工程测量中的坐标转换相关问题探讨

2016-03-21梁雪燕

地球 2016年6期

关键词：平面坐标椭球直角坐标

■梁雪燕

（广东省地质局第一地质大队广东珠海519000）

工程测量中的坐标转换相关问题探讨

■梁雪燕

（广东省地质局第一地质大队广东珠海519000）

工程测量中的坐标转换是将已经得到测量数据的大地坐标、GPS坐标等进行转换变成我们所需要的坐标，其中有坐标系的变化，还有坐标参数的变化等。在不一样的时间段内建立的坐标系还是有所不同的，坐标系的建立方法随着时间的推移在慢慢改进所以坐标系中参照系与参数的选定与转换在工程测量中具有重要的意义。在工程测量的过程中会常常涉及到坐标系的转换，本文中我们将几种常见的坐标系转换的内容与方式做了简要的分析，希望能对测量工作做出一定的参考。

工程测量坐标转换GPS测量

0 前言

工程的测量是由几个部分组成的，比如测前准备、施工、竣工测量等等。工程测量中最主要也最有难度的就是施工中的测量。在施工测量中，要将施工单位给出的大地坐标转换成工程图纸上的坐标，这需要将每一控制点对应的坐标算出并标注在图纸上。由于这样直接去算控制点的坐标过程十分繁琐，我们有必要在测量前找出一种坐标转换的方法。想要降低施工测量的难度，就要找出所给的大地坐标与直角坐标的关系，通过彼此的转换来进行测量。除此之外，还有坐标系与坐标系之间的转换、GPS的坐标转换，根据所用坐标系的不同，还有将工程坐标系转换成为国家坐标系等等。根据所需坐标系的不同特性来选择不同的转换方式，会大大降低测量难度。

1 工程测量中平面坐标的转换

（1）大地坐标（BLH）对平面直角坐标（XYZ）。一般我们所使用的方式是先将转换后平面坐标的参数，即椭球参数、分带标准决定下来。其中的椭球参数即指将大地坐标转换成平面坐标后所使用的椭球基准，有不同的长短周和扁率。

（2）北京54全国80及WGS84坐标系（WGS一84Coordinate System）的相互转换。国际通用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH（国际时间）1984．0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH 1984．0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴相互垂直构成右手坐标系，称为年世界大地坐标系统。

（3）空间坐标系之间的转换。通常情况下测量所使用的坐标系与施工图纸上的并不一样，这个时候就要进行两坐标系之间的转化。坐标系之间的转换需要知道三个在两坐标系中的重合点。

应用上，平面坐标转换的应用有（1）国家坐标系与地方坐标系之间的转换；（2）国家坐标系与施工图纸坐标系之间的转换；（3）摄影测量中的像平面与扫面坐标系之间的转换；（4）全站仪测图中，对错误的设定进行纠正。

2 工程测量中坐标转换内容

2.1 大地坐标与直角坐标之间的转换

在三维转换过程中我们可用下列公式求算，

X=(N+H)·cosB·cosL

Y=(N+H)·cosB·sinL

Z=(N(1－e^2)+H)·sinB?，这个方程可用来实现直角坐标的转换。

还有一种是二维坐标系的转化，可直接用正反算的方法进行转换计算。

2.2 国家坐标系间的转换

我国的国家坐标系有两种，一种是北京54坐标系，另一种是国家80坐标系，在工程测量中，常进行着两种坐标系的相互转换。通过原资料的互相计算;控制点的坐标换算;地形图的变更和处理等。

北京54坐标系使用的是柯氏椭球，国家80坐标系使用的则是1975国际椭球体，这两个坐标系之间的方向也不一致。柯氏椭球为求得北京54坐标下的P点在国家80坐标下的坐标，可先求该点在国家80坐标系中的大地坐标，运用公式求点P在国家80坐标系中的平面直角坐标为(x80，y80)。这种方法进行转换时仅仅是改变椭球参数还有定向的影响，并没有考虑两个坐标系中是否有重合点作为控制点。所以这个方法有局限性，不适合大范围的地域坐标转换，只适合于重合点少或无的坐标系转换。

2.3 工程坐标系与国家坐标系间的转换

所谓国家坐标系是先测量施工地长，再根据椭球参数进行转换得到的坐标系。而许多工程坐标系，为了控制投影变形，一般将地面边长投影到测区平均高程面或指定高程面H0，以测区平均经度为中央子午线进行高斯投影。在工程坐标系中，虽然具有跟国家坐标系相同的起始点和方向角，但是，工程坐标系中的点并不全是国家坐标系中的点。当使用国家坐标系时，应先将工程坐标系中的边长再根据椭球参数计算到椭球面上，再进行投影，然后根据方向角和基准点进行反算得到。

2.4 GPS在工程测量中的坐标转换

利用GPS定位技术将测量工作的外业工作完成之后我们会将GPS接收机得到的数据传输到计算机内部进行点位坐标的解算，而首先面临的就是坐标系的定义与坐标系间的转换方式等问题，因为GPS所观测的点的坐标均为国际WGS-84坐标，它是以经度、纬度与高程来表示地球上某一点的坐标的，而在我国的工程测量中采用的坐标系是1954北京坐标系、1980西安坐标系或地方坐标系,因此,将WGS-84坐标转换为1954北京坐标系、1980西安坐标系或地方坐标系的方法就成为一个关键。

在GPS数据处理软件内均有定义新坐标系的功能，所以我们可以在处理GPS观测数据前预先定义新的坐标系，以实现观测数据坐标的自动转换。