工程測量中不同坐標系變換與精度分析

摘要；對于坐標系的變換來說，在我們平時的生活中并不常見，但是在我國的一些高科技領域卻十分普及，并且做好坐標系的變換以及精度分析能夠推動我國相關行業(yè)的發(fā)展，所以我們應該熟知不同坐標系變換的基本方法，并且為我國的科技發(fā)展提供技術(shù)上的支持，下面我們將簡要介紹幾種不同坐標系轉(zhuǎn)換的方法以及如何進行精度分析。

關鍵詞；工程測量；坐標系變換；精度分析

一、前言

北京54坐標系的來源是前蘇聯(lián)1942坐標系的延伸，但是該坐標系的不足就是誤差比較大并且定位的偏斜也大，后來建立了西安80坐標系以及基于GPS技術(shù)建立的2000國家坐標系。隨著我國科技的不斷發(fā)展，科學家越來越重視不同坐標系變換的方法以及精度分析的研究，并且該方法能夠在研究的過程中提供有力的支持以及數(shù)據(jù)的保障，下面首先我們簡要介紹幾種基本的方法，然后再對精度進行科學的分析，為往后我國在相關領域的發(fā)展奠定良好的基礎，并且通過循序漸進的方法來使我國在該領域能夠平穩(wěn)地進行過渡。

二、簡述坐標系的類型和常見的變換方法

由我國在不同坐標系變換的領域可知我國目前最常用的幾種方法就是大地坐標對平面直角坐標，北京54、西安80以及2000國家坐標系之間的轉(zhuǎn)換，任意兩空間坐標系的轉(zhuǎn)換以及十進制角度和度、分、秒格式之間的相互轉(zhuǎn)換。并且隨著科技的不斷發(fā)展，在該領域出現(xiàn)了越來越多新型的方法。這對于坐標系變換的發(fā)展極其有利，首先我們介紹大地坐標對平面直角坐標的方法，第一步就是先按照普遍的方法來找到變換的參數(shù)，主要的參數(shù)有橢球參數(shù)以及分帶標準和中央子午線的經(jīng)度等，并且將我們求得的參數(shù)輸入到軟件當中，這樣就能以最快的速度并且準確地實現(xiàn)坐標系之間的轉(zhuǎn)換。接著就是北京54西安80以及2000國家坐標系之間的轉(zhuǎn)換，通常都是將地球的質(zhì)心作為坐標的原點，也就是地心坐標系，Z軸為世界時間確定的地球極的方向，X軸就是零子午面以及赤道的交點，三個坐標系構(gòu)成了右手坐標系，并且這個系統(tǒng)使用起來十分方便，還因為使用的基準是橢圓的，跟國內(nèi)的使用原則十分相似，所以在國內(nèi)十分受歡迎。然后就是任意兩空間坐標系的轉(zhuǎn)換，我們可知不同的坐標系的標準以及基準都不一樣，但是有些通用的標準肯定是相似的，就是確定至少三個重合點，因為知道三個重合點并且代入布爾莎公式求解起來十分簡便。最后就是十進制的方法，如果要使用這種方法，往往數(shù)據(jù)都比較多并且難以處理，人工的操作不多，所以要使用這種方法一般都會用到軟件，將相關數(shù)據(jù)輸入，等待軟件對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換即可。

三、如何確定不同坐標系的變換的精度測量

由我國現(xiàn)狀可知，我國目前應用最廣泛的一種變換技術(shù)就是GPS技術(shù)，主要是因為其準確度高并且靈活以及工作效率非常高，并且?guī)椭芏喑鞘泄こ踢M行高精度的測量以及計算，并且其在進行測量的時候并不需要大面積的空地，這樣就降低了儀器對于地面情況的依賴性，并且在一定程度上避免了不必要的人力以及物力，還縮短了工作的時間從而減少投入的資金，并且轉(zhuǎn)變的效率也比以前的方法更高，所以該技術(shù)十分普遍，雖然話說該技術(shù)的精確度高，但是絕對來說并沒有那么準確，因為科技水平有限，坐標系變換的多種方法中每一種方法都有自己的不足，GPS其實就是一個衛(wèi)星的定位系統(tǒng)，我國只是將其和坐標系變換有機結(jié)合在了一起，就是用GPS技術(shù)來實現(xiàn)坐標的變換，首先就是確定兩者的交點，并且根據(jù)兩個坐標系的參數(shù)保證轉(zhuǎn)換的準確以及迅速，但是這種方法之所以會使最終的測量以及變換與實際值出現(xiàn)一定程度的偏差以及精度不高的原因就是其有的局限性，并且在求某些參數(shù)以及公共點和三維坐標的時候都不能準確算出或者找出，但是相信隨著在該方面科技的不斷發(fā)展，相關技術(shù)會有一個質(zhì)的飛躍。

