水利工程測量工程中坐標轉換法的應用淺談

潘 偉

(新疆水利水電勘測設計研究院測繪工程院，新疆 昌吉 831100)

水利工程測量工程中坐標轉換法的應用淺談

潘 偉

(新疆水利水電勘測設計研究院測繪工程院，新疆 昌吉 831100)

水利測量技術在水利工程實施上，起到十分主要的作用，故工程建造能持續進展，簡易測量法顯得愈加重要。本文概括水利工程中目前所用的坐標轉換法，以此對所出現狀況提出改進措施，利于日后研究。

水利測量 坐標轉換 施工坐標 應用

一、前言

水利工程受不同環境及水文地形的作用，其類型較為龐雜。而現實中進行其測量放線時，特別是施工前，建設部門需將其把控點的大地坐標呈報給施工部門，設計部門必須將重點范圍軸線內的大地坐標標明于施工圖紙內。雖較易經把控點進行軸線內點位的測放，可點位后進行細分測放則不易，需依軸線上點同細分點間的方位角和距離，進一步測算出細分點坐標方能測放。故測量建筑物時，依細分尺寸點同其軸線垂直或平行特點，借助大地坐標系與工程軸線間關聯，使其轉變為施工坐標系，只用在施工與測量上，如此解決全部問題.

二、坐標轉換的幾種方法

（一）經典方法

赫爾墨特三維轉換法不僅全面應用于水利測量，且在數學領域里也是轉換測量中十分嚴謹的方法，故為經典法（Classical）。而相較WGS84 體系原點，其當地部分坐標系會出現三個參數的偏離（DX，DY，DZ），且是平行移動的。因當地部分坐標系里三個坐標軸沒有平行于WGS84體系軸，故要實現平行必須各自轉動一個不大角度值，由此產生出三個定向坐標Z。此外，還需考量兩個差別大小的橢球，與WGS84 體系比較，出現在某個當地坐標系的m尺度因子。依如上辦法構建出的坐標轉換模式參數ωY，ωX，ω，因擁有參數七個，故叫七參數法。此法不論范圍大小，僅需有效規劃公共點，嚴密測量出當地坐標都適用，因其特點是GPS 測量可維持其計算的精密性。

（二）插值法

經某種有效平均的形式，并通過彈性形變，在當地格網坐標體系內加入工程測量結果，當地體系格網取決于格網坐標，即點位平面的傳入，各自解決高程轉化中的平面點位，即代表此測量點并非已知高程點，轉換平面點位時也不會受當地高程偏離影響。相較于3D轉換法，此法在某些方面較有優勢，例如計算轉化參數時，能于無當地地圖投影或橢球信息里進行，且可互相單獨轉換高程及平面點位，即代表高程資料可不包含在當地坐標內，并能于不同點里得到。此法更傾向變形測量值，進而順應當地格網現有測量值，有利有弊，由于相較已存在的格網，GPS 坐標有較佳的總體均勻特點，雖其精度會減少，如果想在已擁有的當地坐標體系里加入GPS 觀察值，勢必是首選。

（三）分片平滑插值方法

此法結合如上兩轉化法，且平面點位使用第一種辦法，而高程則使用第二種轉化法。運用此法時必須把握住WGS84 同格網坐標內最少四個點，因能計算殘差，若計算參數轉換時僅用公共點 3個同樣可以。同時還需了解已有地圖投影種類，投影在地圖內的，所用當地橢球與參數及坐標。正因此法同插值法類似，令轉換劃分出兩范圍，單獨區分平面同高程點位，故兩者轉化點不必是相同的一點。因運用3D經典轉換法進行轉換平面點位，雖轉化范圍大于插值法，可用范圍卻受高程轉化準確值影響，下面是具體的實施過程：

1. 二維經典轉化參數的明確.

2. 主要公共點核算.

3. WGS84點借助地圖投影.

4. 高程插值樣式建構.

