淺談礦區內坐標系統的轉換

宋孝男

（新巴爾虎右旗榮達礦業有限責任公司怡盛元礦生產技術室，內蒙古 呼倫貝爾 021300）

1 北京54坐標系與CGCS2000坐標系之間的對比

北京54坐標系建立于新中國剛成立之時，為我國的基礎建設做出了巨大的貢獻，然而隨著社會的不斷進步，測繪儀器的不斷發展更新，尤其在GPS全球衛星導航系統應用于測量后，由于衛星在軌道中運行時，其軌道中心位于地球的質量中心，而非參考橢球的中心。因此，北京54坐標系統等參心坐標系統越來越不適應現代化的需要，而且北京54坐標系是蘇聯普爾科沃坐標系在我國的延伸，其坐標原點并不在我國境內，而是在蘇聯的普爾科沃。隨著GPS及北斗衛星導航系統在測量上的應用，且鑒于北京54坐標系及西安80坐標系都屬于參心坐標系。為了能夠滿足衛星定位系統在國家發展上的應用，我國建立了CGCS2000國家大地坐標系統，并于2008年7月1日起正式啟用[1]。

2 礦區公共點選擇

2011年建立的礦區控制導線以整個礦區為中心，控制點均勻布設于礦區周圍，形成一條閉合的導線，并用平差軟件完成了導線點平差工作。為了保證完成礦區54坐標系向CGCS2000坐標系之間的轉換，必須要選擇一定數目的公共點（同時具有54坐標系和CGCS2000坐標系內的坐標）進行坐標轉換參數解算。由于我礦區采用的是高斯平面直角坐標的x，y加正常高h，而非直接采用空間直角坐標，因此至少需要兩個公共點，采用四參數轉換模型進行坐標轉換（如果采用空間直角坐標，則至少需要三個公共點，采用七參數轉換模型）。但是由于后期礦山的建設，其中1105、1106在施工中損毀。而1101及1102由于地勢的原因，其通視條件較差，不利于今后測量工作的開展及導線的引測。經過實地踏勘，1103和甲東兩個控制點在礦區內通視條件良好，通過1103和甲東兩個控制點能夠直接觀測礦區內的所有井口。而且在2017年，通過陀螺全站儀對井下7秒控制導線進行優化時，也選擇了1103和甲東兩個控制點進行了陀螺全站儀的常數標定，因此，選擇1103和甲東作為公共點，可以減少很多由于導線引測而引起的測量上的誤差[2]。

3 礦區坐標點與CGCS2000坐標系的聯測

由于我礦區在2011年進行礦區控制測量時，只與北京54坐標系內的控制點進行了聯測。因此，礦區內只具有北京54坐標系內的一套坐標。為了完成礦區內北京54坐標系向CGCS2000坐標系的轉換。至少在公共點要有CGCS2000坐標系的坐標。因此，需要將礦區的坐標點與CGCS2000坐標系內的控制點進行聯測，以求得礦區坐標點在CGCS2000坐標系內的坐標。由于所需聯測的CGCS2000坐標系內的3個控制點，其任意兩點間的距離均超過10公里，且相互之間并不通視，因此無法采用傳統的測量方法進行聯測，必須采用GPS靜態控制測量的方法進行聯測，利用GPS靜態測量，可以有效的避免測點間必須要通視的條件，而且具有測量精度高，勞動強度低等特點。在進行GPS網平差時，利用CGCS2000坐標系內的三個控制點作為約束條件，進行約束平差即可得到礦區坐標點在CGCS2000坐標系內的坐標。

4 礦區北京54坐標系向CGCS2000坐標系的轉換

由于我礦區在2011年進行礦區控制網建立及豎井定向時，由于沒有考慮后期坐標系統的轉換問題。因此，在豎井定向時并未考慮所有的近井點都采用1103和甲東作為起始點進行引測。這樣雖然減少了當時的工作量，但也為后期的坐標系統轉換造成了很多不利的影響。因礦區內有些控制點已損壞，或有些控制點附近已經建造了信號發射塔，并不適合作為GPS控制點來使用，所以礦區內控制點并沒有全部參與GPS靜態控制測量，也就是很多原有的控制點并沒有在CGCS2000坐標系內的坐標。為了獲得其他控制點在CGCS2000坐標系內的坐標，只能利用1103和甲東作為起始數據，重新采用全站儀進行導線布設，并對新布設的導線進行平差處理，或利用1103和甲東作為控制點，對其他原有的控制點進行GPS靜態測量，然后進行約束平差，獲得其他控制點在CGCS2000坐標系內的坐標。但由于有些原有的控制點已經損毀，并不適合對原有導線進行重新測量。相比于對原有的控制點進行重新測量，不如利用原有測量數據，將近井點、鋼絲等豎井定向數據與1103和甲東聯系起來，這樣即可完成井下測量點坐標由北京54坐標系向CGCS2000坐標系的轉換。

圖1 坐標系統的轉換

如上圖1所示：通過原始數據，反算甲東到近井點的方位角及甲東到1103的方位角，通過兩個方位角即可推算出1103、甲東到近井點的轉角。由此，就可以將以任意坐標為起始數據的測量點與1103和甲東建立起聯系。建立起近井點，鋼絲與1103和甲東的聯系后，將北京54坐標系內1103與甲東的坐標和方位角替換成在CGCS2000坐標系內的坐標和方位角即可完成井下導線與北京54坐標系向CGCS2000坐標系的轉換[3]。

5 結論

隨著礦山的不斷發現壯大，亦為了響應國家統一坐標系的號召，建立與國家CGCS2000坐標系相吻合的礦山坐標系勢在必行。然而將整個礦山的坐標由北京54坐標系內的坐標轉換為CGCS2000坐標系內的坐標，是一個要求非常嚴格的工程，其轉換的精度將直接影響我礦今后的工程精度。因此，在轉換的過程中一定結合本礦區內的實際情況，選擇一個最佳的轉換方法。使這個方法不但要方便轉換時的計算，也要保證轉換完成后要有足夠的精度。