工程测量中坐标系的选择探析_李克辉.doc

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1、科技创业家 2014 年 04(上 ) TECHNOLOGICAL PIONEERS 工程测量中坐标系的选择探析 李克辉 （济南华玫矿业有限责任公司 山东济南 2 7 1 6 1 3 ） 工 程 技 术 摘 要 :近年来 ,在我国测量行业的高速发展中 ,人们对测量的认知有所加强 ,在建筑规划及施工测量 中选用合适的测量方法逐步被人们 重视 ,它不仅关系到建筑物定位的准确与否 ,还关系到测量过程中所消耗的资源与精力。合理的选用坐标系将会避免许多缺陷 ,本文将简 析坐标系的方法 ,分析在地面测量过程中坐标系选用的原则 ,讨论坐标系中的边长问题 ,以及减小边长变形而选择平面直角坐标系的方法 , 就设

2、计施工等阶段坐标系的转换等问题进行探析 ,为我国测量行业提出相关意见 ,希望能对相关工作人员有重要的研究意义和参考价值。 关键词 : 坐标系 选择 边长变形 精度投影 坐标转换 在现阶段的各类建筑建设过程中 , 工 程测量都是必不可少的 , 在测量过程中 , 为 保证及时准确地完成测绘及测设 , 合理地 选用坐标系和坐标系统的转换在测量工作 中起着至关重要的作用 , 它在公路 、土建、 水利 、城建等多个行业都有着实际的应用。 如何结合实际施工现场 , 按照国家相关规 范标准制作出有效精准实用的平面直角坐 标系 , 在规范允许范围内执行测量任务并 完成目标的自由转换 , 是当前一直困扰施 工人

3、员的一个重要问题。 1 简析测量坐标系的方法 在测量系统中 , 所采用的坐标系统有 很多 , 地面测量 常见坐标系中一般采用空 间直角坐标系 、高斯平面直角坐标系 。空间 直角坐标系是以参考椭圆体中心为坐标原 点 , 以地球的北极为 Z 轴 、子午面和地球赤 道交线为 X轴 ,Y 轴与、两轴垂直。在高 斯平面直角坐标系中 , 有地图投影和高斯 投影之分 , 本文将具体讨论高斯直角坐标 系的测量系统 。当前 GPS卫星定位系统所用 的坐标系是 WGS-84 坐标系 , 2 分析坐标系中的边长问题 在测量过程中 , 将边长的投影变量控 制在一定范围内是非常困难的 , 在建立一 个合理的平面控制网时

4、 , 要采用国家要求 的 高斯平面直角坐标系 , 而且要满足一定 条件 , 在测高斯平面直角坐标系中 , 测区要 位于高斯正形投影统一 带的中央子午 线附近 , 而且要求测量区域的平均高程和 黄海高程接近 , 此外 , 还需要利用国家的高 精度测量控制点 。通常情况下 , 测区一般都 达不到国家要求 , 多数都是偏离 带的中 央子午线区域 , 海拔较高地区都难以采用 这种方法测量 ; 在测量过程中 , 多数会采用 独立坐标系统 , 不仅能在精度上有所保证 , 使用起来也方便快捷。 在国家控制坐标系中 , 高斯平 面坐标 系中的边长 D和地面实测边长 以及投影 之间的具体关系如下列数据分析。 地

5、面实测的边长 归算到椭球面上 的边长 及改正 ( 对高程对长度归算的影 响 ): = (1+ ,将此公式展开后 将得到 = (1- + ), 可见因高程 引 起 的 边 长 归 算 公 式 为 。有椭圆球面上的边长 映射到高斯平面坐标系上的边长之间 的关系为 D= + ) 由此投影 到 高 斯 坐 标 平面 上 所 引起 的改 正 为 : , 通过具体分析后 , 其 边长改正为 去项改正数为 。通过分析上述几个公 式 , 表明椭球面上长度投影至高斯平面坐 标上是一直增大 , 距离中央子午线越近变 形量越小 , 反之 , 越远就远大。 3 地面测量的坐标系选择原则 工 程测量过程中制作的平面控制

