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点击次数: ??更新时间:2015-9-8 14:12:31

工程测量中不同坐标系变换与精度分析

罗权

(丽江权鑫科技有限公司? ?云南 丽江 ??674100

要:不同坐标系的转换在工程测量中是一门独特而有着深远影响的学科。在对不同工程进行测量的过程中,掌握不同坐标系的转换方法,对完成整个工程和提高工程质量都有着重要作用。尽管在我国的其他领域中不同坐标系的变换不经常用到,但是在航天、地质等方面却有着相当广泛的应用。文章从工程测量中不同坐标系的变换和精度的角度出发,对不同坐标系之间的变换方法和类型,以及测量方式进行详细的分析和论述。

关键词:工程测量;坐标系;变换;精度

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中图分类号:TB22? 文献标识:A? 文章编号:

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1 引言

现代工程测量的工作过程中,不同坐标系之间的相互转换通常是根据工程在实际的开展中进行,由于这些坐标在实际的转换中难度较大,关键环节较为复杂,虽然在诸多工程中都有所应用,但目前多处于起步阶段,与一些发达国家之间还存在相当大的差距[1]。在工程测量中运用不同坐标系进行转换,不仅对工程的测量精度有着重要的影响,对我国整个工程测量领域的发展也有着积极的推动作用。

2 坐标系转换的不同类型和方法

在我国不同种类的工程测量中,主要有大地坐标对平面直角坐标的转换、北京54全国80及WGS84坐标系之间的相互装换、任意两空间坐标系的转换、在十进制角度和度/分/秒格式之间进行转换等四种坐标系的转化方式[2]。随着现代工程测量技术的不断进步和发展,越来越多的新兴技术手段和定位系统逐渐成为市场的主流,为工程测量坐标系之间的转换提供了有利的基础。

不同的坐标系类型,在工程测量中会有不同的转换方法。就目前我国工程测量中常用的四种坐标系转换来说,大地坐标对平面直角坐标的转换首先要按照常规方式找到包括椭球参数、分带标准及中央子午线的经度在内的变换参数,只有正确把握这些参数,才可以在实际的工程测量中准确地实现大地坐标对平面直角坐标的转换;北京54全国80及WGS84坐标系之间的相互转换,在实际的工程测量过程中,其会运用到地心坐标系的概念,即以地球的质心为坐标原点,国际时间确立的地球极的方向为坐标系的Z轴,零子午面和赤道的交点为X轴,这三点之间最终形成了所谓的世界大地坐标系统,由于北京54全国80及WGS84坐标系之间的相互转换采用的椭球基准原则,符合目前国内的工程测量的实际状况,所以成为了目前我国工程测量中较为常用的一种坐标系转换方式;任意两空间坐标系的转换由于其特点和采用标准不同,导致业内很多企业和个人对其使用方法和运用到实践的程度显得不够成熟和深刻,其实只要任意两空间坐标系之间转换基本要素不变,在其转换的过程中找到至少三个以上的重合点,此时利用布尔莎公式进行求解,就会使工程测量工作显得事半功倍;而对于十进制角度和度/分/秒格式之间进行转换来说,由于很少用到人工操作,所以目前我国工程测量的实际应用范围受到技术和资金等因素的限制,但这种转换方式的优点却显示出未来我国工程测量的整体趋势正在不断发生变化,即操作过程大量使用机械化软件替代了过去人工操作的环节,显得更为方便和快捷,只需要在测量中输入相应的数据,软件就会进行快速计算,自动生成准确的工程转换数据,不仅节省了工程测量成本,而且还提高了测量效率,提升了工程的测量质量和准确性。

3 不同坐标系转换精度的测量

不同坐标系之间的精度转换,是保证工程测量过程中准确应用不同坐标系的前提和基础,坐标系的转换精度不仅要保证在不同的椭圆中进行,更要确保在同一椭圆的转换能够更加严密,保证工程测量结果的精度得到进一步加强。

