針對工程測量中不同坐標系變換及精度分析

■　曾凡一　白明

（大連九成測繪信息有限公司遼寧大連116400）

針對工程測量中不同坐標系變換及精度分析

■曾凡一白明

（大連九成測繪信息有限公司遼寧大連116400）

工程測量中常常需要進行坐標系的變換，其變換效率和精度直接影響著對測量數據的應用，并影響著工程質量。本文對坐標轉換、坐標轉換模型進行分析，并探討了不同坐標系變換精度的測量和幾種常見坐標系的轉換方法及精度控制方法，為工程測量中坐標系變換提供資料參考。

工程測量坐標系變換精度分析

1　坐標轉換

坐標轉換是信息化工程測量中常用的一種方法，其主要問題時研究不同坐標系采用的橢球之間相關轉換的問題，以確保測量數據能夠得到更為廣泛的應用。工程測量中的坐標系統由基準和坐標系兩部分構成，基準是描述地球形狀形高的參數，包括物體在地面空間中的定位及物理特征，還包括用來描述位置所用到的單位長度等。我國常用的坐標系統有大地坐標對平面直角坐標、背景54全國80及WGS84坐標系的相互轉換、任意兩空間坐標系轉換、在十進制角度和度/秒/分格式之間進行轉換。這些坐標系的轉換對數字化工程測量有巨大影響，因此必須根據坐標轉換的類別，采用合適的轉換手段和方法，將目標數據轉換成所需要轉換的數據。任意兩空間坐標系的轉換,這種坐標系的轉換看似很困難,實際上較為簡單,在對于任意兩個坐標系的變換時,雖然它們的特點不盡相同采用的標準也不同,但是一些基本和必備的標準是永遠不變的,那就是找到至少三個重合點,這幾個重合點在坐標系的坐標里是已知的,這個時候利用布爾莎公式來求解是比較容易的。對于十進制角度和度/ 分/秒格式之間的轉換,由于數據繁瑣,非人工多能操作的,這種轉換一般使用軟件較為便捷,直接輸人需要轉換的數據,通過軟件的運行,自動會生成所要轉換的數據。

2　坐標轉換模型

工程測量中，需要對已有的測量結果和現有的控制網進行坐標糾正、補測或重測，但工程測量對數據的精確性要求較高，為了提高工程測量工作效率，可以用坐標轉換的方法，使重測的數據與舊數據相互結合。坐標轉換模型一般分二維轉換模型和三維轉換模型兩種，二維轉換模型分為二維七參數轉換模型、二維多參數轉換模型。三維轉換模型則包含Bursa七參數轉換模型和三維多項式轉換模型。在坐標轉換模型的建立時，要根據具體的工程測量要求和不同轉換模式的實用性，合理的選擇轉換模型類型和方法。不同的轉換模型，不僅轉換參數和方法不同，轉換精度也不同，因此在參數轉換時還要考慮好精度要求。

3　對不同坐標系變換精度的測量

信息技術和航空航天技術的發展，促進了工程測量技術的發展。現如今我國使用的坐標系變換技術通常會采用GPS技術，GPS技術作為工程測量中應用較為廣泛的先進技術，在坐標系變換過程中具有操作簡單、靈活性強、經濟性好、工作效率高等優點。雖然GPS在不同坐標轉換時能夠達到較高的精度，但由于GPS技術信號傳輸存在時間誤差，因而其不可避免的存在精度誤差。雖然相對于其他坐標系變化方法來說，其精度已經極高，而且轉換周期短、轉換成本低、轉換效率高。但我們能夠盡量減小這種誤差，方法就是在坐標系結合點和公共點轉換時，提高求參數的準確性，避免轉換認為誤差的出現，提高該技術應用于坐標系轉換的相對精度。

圖1　GPS絕對定位示意圖

4　幾種重要坐標系之間互相轉換的基本方法

4.1北京54坐標系與西安80坐標系的轉換

北京54坐標系和西安80坐標系受地球形狀的影響，處于不同的兩個橢球，因此在坐標系轉換時，就要找到兩個坐標系的公共點，并以公共點為基礎，將坐標系中的對應坐標填到轉換軟件中，實現坐標系之間的轉換。

4.2北京54坐標系與國家2000坐標系間的轉換

北京54坐標系和國家2000坐標系變換的方法是，在坐標系中選取348個坐標系重合點，并利用Bursa七參數轉換模型求出兩坐標系的轉換參數，之后計算兩坐標系中對應的坐標，實現坐標系之間的轉換。

4.3國家2000坐標系和西安80坐標系間的轉換

國家2000坐標系和西安80坐標系一個是地心坐標系，一個是參心坐標系，由于這兩個坐標系間沒有統一的轉換公式，因此在轉換時需要找到同名點對應的坐標，并求解參數，最終實現坐標系間的轉換。

5　不同坐標轉換的精度分析

不同坐標系的轉換，其轉換結果都必然存在誤差，是不嚴謹的。因此，在本文中所提到的轉換精度僅僅是相對的，而不是絕對的。例如，在上文中國家2000坐標系和北京54坐標系中的轉換，由于是兩個橢球之間坐標的轉換，根本無法實現絕對的轉換精度。也無法保證坐標系轉換中各個位置的轉換準確，甚至同一次不同點之間的轉換精度也存在差別。為了得到絕對精確的數據，必須利用新坐標系進行重新測量。如果對轉換精度要求并不十分苛刻，也可以采用多組數據轉換，求取平均值的方法，盡量提高轉換精度，以保證工程測量中對轉換精度的需要，這種提高轉換精度的方法也是比較常用的。理論上分析，如果選用的數據組數無窮多，能夠實現測量數據的趨近零誤差，但這種假設在實際的工程測量中是不可行的。

綜上所述，探討工程測量中不同坐標系的變換及精度，其目的為的是提高變換質量，為我國工程測量水平的提高打下基礎。因此，在工程測量坐標系轉換實際中，要根據測量需要和坐標系之間的轉換規律，來選擇轉換方法。相信隨著我國測繪水平的提高和GPS等先進技術的應用，工程測量中不同坐標系的轉換技術必然能夠實現質的飛躍，提高坐標系變換的效率和精度，為我國社會主義社會的建設和發展貢獻力量。

TB22[文獻碼]B

1000-405X（2016）-3-282-1