探讨工程测量中坐标转换相关问题

胡东栗国华

摘要：在表达物体的实际位置时，坐标是最好的表达方式。坐标的组成元素有两个，一个是原点的确定，另一个是坐标轴方向的确定。在数学中是两个向量有角度的组合。它与向量不同的是它有刻度的，比较精准。在我们的工程测量中，常用到坐标，但是一般的坐标是远远不能满足测量需求的，这就用到了坐标转换的方法。它将空间有效的划分，使我们的工程测量更加简单。在已有坐标轴的基础上，又有很多分类。不同分类下的坐标系所表达的内容不同，但是位置却是相同的，所以，为了更准确的把握目标的位置，就必须进行坐标系的相互转化。

关键词：工程测量；坐标转换；相关问题

引言

坐标转换是工程测量中常用的方法，在工程测量中经常遇到这样的问题，根据此方法的特点，具体介绍它的使用方法以及具体步骤，根据实际的作用效果进行客观的评价。我们在进行工测量的过程中，会用到坐标转化的方式，使工程测量更加方便。

1坐标系转换方法与步骤

1.1坐标系转换方法的选择

常用的坐标系转换方法主要有四参数法和七参数法。如果待转区域直径小于10km，我们几乎可以忽略不同椭球参数对转换精度的影响，因此，常采用四参数法来完成坐标系统的转换；如果待转区域直径超过15km，我们就需要考虑不同坐标系统的椭球参数，以避免椭球参数的差异降低转换后坐标点的精度，在此情况下，常采用七参数法实现坐标系统的转换。

1.2四参数坐标转换模型

平面四参数坐标转换方法采用的是一种二维坐标转换方法，避免了高程系统的误差对平面坐标的影响。平面四参数法不需要考虑不同椭球参数对转换参数的影响，可以利用最少的公共点求解转换参数。通常需要至少2组已知公共点在2个不同坐标系下的坐标值，才能求解出四参数，计算出四参数后，即可以通过转换模型计算出所需坐标系下的坐标值。

1.3坐标转换的步骤

收集、整理待转矿区内公共点成果，本矿区共收集了11个公共点坐标；分析、选取适用于坐标参数计算的4个公共点，所选取公共点易均匀分布于整个矿区；确定坐标转换参数计算方法与坐标转换模型，本次坐标转换采用了COORD软件，软件的操作步骤如下。（1）投影参数设置。通过主界面上的“坐标转换”进入投影设置界面，选择投影方式，设置中央子午线。（2）计算四参数。通过主界面上的“坐标转换”进入计算四参数界面，添加用于计算转换参数的公共点坐标，添加完成后计算四参数。（3）坐标转换。在软件主界面上，设置源坐标类型、目标坐标类型、坐标转换模型、椭球基准等参数，通过文件转换的方式将需要转换的源坐标转换到目标坐标系。

2土石方计算方法与DTM法原理

众所周知，土石方计算就是计算自然地形标高与工程治理后地形标高间的土石方体积，在南方CASS软件工程应用中土方计算方法包括4种：DTM法、断面法、方格网法和等高线法。DTM法适用于复杂不规则地形，计算精度高，但只有计算结果没有计算过程；断面法适用于狭长地带工程（如道路、水渠等），但断面位置要选择正确；方格网法适用于地势变化平缓、无陡坎的地形，计算结果较直观明了；而等高线法则是计算任意两条封闭等高线间的土石方量。从以上土石方计算方法和适用地形来看，适合本次矿山地质环境治理工程的土石方计算方法只有DTM法。DTM法先根据工程治理前后两个不同时期的地形高程数据建模，并进行叠加，生成DTM数字模型；再根据生成的TIN计算每个三棱柱的填挖方量；最后累加得到指定范围内两个时期的土石方变化量。而DTM法中地性线不能通过TIN中的任何一个三角形内部，而在本工程第一个治理采面斜坡中出现了空洞现象，等高线交叉在一起，这样三角形就会出现“悬空”现象，导致DTM数字模型与实际地形不符，计算得到的土石方将出现错误。

3常见的工程坐标转换问题分析以及方法

第一种是地理坐标与直角坐标的转换问题。地理因素是工程测量中重点考虑的因素之一。在进行工程测量时，首先要确定地理位置，对测量目标的实际位置有准确的表达。作用坐标表示它的位置更加准确。依照既定的参照物选择合适的坐标原点，建立空间坐标，多数情况下，工程测量中用到的大地坐标系的建立方法与普通的坐标没有本质的区别。都是运用数学中的坐标知识，地理坐标转换为直角坐标会用到相应的转换公式，但是地理坐标与直角坐标不同的是，地理坐标还受到地理因素的影响，因为地球是处于相对运用的状态，为了使两者的转换更加精确，就必须探究地球运动的相关问题，使工程测量更加准确。在转换过程中我们可以用到GPS定位的方法，合理降低工程测量的成本。第二种就是空间坐标的转换，也是我们常说的三维坐标。在进行工程测量的过程中，进行高程方面的转换时，由于作业难度增加，使坐标系发生一定程度的偏移，使工程测量更加困难，在进行坐标转换时，要把偏移这个因素带进去，综合考虑偏移量的影响，进而再进行推算。三维坐标转换涉及到空间直角坐标系以及大地坐标系，在进行转换的过程中，要综合考虑各个坐标系的特点。常用的三维坐标转换有空间直角坐标系的转换，在空间直角坐标系的转换中需要考虑到很多参数，在转换过程中就需要人为对数据进行处理，根据不同建筑物的特性来选择合适的工作参数。第三种就是二维坐标系的转换问题。转换过程中，要考虑到控制点的转换，以及观测数据之间的转换，还有地形变化中的一些数据处理，两者坐标系的适用范围是不同的，要根据实际的工程测量需求选择合适的工程测量方法。

4工程测量中坐标转换中注意的问题

在工程测量中，我们需要考虑很多问题。在此，我们主要分析工程坐标系与国家坐标系的转换问题。针对两个坐标系的特点，根据他们的应用范围进行坐标系的转换，对于国家坐标系来说，它主要是研究椭球面的位置关系，通过机械测量，将测量数据在坐标系上表现出来，国家在相关问题处理上还用到了中间线的投射方法，以便控制工程坐标系的投射状况，运用比较高端的测量技术，通过对一些测量区域进行准确的分析，利用子午线进行高斯投影，但是我们需要定一个基准，由于工程坐标系点的维之王与国家坐标系中的有偏差，所以我们在考虑点的近似处理，使两者能以不同的坐标系，表达相同的位置。

结束语

通过分析检核点的点位中误差发现，采用平面四参数法对北京54坐标到西安80坐标进行坐标转换，其转换精度完全能够满足矿山生产的需要，且四参数法对公共点的数量要求更少，对于地表控制点数量较少的矿山更有利于转换参数的求解。

参考文献：

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[2]徐新良，庄大方，贾绍凤，等.GIS环境下基于DEM的中国流域自动提取方法[J].长江流域与资源，2004，13（4）：343-348