工程測量中的坐標轉(zhuǎn)換相關(guān)問題探討

張敏

摘要：在工程測量中，其測量結(jié)果往往容易受到各種因素影響造成誤差，造成施工問題，而不同坐標的對應(yīng)轉(zhuǎn)換也是工程測量中經(jīng)常涉及到的一個重要環(huán)節(jié)。相關(guān)人員結(jié)合工程實際做好的應(yīng)用坐標系轉(zhuǎn)換設(shè)計不僅能夠有效提高測量工程的工作效率，又能有效提高測量結(jié)果的準確性，因此本文就常見的大地坐標轉(zhuǎn)換、三維坐標系轉(zhuǎn)換以及二維坐標系轉(zhuǎn)換三個方面進行分析研究。

關(guān)鍵字：大地坐標轉(zhuǎn)換；三維坐標系；二維坐標系

引言

隨著近年來社會經(jīng)濟水平的不斷提高，人們對建設(shè)工程的整體要求也越來越高，而對于一般的建設(shè)工程而言，其最后的工程質(zhì)量通常會直接受到工程測量結(jié)果準確度的影響，因此，工程測量的精確度就變得尤為重要。同時，由于工程測量中經(jīng)常涉及到不同坐標的對應(yīng)轉(zhuǎn)換，而具體工程的坐標要求也常有不同，為了能更好的達到數(shù)據(jù)測量要求，測量人員在開展測量工作前需做好坐標轉(zhuǎn)換設(shè)計工作，這就對測量人員對不同坐標系的掌握程度有所要求。

1地理坐標與直角坐標的換算

工程測量工作的開展，首先需要對建筑工程進行準確的位置坐標定位，即確定整個工程的經(jīng)緯度，進而對大地坐標進行全面的分析，減少地球軸心變化帶來的影響，實現(xiàn)工程測量的準確性。一般情況下，大地坐標與基本的空間直角坐標系的使用不會有較大的差異，都需要數(shù)學相關(guān)理論進行支撐，進而實現(xiàn)與其他坐標的轉(zhuǎn)換。我們在日常工程測量工作中，應(yīng)有意識的積累并完善一套完整的信息轉(zhuǎn)換規(guī)律，以滿足不同坐標系之間的換算，如形成高斯坐標與二維大地坐標之間的換算模式，提高轉(zhuǎn)換效率進而保障后期測量工作的順利進行。

近年來，我國研究開發(fā)出各種測繪新技術(shù)，GPS技術(shù)是其中的佼佼者，相較于其他技術(shù)，其最主要優(yōu)勢在于對測量精度的有效提高，同時，GPS技術(shù)還具有主動性強、效率高等特點。隨著工程測量對準確度要求的不斷提高，GPS技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢不斷得到凸顯，該技術(shù)不僅能滿足工程對于測量精度的要求，還能在很大程度上減少高空作業(yè)的工作強度，降低技術(shù)本身對高空控制工作的依賴，縮短坐標的轉(zhuǎn)換周期，提高轉(zhuǎn)變的效率，進而有效降低轉(zhuǎn)換的成本。

2 三維坐標轉(zhuǎn)換

高程基準和高程投影是工程進行測量中的兩個重要環(huán)節(jié)，然而在進行高程投影的過程中不可避免的會出現(xiàn)坐標偏移現(xiàn)象，因此，在具體的計算過程中要對偏移因素進行合理的推算，盡可能減小誤差。這個合理推算的過程就是需要涉及到三維坐標轉(zhuǎn)換。三維坐標系中包含空間直角坐標系和大地坐標系，要滿足三維坐標之間的相互轉(zhuǎn)換，還需要對這兩者之間進行有效的分析。

2.1 空間直角坐標系轉(zhuǎn)換

作為最常見的三維坐標系，空間直角坐標系的轉(zhuǎn)換需要七個參數(shù)來輔助實現(xiàn)，其中包括三個平移參數(shù)、三個旋轉(zhuǎn)參數(shù)和一個縮放參數(shù)，其中縮放參數(shù)主要是與高層投影共同使用，而平移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)則是用于建筑物物體發(fā)生位移和旋轉(zhuǎn)時。這七個參數(shù)在轉(zhuǎn)換時也不是任意進行的，需要按照相應(yīng)的公式進行換算，具有一定的技術(shù)要求。此外，經(jīng)過對大量實際操作的分析，發(fā)現(xiàn)空間直角坐標系轉(zhuǎn)換的結(jié)果基本上都是非線性的，這就在一定程度上增大了操作難度，因此，在進行微小角度的旋轉(zhuǎn)參數(shù)測量時，我們一般運用簡化算法。