现阶段,我国的工程测量坐标系转换技术随着社会经济的发展,有了实质上的进步和跨越,GPS已然成为目前工程测量领域坐标系转换应用最为广泛的技术手段,由于其精度高、灵活性强、工程测量效率高等特点,在工程测量和精度计算中有着相当明显的优势,避免了传统工程测量模式下空地地面的弊端,减少了测量工作对地面控制工作的依赖,有效减小了传统工程测量手段在控制地面工作中繁杂的工作量和劳动力,缩短了时间成本和整个坐标系的转换周期,为工程测量节省了开支,同时也提高了工程测量效率[3]

但必须承认的是,任何完美的技术都会存在相应的弊端和缺陷,GPS虽然很大程度上提高了工程测量的精度,但并没有达到理想中绝对的测量精度,再加上坐标系转换方式受到资金、技术以及经验的限制,各个坐标系之间的转换精度还不够成熟,导致GPS与坐标转换之间未能有效结合。GPS对坐标进行转换时需要找到两者的结合点和公共点,利用两个坐标系之间的参数,进行快速且准确的转换,但由于其本身存在的若干缺陷,无法将坐标系转换的精度达到极限,所以在求参数时会产生相应的误差。而且不同坐标系之间公共点的误差和确定三维坐标的位置,都会影响到最终坐标系精度的测算和实际转换的结果,从而导致不同坐标系之间的转换精度大为降低。

4 坐标系之间转换的基本方法

首先是北京54坐标系与西安80坐标系之间的转换。这两种坐标系分别处于两个不同的椭球,所以在进行转换的过程中要找到两者之间的交点,然后将此交点分别在两个坐标系中对应的坐标添加到转换软件中,由此即可实现北京54坐标系与西安80坐标系之间的互相转换[4]

其次是北京54坐标系与国家2000坐标系之间的转换。这两者之间首先要选取348个交点,利用布尔莎模式求出这两个坐标系之间的转换参数,然后再分别求出对应的坐标点,进而进行两者之间的转换。

最后是国家2000坐标系与西安80坐标系之间的转换。这两种坐标没有统一的坐标公式,因为前者属于地心坐标系,后者属于参心坐标系,只有在找到对应的坐标点,然后解出坐标参数的前提下才可实现这两者之间的转换。

由以上可知,不同坐标系之间虽然转换的方式不同,但其本质却是相同的,只要能找到坐标系之间的交点,解出对应的参数,就可以得出不同坐标系交点的坐标,然后对工程进行合理有效的测量。

5 不同坐标系之间转换的精度分析

从更为严谨的坐标系转换的原则出发,不同坐标系之间的转换必须保证在同一个椭球里进行,不同椭球中坐标系的转换会显得不够严谨,造成得到的工程测量结果具有一定的相对性[5]。例如北京54坐标系和国家2000坐标系之间的转换,由于其参数相对不够准确,所以最后求得的坐标点也不够精确,就是因为这两者存在于两个不同的椭球所造成的,只能按照两者之间的交点来互相转换,而得到的结果并无法保证在整个坐标系的各个位置都能保持准确,就会存在相应的误差。一般来说,可相应提高数据资料,以便能更准确地找到不同坐标系之间的参数和坐标点,从而在不影响测量结果的前提下进行坐标系之间的精确转换。

6 结语

不同坐标系之间的转换和精度分析,实际上是为了更好地提高坐标系之间转换的准确性,进而提升我国的工程测量水平和质量[6]。但在此之前,必须保证数据资料的准确性和相对适当的转换环境,相关部门必须保持相应的测量水平。目前我国工程测量不同坐标系的转换仍然具有相当大的发展空间,只有相关设计研发人员不断设计出现金的测量手段和方法,我国的工程测量坐标系之间的转换才会有实质性的提高,工程测量的准确性和精度才会得到保障。

参考文献:

[1]于秋.工程测量中不同坐标系变换与精度分析[J].电子制作,2013,06(08):207-208.

[2]初东.GPS在公路工程测量中的应用研究[D].西安:长安大学,2010.

[3]尤聿坤.测量基准转换方法研究与精度分析[D].长春:东北大学,2011.

[4]劳达宝.室内测量定位系统发射站优化及校准技术研究[D].天津:天津大学,2011.

[5]张皓琳.坐标转站精度及其影响因素的研究[D].天津:天津大学,2014.

[6]刘晓峰.GPS定位技术应用在公路控制测量[D].大连:大连理工大学,2012.


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