地質勘探測量中坐標系的選擇及轉換方法分析

王釗

摘要：現如今，我國是科技發展的新時期，地質測繪在地質勘查中是一項極為重要的基礎工作，其成果先后貫穿于地質預查、普查、詳查、礦產開采等不同階段，而地質測繪也是一項極其艱辛的體力和腦力雙重的工作。由于各時期的目標和任務不同，導致了各個時期坐標系統的選擇不統一，給后續工作帶來了極大困難，如何合理利用和解決這些問題已擺在我們的面前。隨著GPS的出現，測量的技術發生了重大的改革，各種系統的坐標等發生了一系列變化，在實際應用中也出現了各種不同的坐標系統，下面就介紹幾種坐標系的定義和相互聯系，展望我國大地坐標系的發展，分析地勘單位在施工過程中所遇到的實際問題，以及這幾種坐標系如何實行轉換。

關鍵詞：地質勘探測量；坐標系選擇；坐標轉換

引言

地質勘探不同時期可能會用到不同的坐標系，而不同坐標系間坐標能否快速準確的轉換決定了勘探工作質量。但由于受到外界因素的影響，使得地質勘探測量在坐標轉換方面離預期還有一定差距，因此有必要對坐標系選擇和坐標轉換進行分析，從而為地質勘探測量工作的發展積累經驗與方法。

1地質勘探工程測量的主要內容

站在專業的角度上來看，地質勘探工程測量也叫礦區測量，它的主要勘探測量的內容包括礦山的平面、對于高程的控制、地質勘探線測量以及對礦山的地形圖進行測繪等主要內容。在地質勘探測量工程中，可以根據普查調查中的數據為基礎，利用化驗和物探等一些方法將大致的可能成為礦區的地區確定下來，礦區基本確定下來之后，接下來就是普查的后一個流程，利用詳查對普查中有可能分布礦產的地區進一步進行復查，在詳查階段一般采用的施工手法是進行布設探槽法或者鉆孔取樣法，主要是分析地質中的成分，以方便對礦產資源的進一步確認。對于本文探討的地質勘探工程中的測量的具體內容包括對勘探線基點、端點、坑口、探井、對勘探剖面線等地質工程進行測量。當然對于不同礦區的所處環境的不同，對其需要相應的地質工作也各不相同，但是作為地質勘探工程測量中的一些核心數據時每一個地質勘探工作中都需要的，其中包括礦區的地形圖、勘探工程布置點位布置圖、控制資料、剖面圖以及點位坐標高程。

2地質勘探測量坐標系選擇

2.11954北京坐標系

1954北京坐標系是我國目前采用的大地測量坐標系，它是一種參心坐標。由于歷史原因，我國采用了前蘇聯的克拉索夫斯基橢球參數，并與前蘇聯1942年坐標系進行了聯測，由此建立了我國大地坐標系，因此而定格1954北京坐標系。它的原點不在北京而是在前蘇聯的普爾科沃，該橢球在計算和定位過程中，沒有采用中國的數據，該系統在中國范圍內符合的不好，不能滿足高精度定位以及地球科學、空間科學、和戰略武器發展的需要。其主要的參數及優缺點詳見以下：1.采用多點定位法進行橢球定位；2.高程基準為1956年青島驗潮站求出的黃海平均海平面；3.橢球參數：長半軸a=6378245m；短半軸b=6356863.0188m；扁率a=1/298.34.主要缺點：參考面與我國大地水準面存在著自西向東明顯系統的傾斜，地面的精度受到影響，且橢球參數與現在橢球參數相比，相差109m。由于定向不明確，采用的原點又不相同，從而給換算工作帶來了不便。但是北京54坐標系統仍然是我國使用最多的坐標系。

2.2“1980西安坐標系”