2.2 大地坐標轉(zhuǎn)換

大地坐標轉(zhuǎn)換需要的參數(shù)基本上與空間直角坐標系一致，但是難度相對較大。比之于空間直角坐標系，在進行大地坐標轉(zhuǎn)換時，技術(shù)人員在建筑物本身上要另外找出4個受力點，同時另外增加兩個橢圓數(shù)據(jù)參數(shù)用于高層投影部分。

3 二維坐標系轉(zhuǎn)換

3.1 國家坐標系間的轉(zhuǎn)換

北京54坐標系和國家80坐標系是當前國際上比較通用的兩個國家坐標系，實際工程測量工作中經(jīng)常涉及到兩者之間的坐標轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)換技術(shù)時包含有原始觀測資料轉(zhuǎn)換、控制點轉(zhuǎn)換以及地形圖的變更和處理等。其中北京54坐標系采用的是克氏橢球，而國家80 坐標系采用的是IUG在1975推薦的地球橢球參數(shù)，兩者的主要差異在于坐標系定向的不同，圖1為國家80坐標系下國家平面控制網(wǎng)。

由于兩個國家坐標在進行換算時必須應(yīng)用到高斯投影正算公式，轉(zhuǎn)換時不可避免的會產(chǎn)生誤差，因此，該轉(zhuǎn)換只適用于受力點少或者沒有受力點的近距離平面轉(zhuǎn)換。另外，該方法一般只針對坐標體系橢球體參數(shù)和定位的改變發(fā)生影響，沒有對兩個不同的坐標大地位置之間的差別進行分析，也就是說國家80坐標體系存在整體平差結(jié)果，北京54坐標體系主要就是存在部分平差的效果。

3.2近似變換

3.2.1相似變換法

相似變換法又稱四參數(shù)變換法，其原理是在保證建筑方位不發(fā)生改變的基礎(chǔ)上，即新舊坐標的集合形狀不變，對物體受力點重新進行排序。若是受力點在新舊坐標間存在間隙，則認為該轉(zhuǎn)換結(jié)果存在誤差，需要重新進行驗證。受力點坐標的轉(zhuǎn)換方式：計算受力點i轉(zhuǎn)換值的改正數(shù)Vi，Vi=已知值-轉(zhuǎn)換值，公共點的坐標仍采納已知值。

3.2.2 拓撲變換法

當我們采用二階多項式時，一般具有12個特定系統(tǒng)，主要就是運用的6個公共點求解，其余的點也就是新坐標方式的計算，對于這種公共點采用6個，一般可以運用最小二乘計算，充分結(jié)合二階多項式進行有效性計算。在對計算方式進行分析的時候大多數(shù)的公共點都會存在很多的數(shù)據(jù)模塊，拓撲變革模子簡略，參數(shù)的實際效果就是保證數(shù)據(jù)的準確，進而研究出更多的公共點。通過專業(yè)化計算公式的有效性計算，獲得測量結(jié)果并保障測量質(zhì)量和水平。

3.3 工程坐標系與國家坐標系間的轉(zhuǎn)換

國家坐標系統(tǒng)主要就是將測量的高空邊長歸納到橢球面，然而在國家進行分帶處理的中間線的投射中，很多的工程坐標體系為了控制投射的形態(tài)，一般都會將較高的測量技術(shù)有效的運用在上面，通過測量區(qū)之間的分析，設(shè)置好測量的中間子午線進行高斯投影。只管這類工程坐標系常以一個國家坐標點和一個方位角作為起算基準，但在工程坐標系下，點的坐標與國家坐標系下的也不一致。

結(jié)束語

測量工程在實際工作中，為提高測量結(jié)果的準確度，減少測量系統(tǒng)誤差，通常會利用到相關(guān)坐標之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。然而，研究人員通過實地考察發(fā)現(xiàn)，當前行業(yè)內(nèi)對坐標的使用具有一定的隨意性，只在大的角度進行了確定，無形中就為坐標的轉(zhuǎn)換增加了難度，因此，相關(guān)測量人員一定要對坐標系以及坐標系的轉(zhuǎn)換進行深入的了解，進而在實際工作中保證測量結(jié)果和換算結(jié)果的有效性、準確性。

參考文獻

[1]李星.工程測量中的坐標轉(zhuǎn)換問題研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2017，（04）：192-193.

[2]李慧.工程測量中的坐標轉(zhuǎn)換相關(guān)問題解析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017，（16）：298.

[3]賈明利，夏磊.工程測量中的坐標轉(zhuǎn)換相關(guān)問題思考[J].住宅與房地產(chǎn)，2017，（21）：220.