淺析礦產資源勘查中坐標系統的選擇應用

紀名奪，許麗云，姚海龍

(中國冶金地質總局地球物理勘查院，河北保定071051)

一、引 言

隨著我國經濟建設的快速發展，礦產資源在國民建設中起到了非常重要的作用，礦產資源由表層礦產資源勘查向深部礦產勘查發展，相對過去復雜了很多。測繪技術作為找礦的主要輔助手段也在突飛猛進地發展，儀器也由傳統的測量儀器向GPS發展。GPS的廣泛應用，為礦產資源勘查提供了便捷、準確的測量定位方法。

二、全球定位系統

1973年12月，美國國防部批準陸、海、空三軍聯合研制衛星導航系統:NAVSTAR/GPS(navigation satellite timing and ranging/global positiong system)。該系統是以衛星為基礎的無線電導航定位系統，具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的導航、定位和定時的功能。GPS首先以軍事目的研制發展，現在基本全面向民間開放。繼美國之后，俄羅斯的GLONASS、歐盟的伽利略定位系統也開始投入民用，我國也在緊鑼密鼓地研制北斗導航系統，并在部分領域開始運營。

三、坐標系統

1.1954北京坐標系和1980西安坐標系

20世紀50年代，在我國天文大地網建立初期，鑒于當時的歷史條件，采用了克拉索夫斯基橢球元素(a=6 378 245 m，α =1/298.3)，并與前蘇聯1942年普爾科沃坐標系進行聯測，通過計算建立了我國大地坐標系，定名為1954北京坐標系。

隨著我國建設的發展，發現1954北京坐標系與我國的大地水準面有些不適用，為了進行全國天文大地網整體平差，采用了新的橢球元素進行了定位和定向，1978年以后，建立了1980國家大地坐標系。

1980國家大地坐標系的大地原點設在我國陜西省徑陽縣永樂鎮。該坐標系是參心坐標系，橢球短軸Z軸平行于由地球地心指向1968.0地極原點(JYD)的方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文臺子午面，X軸在大地起始子午面內與Z軸垂直指向經度零方向;Y軸與Z，X軸成右手坐標系。

4個基本常數是:

2.WGS-84大地坐標系

WGS-84大地坐標系的幾何定義是:原點位于地球質心，Z軸指向BIH 1984.0定義協議地球極(CTP)方向，X軸指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交點，Y軸與Z，X軸構成右手坐標系。對應WGS-84大地坐標系有WGS-84橢球。

4個基本常數為:

3.2000國家大地坐標系

2000國家大地坐標系是全球地心坐標系在我國的具體體現，其原點為包括海洋和大氣的整個地球的質量中心。2000國家大地坐標系采用的地球橢球參數如下:

四、坐標系統在礦產資源勘查工程中的應用比較

國家坐標系是一個系統、連貫的坐標系統，新中國成立后，我國的基礎設施建設是在1954北京坐標系基礎上開展的，其中就包括資源勘查。雖然在1978年我國建立了1980國家大地坐標系，但是工程建設采用1954北京坐標系的還是比較普遍。

現代礦產勘查形式多種多樣，比較傳統是在國家資源大普查的基礎上找礦的，大普查進行的地質填圖和圈定的異常區等工作基本上也是在1954北京坐標系上的進行的，后續工作只能在此基礎上開展，這樣才能更好地銜接，并準確定位礦產資源異常范圍。

在礦產資源勘查階段礦區范圍內測量工作分為兩種情況:

1.測區內有國家控制點

測區內有國家控制點，測量工作可以采用國家坐標系，這樣的好處是可以為礦產資源勘查從初級階段找礦到礦產的開采提供統一的坐標系統，減少誤差的出現。對于在遙感圖片上圈定異常區的方式，遙感圖片也必須轉化到國家坐標系統上來，這樣才能準確地將異常區確定到實際位置。

2.測區內沒有國家控制點

對于測區內沒有控制點的礦區，雖然測量工作可以從測區外向測區內通過控制測量把控制點引到測區，這樣做雖然能夠建立與國家的坐標系相一致的坐標系統，但這樣會浪費大量的人力和物力，不利于成本的節約原則，因此可以在礦區建立相對獨立的坐標系。

相對獨立坐標系的建立應具體情況具體分析:①對于在已有資料上進行礦產資源勘查的情況，獨立坐標系的建立應盡量與已有資料的坐標系保持一致，這樣異常區的圈定就不會出現同一異常區有不同坐標的情況;②通過遙感圈定異常區的礦區，對于相對坐標系的建立要保持與遙感圖片的坐標系一致，同樣是為了使遙感圖片異常區的圈定在實地位置不會出現偏差;③對于測區內沒有任何資料，一切工作從頭開始的情況，相對坐標系的建立比較靈活，可以任意建立，但是坐標系的坐標北方向與地理北方向盡量保持一致，這樣能接近真實地理方向。

現代礦產資源勘查無論是采用國家坐標系統還是獨立坐標系統，測量定位儀器基本上都采用了手持GPS或RTK測量模式，然而GPS單點定位的坐標及相對定位中的基線向量屬于WGS-84大地坐標系，因為GPS衛星星歷是以WGS-84坐標系為根據而建立的，要使用當地國家坐標系或其他獨立坐標系，必須進行WGS-84坐標系與當地坐標系的參數轉換，才能進行后續的測量工作。

對于獨立坐標系的建立，盡量采用WGS-84橢球，因為這樣不需要進行參數轉換，同時由于使用的是WGS-84坐標系，這使得點位后續工作向國家統一坐標系轉換更容易，不需要反復轉換，從而減少工作量及轉換過程誤差，提高經濟效益。

五、工程實例

某地區采用獨立坐標系進行礦產資源勘查，收集到地質資料為遙感圖片確定的異常區，遙感圖片的坐標系統為WGS-84坐標系下的UTM投影，為了統一，本工區坐標系選擇的是WGS-84下的UTM投影直角坐標系。根據物探線繪制的三維地形圖如圖1所示。

圖1 某礦區根據物探線繪制的三維地形圖

根據物探數據繪制的反演圖件如圖2所示。

圖2 地質綜合圖件

圖1是礦區內物探線的地形線，并根據各條地形線的坐標繪制的三維地形圖，為礦區勘查提供地形參考。圖2為根據物探數據繪制的反演圖件，底色為物探等值線圖，線條為各條物探線的位置。根據地質工作和其他工作確定的幾個異常區，根據異常區的UTM坐標放到實際位置進行鉆探工作，各個鉆孔都取得了很好的效果，說明坐標系的選擇比較合適，各工作采用了統一坐標系從而為異常區的實際定位減小了誤差。

六、結束語

以上的敘述是建立在礦產資源勘查找礦初級階段，建議用戶在礦區內進行勘查時測量坐標系的選擇應具體情況具體對待，保證圖上圈定異常區確定的坐標放到實際位置不出現錯誤的情況下減少投資浪費，但在礦產開采階段必須與國家的統一坐標系進行聯測，特別是周圍有其他礦區同時在開采時，這樣才能更好地保證本礦區不越界，同時保護了自己的經濟利益。

［1］李青岳，陳永奇.工程測量學［M］.北京:測繪出版社，1995.

［2］徐紹栓.GPS測量原理及應用［M］.修訂版.武漢:武漢大學出版社，2003.

［3］孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測量學基礎［M］.武漢:武漢大學出版社，2006.