四、幾種常見的關鍵的坐標系轉(zhuǎn)換的方法

幾種比較重要的坐標系轉(zhuǎn)換就是北京54坐標以及西安80坐標和2000國家坐標三個坐標系之間的兩兩互相轉(zhuǎn)換。對于54以及80坐標系來說，兩種坐標系是在兩個不一樣的橢球，所以要想進行變換就要找到兩個橢球的交點，并且將數(shù)據(jù)在鏈各個坐標系的相應的坐標輸入到軟件之中完成變換，其中比較關鍵的就是四參數(shù)或者七參數(shù)，變換的流程簡述如下：第一步就是將這兩個坐標系轉(zhuǎn)換為直角坐標系，并且通過四參數(shù)或者七參數(shù)來得到變換參數(shù)，第二步就是根據(jù)實際情況可以將直角坐標系變換為大地坐標，并且可以利用下述的公式進行變換：X=（N+H）cosBcosLY=（N+H）cosBsinLz=[N（1-e2）+H]sinB；L=arctan（YX/）B=arctan{Z（N+H）/[（X2+Y2）1/2（N（1-e2）+H）]}H=Z/sinB-N（1-e2）上述兩個式子中L和B就是大地經(jīng)緯度，H是大地的高程，N就是該點的卯酉圈曲率半徑，a是大地坐標系對應的橢球的長半軸，e就是大地坐標系對應的橢球的偏心率。對于54坐標系以及2000坐標系來說，就是使用布爾莎公式來求得兩個坐標系各自的轉(zhuǎn)換參數(shù)，并且知道相對應的坐標從而完成坐標系之間的變換。對于2000坐標系以及80坐標系來說，因為80坐標系是參心的坐標系，而2000坐標系是地心的坐標系，所以兩個坐標系之間沒有比較一樣的變換公式，這就要求我們確定幾個同名點的坐標并且計算出相關的參數(shù)，在此基礎上實現(xiàn)坐標系之間的變換。由上述我們可知在對各個坐標系進行相互轉(zhuǎn)變的過程中，其本質(zhì)是一樣的，就是找到兩個坐標系之間的共同點以及求得相關的轉(zhuǎn)換參數(shù)，將對應點的坐標在對應的坐標系中進行標出，最終要想實現(xiàn)坐標系之間的相互變換就要用到專業(yè)的儀器以及測繪工具來完成。

五、如何保證不同坐標系轉(zhuǎn)換的精確度

要想使各個坐標系之間的變換更加精確的話，最關鍵的要點就是在同一個橢圓中進行，之所以變換不是在同一個橢圓中不嚴謹是因為他們分別在不一樣的體系當中，并且最終的變換的結(jié)果不是絕對的準確，例如2000坐標系以及54坐標系在兩個不一樣的橢圓體系中變換，如果他們本身所確定的變換參數(shù)就不太準確，從而導致在相應的坐標系中求得的各個點的坐標也不夠準確，這種情況下要想實現(xiàn)兩個坐標系之間的變換的話就只能通過兩個橢圓體系的交點來進行，這樣求得的結(jié)果使得整個坐標系中每一個坐標點的數(shù)值都不是很準確，并且坐標不準確的坐標點可能還不是一個兩個，所以綜合上述所說，如果我們要想所求得的坐標系能夠更加準確的話，首先就應該在政府專業(yè)的測繪部門獲得準確度比較高的數(shù)據(jù)，接著就是我們在尋找以及計算的過程當中多做幾遍以及多記錄幾組數(shù)據(jù)，并且根據(jù)相關公式求得相應的變換參數(shù)，從而在不同的坐標系的情況下求得相應的坐標值，要想變換再準確一點的話，可以利用求平均值的方法來進行計算，并且這種方法通常在使用的情況下對實驗結(jié)果的影響太小，通常我們可以不用考慮其產(chǎn)生的誤差。

六、結(jié)束語

綜上所述我們可知，我們之所以要研究坐標系變換以及精度分析是因為其能使變換更加準確并且增強我國的勘測能力，所以我們應該加強變換儀器的準確以及靈活，是因為環(huán)境是在不斷變化當中的，要在最大程度上保障儀器在變換的儀器中也能保證數(shù)據(jù)的準確，并且我國政府也應該加強對測繪的研究，只有技術(shù)以及方法過關，才能幫助坐標系變換以及工程測繪有更好的發(fā)展。

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作者簡介：袁大群，男，43歲，高級工程師，注冊測繪師，河南省交通規(guī)劃勘察設計院有限責任公司