工程測量中的坐標轉換相關問題探討

江順

（中國水利水電第六工程局有限公司 遼寧沈陽 110000）

引言

在表達物體的實際位置時，坐標是最好的表達方式。坐標的組成元素有兩個，一個是原點的確定，另一個是坐標軸方向的確定。在數學中是兩個向量有角度的組合。它與向量不同的是它有刻度的，比較精準。在我們的工程測量中，常用到坐標，但是一般的坐標是遠遠不能滿足測量需求的，這就用到了坐標轉換的方法。它將空間有效的劃分，使我們的工程測量更加簡單。在已有坐標軸的基礎上，又有很多分類。不同分類下的坐標系所表達的內容不同，但是位置卻是相同的，所以，為了更準確的把握目標的位置，就必須進行坐標系的相互轉化。

1 工程測量中坐標的分類

在工程測量中，根據不同的工程項目選擇不同的坐標系。常用的坐標系有以大地為基準的大地坐標系，還有以劃分空間為主的空間直角坐標系，還有高斯平面坐標系，工程坐標系。我們主要有兩個大的分類。

1.1 大地坐標系

大地坐標系也有很多分類，根據地理位置不同，選擇的坐標原點也不同。一般地，大地坐標主要有協議地球坐標系和參心坐標系，由于地球是個不規則的橢球體，所以，在坐標原點的確定過程中，我們一般會用到地球運動的相關知識。根據工程測量需求，選擇合適的坐標原點，點的位置可以采用大地坐標的表現方法。

1.2 高斯平面直角坐標系

高斯平面直角坐標系也是常用到的坐標轉化方法。它是北京坐標系與國家坐標系的綜合運用的結果。利用橢球體的知識，進行投影處理，在合理控制投影的條件下，根據投影的長度來確定合適的位置，坐標原點的確定一般會用到中央子午線與赤道的交點作為坐標原點，進而確立坐標軸，按照一定的基準，建立高斯平面直角坐標系，最大程度的滿足工程測量需求，合理運用投影知識，有效減少投影變化帶來的影響。坐標系是相對獨立的系統，但是它又是相互影響的，坐標系的建立過程中，要考慮到各個變化因素的影響，控制這些變量，使坐標系處于相對穩定的狀態，不同坐標系的確立方法也不同，所以，同一個點在不同的坐標系上表示也不同，這是因為它們的基準不同，我們在建立坐標系的過程中，要采用統一的國際基準，進行坐標系的相互轉換。

2 常見的工程坐標轉換問題分析以及方法

第一種是地理坐標與直角坐標的轉換問題。地理因素是工程測量中重點考慮的因素之一。在進行工程測量時，首先要確定地理位置，對測量目標的實際位置有準確的表達。作用坐標表示它的位置更加準確。依照既定的參照物選擇合適的坐標原點，建立空間坐標，多數情況下，工程測量中用到的大地坐標系的建立方法與普通的坐標沒有本質的區別。都是運用數學中的坐標知識，地理坐標轉換為直角坐標會用到相應的轉換公式，但是地理坐標與直角坐標不同的是，地理坐標還受到地理因素的影響，因為地球是處于相對運用的狀態，為了使兩者的轉換更加精確，就必須探究地球運動的相關問題，使工程測量更加準確。在轉換過程中我們可以用到GPS定位的方法，合理降低工程測量的成本。

第二種就是空間坐標的轉換，也是我們常說的三維坐標。在進行工程測量的過程中，進行高程方面的轉換時，由于作業難度增加，使坐標系發生一定程度的偏移，使工程測量更加困難，在進行坐標轉換時，要把偏移這個因素帶進去，綜合考慮偏移量的影響，進而再進行推算。三維坐標轉換涉及到空間直角坐標系以及大地坐標系，在進行轉換的過程中，要綜合考慮各個坐標系的特點。常用的三維坐標轉換有空間直角坐標系的轉換，在空間直角坐標系的轉換中需要考慮到很多參數，在轉換過程中就需要人為對數據進行處理，根據不同建筑物的特性來選擇合適的工作參數。

第三種就是二維坐標系的轉換問題。其中涉及到國家坐標系之間的轉換，在工程測量的實際過程中，主要用到的是北京54坐標系和西安80坐標系，兩者之間的轉換也是我們工程測量的一部分，轉換過程中，要考慮到控制點的轉換，以及觀測數據之間的轉換，還有地形變化中的一些數據處理，兩者坐標系的適用范圍是不同的，要根據實際的工程測量需求選擇合適的工程測量方法。在坐標系轉換過程中我們常用到高斯坐標轉換方法。但是也有適用條件，這種的方法是有針對性的，主要適用于坐標系的橢球體參數和定位兩個因素變化帶來的影響。

3 工程坐標轉換中的近似處理問題

我們重點考慮的是對空間坐標系的近似變化處理。我們一般會用到相似變化法，一般適用于區域比較小的坐標中，它在轉換過程中的幾何形狀一般不會發生大的變化，但是一些公共點會有變化，由于公共點會存在一定的縫隙，所以，整個坐標系的形狀會受到影響，使坐標系的穩定性發生變化，在此情況下，我們還要考慮到一些非公共點的變化，在坐標系的轉換過程中，我們要計算公共點的位置變化，以及轉化過程中的改變量，計算過程中遵循相應的坐標轉換規則，注重利用已知條件來解決問題，在公共點左邊的處理上，仍然采用公共點已知的方法。在計算非公共點的問題上，要對一些參數進行必要的修改。

比較常用的近似處理方法還有拓撲變換法。我們在工程測量中，往往用到二階多項式的處理方法，在此過程中，我們需要考慮到很多特定的系統，我們可以利用的已知條件就是其中6個公共點的位置，進而求出一些未知量，其他點的求解過程，可以運用數學中的最小二乘法，在此過程中我們還需要重點考慮兩個點之間的位置變換關系，數據的近似處理過程中，要充分運用變化小的因素，根據已選坐標系的特點，將變化大的數據進行近似處理，在進行參數處理的過程中，要考慮到實際參數的影響，對于參數模塊的變化，我們一般采用拓撲變革模型處理，保證參數數據的準確性，根據工程要求作出合適的調整。

4 工程測量中坐標轉換中注意的問題

在工程測量中，我們需要考慮很多問題。在此，我們主要分析工程坐標系與國家坐標系的轉換問題。針對兩個坐標系的特點，根據他們的應用范圍進行坐標系的轉換，對于國家坐標系來說，它主要是研究橢球面的位置關系，通過機械測量，將測量數據在坐標系上表現出來，國家在相關問題處理上還用到了中間線的投射方法，以便控制工程坐標系的投射狀況，運用比較高端的測量技術，通過對一些測量區域進行準確的分析，利用子午線進行高斯投影，但是我們需要定一個基準，由于工程坐標系點的維之王與國家坐標系中的有偏差，所以我們在考慮點的近似處理，使兩者能以不同的坐標系，表達相同的位置。

5 結束語

坐標轉換在我們的工程測量中起到了重要的作用。注重坐標轉換的方法，坐標轉換是工程測量實踐中常見的問題。進行坐標系的轉換，可以從一定程度上保證工程測量結果的準確性。將有效測量的結果進行近似處理，運用不同的坐標表達空間位置，但是，這些坐標系在建立過程中。會受到很多因素的影響，這是它本身的局限性，所以，就要對測量中存在的問題進行進行綜合整理，選擇合適的坐標轉換方法，進行工程測量。

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