在1980年我國建立了大地坐標系之后，將其稱之為1980西安坐標系。通過歸納和總結，該坐標系主要具有以下特點：第一，相比1954北京坐標系，它具有更高的精度；第二，橢球參數完整，在確定幾何形狀的基礎上，還能分析描述物理特征，實現了大地重力和大地測量的參數結合目標；第三，該坐標系的橢球參數和1984年由IAU提出的常數系統有關參數保持高度一致；第四，相較于1954北京坐標系，無論是參考基本面還是軸系，都十分明確；第五，在橢球定位的支持下，其參考橢球和目前國內的似大地水準能良好吻合，在我國東、西部分別穿過兩個高程異常等值線，絕大部分地區的高程異常都處在+20m～20m范圍內；第六，這一坐標系是充分利用我國近三十年積累的三角測量、天文及重力相關專業資料而建立的符合我國國情與特色的專屬坐標系。

2.3地方坐標系（任意獨立坐標系）

在生產實際中，為了滿足測區內投影變形不大于2.5cm/km要求，通常的控制網投影到投影測區抵償高程面或測區平均高程面上。并以當地中央子午線進行高斯投影而建立地方獨立坐標系。地方獨立坐標系中平均海拔高程相對應的自己的參考橢球。地方參考橢球的中心軸向、扁率和國家參考橢球相同，其半徑有一改正值。據規范要求，在已有平面控制網，可沿用原有的坐標系。小測區或有特殊精度要求的控制網，可沿用原有的坐標系。廠區內可采用建筑坐標系統。但是給以后礦區報告的提交，造成了圖紙換算和大量的坐標系統的轉換工作，所以應盡量和國家控制網聯測。

3地質勘探測量坐標轉換

在地質勘探測量工作中，考慮到工作性質和程度存在一定差別，所以通常要先在勘探范圍內進行小比例尺勘探，以此確定異常源與具體位置。基于此，選定并建立適宜的坐標系是首要解決的問題，以便后續的工作能夠和之前順利銜接。在搜集勘探區基本資料的基礎上（包括各種比例尺的地形圖與國家控制點的相應坐標），明確坐標系來源，區分坐標系類型，然后借助GPS對已知點進行校核，在校核時，需要重復多次，得以最大限度地減小誤差。如果誤差控制在10m之內，則GPS可以滿足填圖與測網的基本要求。與此同時，根據相關規范的要求，如果填圖與測網在1∶10000以上，則要利用3°帶坐標，對子午線的經度進行輸入即可。為更加方便的使用與銜接資料，若測量工作難以跟進，或測網未進行聯測，則在規范的要求下，必須埋設不少于3個標石，以便后續進行轉換。其他階段的測量必須跟進，包括普查階段、詳查階段與開采階段。為確保各方面工作順利開展，并適應新的坐標系統，需同時提供其他坐標系。根據傳統的方法，在搜集勘探范圍內所有控制點后，將其引入測區當中。在技術裝備快速發展的情況下，很多單位配置了雙頻接收機，利用此接收機，僅需在已知點上連續觀測4h，即可向數據中心傳輸觀測數據，引入國家網實施解算，獲得以上坐標系的具體坐標值，為測量人員提供了極大的便利。最后再借助轉換軟件，實現坐標系坐標的計算與轉換。上述坐標系的轉換實際上就是對橢球參數進行轉換，由于在相同或不同橢球進行轉換是完全不同的，所以沒有一套通用的轉換系數，各地區也不盡相同。這是因為不同地區有其對應的橢球基準。鑒于此，坐標轉換需應用Bursa模型，即所謂的七參數轉換法。

結語

因此，我們在實際工作中，無論何種坐標系向另一個坐標系轉換，首先要認真分析各坐標系的建立方法，根據重合點的分布、數量和精度情況，選擇坐標系轉換模型，試算求解最佳轉換參數、分析轉換精度，從而完成完成各階段或不同時期的坐標轉換。

參考文獻

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（作者單位：東方物探大慶物探一公司技術服務分公司）