6、轴网 不仅是测绘大型场地的的控制基础 , 还是 各类建筑体系测绘和测设的标准数据的参 考依据 , 为保证施工放样的准确性 , 提高测 量施工的可行性 , 需要合理地选择控制点 , 由控制点坐标直接反算的边长和实际测量 时取得的边长数值应该大致相同 , 在施工 精度的要求范围之内 , 要合理地控制投影 改正而带来的长度变形和改正数 。在施工 过程中 , 制作的方格网的精度一般为 1/ 5000-1/20000,由此可见 ,在投影归算中引 起的误差其长度变形量一般为施工测绘时 误差的一半 , 换算后 , 相当于每公里的长度 改正数最大不应大于 10cm. 由此可见 , 地面测量时选择投影坐标的 原

7、则可以分为以下两种方法 : 在保证测量 的准确性和精度的条件下 , 且可以多次使用 测量数据 , 一般采用国家控制的 3 高斯平面 直角坐标系和 6 高斯平面直角坐标系 , 将观 测成果归算到球面上。当边长的多次归算 满足不了控制要求时 , 为多次使用测量数 据 , 在保证测量数据计算方面的同时 , 一般 采用独立的平面投影直角坐标系 , 可以自由 选择坐标系的归算结果参考面。 4 为减小边长变形选择平面直角坐标系 的方法 边长变形是测量工程中不可避免的考 虑因素 , 为减少或者消除变形量可以采用 如下几种方法 : (1)在采用国家控制的 3 带高斯投影 后 , 在坐标系中将边长归算至结果参考

8、面 上 , 通过选定中央子午线来消除或减少变 形 , 通常选择能补偿高程归算引起的变形 量的一条子午线 , 其选用参考公式为 , 按照这个公式求出 Y的值便 是中央子午线的位置。 (2)采用有高程抵偿面的任意带来制作 坐标系 , 将中央子午线放在测量区域的几 何中心 , 将边长归算至测量区域的平均高 程中 。通过正形投影准确确定出空间直角 坐标系。 (3) 当测区收到面积条件限制时 ( 测区 面小于 100平方千米 ),可以将测区面视为平 面 , 经分析计算后 , 不经过归算而直接建立 平面直角坐标系 。这种坐标系误差不是太 大 , 而且制作方便 , 计算简单 , 操作直接。 5 工程规划设计

9、阶段与工程施工阶段坐 标系的转换 在工程测量阶段 , 使用的地图一般为 国家统一比例的地图 , 前面已经提到 , 如果 在施工时使用国家制定的 3 带高斯平面坐 标法来施工 , 将会导致现实测量中和边长 和反算的边长不一致 , 在建立独立坐标进 行施工的时候 , 不可影响施工放样 , 满足要 求之后 , 可以避免进行控制网的外业观测 等多余作业 , 在个别点位控制不足时 , 可以 在变换测量控制网的基础上进行加密 。此 外 , 在选用国家统一控制的 1954 北京坐标 法和 1980 的西安坐标法进行控 制时 , 所采 用的控制方法也可以分为以下几种 :(1)确 定施工测量区的中央子午线的投影

10、面变换 来实现 (2)用施工测量的边长来计算测量区 域施工控制网的相关坐标来实现。 6 结语 近年来 , 相关技术人员对地面测量越 来越关注 , 对坐标系的选择和转换要求也 越来越高 , 控制网的坐标反算和地面实测 边长直接影响到测量效果 。本文通过分析 工程测量中坐标系的选用及如何减小在测 量过程中的误差 , 保证了在设计施工 、规 划 、勘测等工作中的精准度 , 简单方便地达 到设计施工和规划的要求 。在今后的发展 中 , 测量技术也会随着科技的不断更新而 得到新的应用 , 逐步将测量技术走向三维 , 并逐渐精细 、简单 、经济。 参考文献 1 王爱萍 . 深度探讨工程测量中坐标系的 选用 J.科技资讯 ,2009,09:49. 2 裴喜安 . 水利水电工程测量坐标系的选 择 J.江淮水利科技 ,2012,03:46-48. 3 梁启行 . 深度探讨工程测量中坐标系的 选用 J.科技资讯 ,2009,15:71. 4 覃锋 . 程测量中坐标系的建立和转换 J.水利科技与经济 ,2005,11.9:531- 533. 5 林全胜 . 工程测量中坐标系的选择思路 与方法研究 J. 科技资讯 ,2010,36:40. 4 科技创业家 TECHNOLOGICAL PIONEERS