在无砟轨道的测量控制和轨道测设、验收等方面,国外均有相对较成熟的技术和方案。
为了完成对无砟轨道测控技术的完善和再创新,则需要在充分借鉴和吸收其他国家先进的技术和经验的基础上,根据我国无砟轨道施工的实际情况,对无砟轨道的施工测量控制技术进行系统的研究。
基于以上考虑,论文主要针对以下工作做了细致地研究:
第一章绪论,研究高速铁路采用无砟轨道的必要性,总结了我国目前常用且互为补充的两种轨道相对检测模式的发展,不同的应用目的及各自的优缺点。
第二章无砟轨道的施工工艺及测量控制网,总结了无砟轨道建设的基本过程,研究了传统铁路工程测量的不足之处,提出建立一个满足勘测、施工、运营维护控制网的重要性及其测设方法,保证无砟轨道有统一的坐标系统和起算基准。
第三章无砟轨道的主流测控技术,研究了主流的无砟轨道测量控制技术,总结特点、施工精调的方法及关键技术。
第四章案例分析,研究了无砟轨道精密测量技术在施工过程中的关键步骤。
第五章总结,对论文所做的主要研究工作和理论做出总结。
第二章无砟轨道的施工工艺及测控网格
2.1无砟轨道的施工工艺
高速铁路无砟轨道修建的整个施工过程对测量精度的要求极高,施工过程也比较复杂,是一项漫长、艰苦的工作,需要各个部门在技术和时间的安排上统筹规划、密切配合,相互协作。
一般来说,无砟轨道的修建步骤如下:
图2.1各部门协作简图
根据国外特别是欧洲的研究,轨道的初始不平顺状态对以后轨道长期的平顺状态和维修工作量有着决定性的影响,在运营后,发生、发展和恶化各种轨道不平顺的主要原因之一就是“轨道的初始不平顺”。
在铺设时不及时地加以控制,在运营过程中,将造成难以处置的问题,并且这个问题可能会永远存在下去,无法彻底解决。
初期状态不好的轨道,维修周期会相应缩短,造成永久性病害,这时即使再增加维修作业次数也很难改变轨道初期“先天”的不良水平;轨道的初始状态良好,就有可能长期保持良好的线路状态,维修周期也相应的变长。
因此,德、法、瑞、日等国的轨道铺设精度标准都制定得非常严格。
由此可见,为了提高轨道铺设精度标准,必须从一开始铺设线路时,就应一该严格控制轨道的初始不平顺。
无砟轨道施工和测量中最关键的一道工序就是轨道精调,它对轨道的几何尺寸最终位置能否达到设计及验标的要求起着决定性的作用。
由此在精凋过程中要综合考虑测量施工影响、环境影响、操作误差、精度误差的因素,并要留有一定的富余量,确保在调整浇注砼后,即使由于砼徐变等原因造成的轨槽的微小位移,也能通过调整扣件来使完成精调的轨道满足施工精度的要求。
无砟轨道上的轨排之间的接头处也是要重点注意的地方,要严格控制接头的误差,在施工实践中,通常采用轨头钻孔、精调一遍后再上鱼尾板的措施,来消除轨排之间的错台或错位,以保证线路在钢轨接头处的平顺性。
无砟轨道的整体精度最终是要通过钢轨来体现。
所以,无砟轨道控制测量安装的主要目的是,在完成精确定位的轨道结构中,钢轨的各种预制件(轨道板、扣件、轨排)有着准确的位置。
安装钢轨的各类预制件定位准确是无砟轨道的整体平顺性的基础。
目前,我国所确定的主要无砟轨道形式有:
CRTSI型板式无砟轨道、CRTSⅡ型板式无砟轨道、CRTSⅢ型板式无砟轨道和CRTSI型双块式无砟轨道、CRTSⅡ型双块式无砟轨道、雷达2000型双块式无砟轨道等儿种主要类型。
从分类上看,CRTSI型板式无砟轨道属于预制轨道板式无砟轨道,需要采用专用的铺设设备来进行铺设。
2.1.1凸形挡台及加密基桩的设置
和其他板式无砟轨道的形式相比,CRTSI板式无砟轨道道床中的惟一的现浇混凝土结构是凸形挡台,在实践中该结构要遵从“现装、现浇、薄层、高性能”的设计和施工理念。
凸形挡台在一定程度上具有抑制轨道板移动,保证轨道板位置准确的作用,所以凸形挡台内部需要配置钢筋,利用CPⅢ点对凸形挡台进行立模放样,在完成凸形挡台施工后,在其中心设置加密基桩。
CA砂浆质量的好坏和厚度会直接影响轨道的耐久性,CRTSI型无砟轨道施工控制的另一个重要目标,就是要保证CA砂浆厚度。
因此,在凸形挡台施工前必须复核底座的高程,保证底座高程测量数据计算和测设的准确性是CRTSI型无砟轨道底座施工测量的重点,也是保证CA砂浆层的厚度满足设计要求的一个重要措施。
凸形挡台完成施工后,在其上测设加密基桩。
为了便于精确定位,加密基桩采用微调式基准器,基准器设在凸形挡台顶部,在轨道板铺设的过程中主要的量测依据就是基准器,加密基桩应位于轨道板的铺设中心线上。
特殊情况下,由于施工条件或测量条件等的限制和影响,基准器可以沿着线路方向适当地移动,但一般来说移动的范围以不超过5mm为宜。
另外,加密桩测设时还应考虑曲线的影响,在直线地段,加密桩应保证与线路中心线重合,曲线地段根据线路的相关指标进行相对偏移。
需要注意的是,采用微调式基准器时,测试点应位于基准器与三角尺的结合点处。
对于两种略有不同的凸形挡台型式,基准器都需设置在线路的中心线上。
在圆形凸形挡台上,基准器设置在圆的中心;半圆形凸形挡台设置在每个半圆的中部。
