工程测量中的坐标转换相关问题解析

工程测量中的坐标转换相关问题解析

发表时间：2017-11-20T16:22:42.080Z 来源：《基层建设》2017年第22期作者：唐美念[导读] 摘要：在工程测量的过程中，测量人员经常会进行坐标转换，而如何在进行工程测量时，保证坐标转变的结果精准可靠，测量人员则要充分的考虑影响坐标转换的因素，从而根据实际问题找到实际影响坐标转变的因素，这样测量人员就能有效的提升工程测量的效率，并建立科学的坐标体系，以供给施工人员参考。

柳州市勘察测绘研究院 545000 摘要：在工程测量的过程中，测量人员经常会进行坐标转换，而如何在进行工程测量时，保证坐标转变的结果精准可靠，测量人员则要充分的考虑影响坐标转换的因素，从而根据实际问题找到实际影响坐标转变的因素，这样测量人员就能有效的提升工程测量的效率，并建立科学的坐标体系，以供给施工人员参考。因此，本文并通过具体工程的特点提出有效的解决措施。

关键词：工程测量；坐标转换；探讨在工程测量过程中，经常需要进行坐标相对应的转换，特别对于一些具有数据的坐标和国家数据坐标相互转换操作。在进行坐标转换过程中，由于具体工程不同所导致的坐标的要求不同，为了能够更好的做好数据的测量要求，达到我们测量的精准性，对坐标转换工作在测量前进行设计。 1地理坐标与直角坐标的换算在进行工程测量之前，首先需要考虑整个工程地理环境和建筑位置的经纬度，对建筑工程位置进行准确的坐标定位，并对大地坐标进行全面的分析。一般情况下传统坐标和大地坐标间不会较大差别。都是通过数学中涉及的空间坐标体系实施的。并且大地坐标和直角坐标转换时，在使用相对应的坐标转换公式同时，还应注意地球轴心的变化的影响，从而达到工程测量的准确性。高斯平面坐标和二维大地坐标之间的也应提前建立换算模式，确保后期测量顺利进行。随着改革技术不断的发展，GPS 技术可以有效的提高测量的精确度，与其他的技术相比具有一定的优势，GPS 技术具有精确度高，主动性强，效率较高等特点。近年来工程测量不断提高了对准确度的要求，利用GPS 技术可以满足工程对于测量的要求，同时也很大程度的减少了技术本身对高空控制工作的依赖，可以有效的减少高空作业工作强度，缩短坐标的转换周期，降低了转换的成本，提高了转变的效力。

2 三维坐标转换

工程进行测量中，高程基准和高程投影是两个重要的环节，然而在进行高程投影过程中，坐标系很容易发生偏移，因此在换算高程投影坐标时需要考虑坐标偏移的因素，并且具体计算过程中要合理推算。这个合理推算的过程就是需要涉及到三维坐标转换。三维坐标系中包含空间直角坐标系和大地坐标系，要满足三维坐标之间的相互转换，还需要对这两者之间进行有效的分析。

2.1 空间直角坐标系转换

空间直角坐标系是三维坐标转换中最常见的，对坐标的位置进行准确的分析，需要相关人员进行有效的处理，常见的空间直角坐标系过程中，主要使用7 个参数（三个平移参数、三个旋转参数、一个缩放参数）进行模拟转换。当建筑物物体发生位移和方位发生转换时，需要采用平移参数和旋转参数。缩放参数主要应该与高程投影时使用。在具体的空间参数转换过程中，7 个基础参数之间的模拟转换应按照相应的公式进行换算。同时在实际操作过程中我们可以发现，在对空间直角坐标系进行转换时，结果基本上都是非线性的，这就增大了测量难度，因此在具体实际操作时，当旋转参数微小角度测量时，我们一般运用简化算法。

2.2 大地坐标转换

大地坐标转换与空间直角坐标系类似，也主要采用 7 个参数，只是难度有些增大，比如缩放参数需要转换为尺度参数，还需要增加 2个椭球变化参数。同时还需要增加使用 4 个公共点。以上原因导致大地坐标转换在实践应用中使用较少。