5. WGS84與當地橢球間平移參數的演算.

當地坐標體系面對平整或較平整的區域時，能得到較優的高程準確度。故較易構建出某個高程轉化樣式，且在大范疇內精度較佳。之中涵蓋愈多高程點，則愈好轉換高程。若面對的范圍，其大地水準面有較大起伏，希望高程轉換較佳，則必須大量縮減轉換區域。而不會影響到起伏沒有規則的對點位的轉化。

（四）一步法

此法分別轉換出高程同點位，進行轉換平面點位時，需先投影地心坐標WGS84，使其投射在暫時墨卡托橫軸里，接著變換尺度、平移與轉動，讓其同實際投影計算一致。由于轉化平面點位時運用高程轉換法，勿需對當地坐標體系的參照橢球與地圖投影種類進行知曉，分別轉化高程與平面點位，故平面點位不會受高程偏離影響，因其高程一維擬合，故此法較為簡便。若無當地高程信息或不全面，依然能轉換平面點位。且平面點位與高程兩者已知點可不同一，借助此法可在僅有某個公共點時，轉換高程與坐標。

三、施工坐標在各項水利工程中的應用

雖水利工程已全面應用了施工坐標，可面對各建筑物時，特別是在其同一把控點的施工坐標里，存有不同施工坐標，必須分別應用。進行大壩施工時，對其坐標系的構建必由大壩軸線作為其坐標軸，以此起始點作施工坐標地心，按此方向作施工坐標標的。測放時，測站及后視把控點必須輸入施工坐標，即由此坐標系推算而出，并用全站儀E、Z、N三個顯示測量值，分別指向此點距壩軸線的差距與高程及樁號。進行壩軸線測放，只需將E值定為0，變動N值的移動棱鏡即可；若距壩軸線四米點測放時只需將4作為E值即可。而遇壩面收坡應隨Z值變化E值，先得理論E值，依設計邊坡所測Z值而得，接著比較所測E值，依棱鏡左右變動而變，若兩個E值一樣則能尋到收坡準確之位。此法的距離是依不變高程調節而來，較適用于填筑壩體邊坡的把控；按理論Z值與所測E值，即設計邊坡與全站儀所得，相較于所測Z值，棱鏡上下移動調節Z值，使兩個Z值一樣，即能尋到收坡的準確之位。此法較適用把控高程壩體上砌石。施工時遇到明渠，因其拐點不少，要想施工坐標系能完好構建則不易，故可借助鄰近不同拐點，各自構建起施工坐標系。構建過程中坐標原點能以某個J1拐點表示，其方向則以明渠向前鄰近J2拐點表示。進行不同點測量時，N值由全站儀得出，其代表J1點與所測點間的差距，此樁號的演算能在曲線J1與J2元素上，并結合進J1點樁號而得，直線段內E值所處長度為明渠線的中心長度，進行測放必先將N值核算出，即處于測放斷面內，N值的測定利用棱鏡前后變動而得，接著固定N值，棱鏡左右變動，得到橫斷面，即所測樁號內；固定0為E值，棱鏡變動能分別測出N值與Z 值，由此得到渠道縱斷面。依圖紙內明渠寬度、設計高程與邊坡，借助實際測量Z得出E值，此理論值組合進實測E值，便可輕松尋到開口。

四、結語

若測站點以測區內為準，特別是其高級別把控點，借用全站儀進行遠距的一次性測量，由此取得施工需要的所有斷面圖，能減小工作量。借用全站儀結合進較小計算器，依此法可對現場數據進行記錄測量，保證準確率。而工程驗收及結算時，可借助計算器性能即編程，結合人工程序，任意轉換所測坐標。

[1]孫承岳，張仰保. 坐標轉換在水利工程施工測量中的應用[J]. 城市建設理論研究，2013，（22）.

[2]國家技術監督局.1 ∶500 、1 ∶1 000、1 ∶2 000 地形圖航空攝影測量內業規范[S].北京∶中國標準出版社, 1998

[3]國家技術監督局.1∶5 000 、1 ∶10 000 地形圖航空攝影測量內業規范[S].北京∶中國標準出版社,1993

TV

B

1007-6344（2015）03-0235-01