同时,还要保证基准器的纵向间距与凸形挡台间距基本相同。
基准器采用螺栓固定在凸形挡台凹槽内,采用高精度的测量仪器,精确测定基准器的中心位置,根据测设数据从纵、横及竖向三方向调整铜质芯棒,最终使其基准器的中心点位位于线路的中心线上,点位与轨面高差值一致。
完成精确定位,用高等级砂浆覆盖,等达到设计强度后,根据凸形挡台的位置,再次详细计算出基准器的坐标。
2.1.2轨道板铺设
1、轨道板平面的调整
CRTSI型板式无砟轨道轨道板在预制过程中,就已经标示出轨道板的中心线及扣件的安装中心线,偏差都在lmm之内。
轨道板的铺设安装时,可以采用以轨道板的中心线或扣件安装中心线两种方式测量定位。
它们定位时分别采用小同的基准点来保证轨道的方向达到设计和规范的要求。
当对中利用轨道板的中心线定位时,通常采用加密基桩测量。
此时,应保证轨道板的中心线与两端的加密基桩重合,采用精密水准测量设备测设轨道板的高程。
当对中利用轨道板扣件安装中心线定位时,需要采用微调式基准器测量。
测量时必须采用专门的三角规进行测量,同时实现方向和高程的调整。
轨道板平面的调整,是采用了一种“化曲为直”的近似方法,按照两个基准器的连线作为轨道设计中心线的思想,将轨道的中线简化成了一段一段的折线。
由于高速无砟轨道的曲线都是采用大半径,这种方法是能保证其测量质量的。
但从测量方式来看,并不能真实地实现对轨道绝对定位的测量控制,采用这种方法完成精调后的轨道板的平顺性往往不高。
2、轨道板高程的调整
由于轨道预制板为平板,完成预制的轨道板的平面,理论上应该是位于同一个平面上的。
但当线路在曲线地段,特别是缓和曲线上,且处于非平坡地段时,两条钢轨就不在同一个平面上,轨道板四点设计高程也不在一个平面上。
所以,轨道的方向达到要求后,要通过使用专用的楔块抬高轨道板的方法,来完成轨道板高程的调整。
采用充填式垫板施工,利用高点降低,低点上升的方法,使实际高程达到或接近设计高程。
完成调整后,再次进行精确测量,使轨道状态达到高平顺的要求。
在长钢轨应力放散并锁定完成后,需要再次进行最后轨道各项指标的检测。
不合格或不平顺的地段,调整扣件,使线路的各项指标达到设计和规范的要求。
由于,轨检小车具有自动化程度高,数据能自动保存、结果能直接用于线路的一调整等优点,且此时的线路已经安装了钢轨。
所以最后轨道各项指标的测量时,可以采用轨检小车进行测量。
为了保证钢轨的高平顺性及操作的可实现性,小车可以选择lm的步长。
在实际施工中,对于线路状态较好的路段,也可以适当的增加步长;对于线路状态不好的路段,可以根据实际情况,适当地缩短步长。
2.2无砟轨道控制测量网络
相对于传统的铁道工程测量而言,无砟轨道精密工程测量的精度和测量方法都与普通的铁路有着很大的不同,有些地方甚至完全突破了传统铁道工程的测量模式。
无砟轨道铺设工艺复杂,必须保证线路在建成后具有准确的几何线形参数。
建成后,这些参数只能作很有限的调整,若在竣工、运营期间出现了参数偏离严重的问题,将为整个线路的正常使用留下隐患,改善轨道的几何参数则要花费高昂的代价。
为了保证高速行车对少平顺性的要求,轨道测量精度要达到毫米级甚至亚毫米级。
因此,无砟轨道的测量质量是客运专线建设能否成功的关键,而建立满足不同阶段的测量控制网,则是保证无价轨道施工质量的基础。
通常把适合于客运专线铁道工程测量的技术体系称为客运专线铁路精密工程测量。
采用高等级的测量方法来建立的客运专线测量控制网,在无砟轨道的施工中简称“精测网”。
2.2.1测量控制网的重要意义
无砟轨道对测量精度要求高,测量方法也有和普通铁路测量不同,仅仅靠不断采用高精度的测量仪器是无法最终解决测量问题的。
要实现无砟轨道线路的高平顺性要求,不仅对线下基础工程和轨道工程的设计施工等有着特殊的要求,还必须建立一套与无砟轨道测量技术相适应的精密工程测量体系,这是目前世界上通用的方法。
纵观世界各国无砟轨道铁路的建设,都建立有一个满足施工、运营维护需要的精密测量控制网。
采用高等级的测量来建立客运专线控制网,在勘测、施工和运营维护的三个阶段,采用统一的基难,一劳永逸地解决无砟轨道的测量问题。
所以,无砟轨道的精密工程测量体系应包括勘测、施工、运营维护测量控制网。
测量控制网对铁路的施工、运营起着举足轻重的作用,是所有测量工作的基础。
2.2.2传统铁道工程测量方法的不足
我国传统的铁路都采用导线控制的方法进行控制测量,线路的定测通常采用偏角法、切线支距法和极坐标法等方法进行测设。
这些测设方法在计算时,本身就会有一定的误差,且在测量过程中也基本上是以人工方法施测,也就是,分别用全站仪和水准仪测量轨道中心的平面位置和轨顶的高程。
这种测量方法,存在着以下常见的问题:
1、平面坐标系投影差大。
采用1954年北京坐标系3°带投影的坐标系统,投影
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- 轨道 精密 测量 技术研究