3 二维坐标系转换 3.1 国家坐标系间的转换

北京 54 坐标系和国家 80 坐标系为我国国家坐标系，两者之间的转换是工程实践中遇到最多的坐标系转换问题。包括原始观测资料的转换、归算和改化；控制点的坐标换算；地形图的变更和处理等。北京 54 坐标系采用的是克拉索夫斯基椭球（克氏椭球），国家 80 坐标系采用的是 1975 国际椭球体，且两坐标系的定向也存在差别。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（B80，L80），即

Δe2为第一偏心率平方之差；a，e2分别为克氏椭球的长半径和第一偏心率的平方；B54，L54为 P 点在北京 54 坐标下的大地经纬度；ΔX，ΔY，ΔZ 为两椭球参心的差值。P 点在国家 80坐标下的大地坐标为：

然后通过高斯投影正算公式求得点 P 在国家 80 坐标系的平面直角坐标（x80，y80）。该方法只考虑了两个坐标系统椭球参数和椭球定位定向变化的影响，没有考虑两个国家坐标系大地控制点的差别，即国家 80 坐标系是整体平差结果，而北京 54 坐标系是局部平差结果。故该转换方法不严密，仅适用于公共点少或无公共点的测区进行局部地形图转换。

3.2近似变换

3.2.1相似变换法

四参数进行转换适合小区域平面直角坐标的换算，也就是对大地位置比较平行的直角坐标转换，特点是对新旧坐标的几何形状不变，但是对于公共点会存在一定的间隙，就会认为坐标之间会存在不稳定的特点，对于系统设置的设备进行分析的时候，非公共点坐标的转换方式：（1）计算公共点 i 转换值的改正数 Vi，Vi=已知值-转换值，公共点的坐标仍采纳已知值。（2）计算非公共点 j 的改负数Vj，并对其进行相应修改。

3.2.2 拓扑变换法

当我们采用二阶多项式时，一般具有 12 个特定系统，主要就是运用的 6 个公共点求解，其余的点也就是新坐标方式的计算，对于这种公共点采用6 个，一般可以运用最小二乘计算，这时候对这两个点之间也就会存在空隙，很多都会满足间隙平方之间的最小。在对计算方式进行分析的时候大多数的焦点都会存在很多的数据模块，拓扑变革模子简略，参数的实际效果就是保证数据的准确，在对较小的设置的时候，对大众数量的要求较高，最佳全部的转换要求。

3.3 工程坐标系与国家坐标系间的转换

国家坐标系统主要就是将测量的高空边长归纳到椭球面，然而在国家进行分带处理的中间线的投射中，很多的工程坐标体系为了控制投射的形态，一般都会将较高的测量技术有效的运用在上面，通过测量区之间的分析，设置好测量的中间子午线进行高斯投影。只管这类工程坐标系常以一个国家坐标点和一个方位角作为起算基准，但在工程坐标系下，点的坐标与国家坐标系下的也不一致。

将地面电磁波测距边长 D（斜距）归化至指定高程面H0上得 S，称归化改正，公式为：

其中，ym为边长两端点在高斯-克吕格坐标系的横坐标平均值（m）,y1与 y2为未加500 km 的值；Δy= y2－ y1为边长两端点的横坐标增量（m）；Rm为大地线 S对应的平均曲率半径（m）。

工程坐标系向国家坐标系转换时，可先需将边长反算至椭球面，再进行高斯投影，并以国家坐标系中的点和方位角作为基准进行平差计算。根据情况，也可采用 4. 2 的近似变换法。

4 结束语

综上所述，在测量中想要保证测量的结果的准确性，也就需要在其中相应的坐标体系进行有效的测量，但是由于工程测量在对坐标系统自身存在的稳定程度的要求，再测量的时候存在很多的问题，也就需要对坐标进行合理的转换。

参考文献：

[1]罗长林，张正禄，梅文胜.三维直角坐标转换的一种阻尼最小二乘稳健估计法[J].武汉大学学报（信息科学版），2007（8）.

[2]夏自进，冷亮，张艳.GPS RTK 测定坐标转换到地方独立坐标的方法及其适用性分析[J].测绘与空间大地信息，2014（9）.

[3]黄江雄.工程测量中的坐标转换相关问题探讨[J].测绘科学，2011（5）.