建筑坐標系和國家坐標系特殊關(guān)系的解析

趙祖軍，張 瑋

(西北電力設(shè)計院，陜西 西安 710075)

建筑坐標系和國家坐標系特殊關(guān)系的解析

趙祖軍，張 瑋

(西北電力設(shè)計院，陜西 西安 710075)

本文主要討論了建筑坐標系和國家坐標系的特殊關(guān)系，并從右手系和左手系的不同涵義分析了產(chǎn)生特殊關(guān)系的原因。

國家坐標系；建筑坐標系；右手系；左手系。

1 概述

設(shè)計和施工部門，為了工作上的方便，常采用一種獨立坐標系，稱為施工坐標系或建筑坐標系。見圖1所示，通常A表示縱軸，B表示橫軸。A、B分別平行廠區(qū)主要建筑物軸線，原點O設(shè)在廠區(qū)的西南角。這種坐標系的高程系統(tǒng)一般和國家坐標系一致。國家坐標系以正北方向為縱軸，正東方向為橫軸。因此，建筑坐標系和國家坐標系之間有一個夾角，如圖2，兩個坐標之間存在一個換算關(guān)系。

圖1 建筑坐標系

2 建筑坐標系和國家坐標系之間關(guān)系

在實際中采用建筑坐標系時，應(yīng)和不少于2個點的國家坐標點進行聯(lián)測，以便求出兩個坐標系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。國家坐標系XOY和建筑坐標系A(chǔ)OB之間關(guān)系如下圖2。圖2中，兩坐標系統(tǒng)之間夾角為α。

由建筑坐標換算到國家坐標：

圖2 兩坐標系關(guān)系

式中：A, B為建筑坐標，m；X, Y為國家坐標，m；a, b為建筑坐標系原點在國家坐標系中的坐標，可按⑶式計算，m；α為兩坐標系統(tǒng)方位角之差，可用同就一條邊的國家坐標系和建筑坐標系的坐標方位角的差求得，具體可按式⑷求得。

當兩坐標系統(tǒng)中長度有差異時，在坐標換算公式中應(yīng)加入長度比K，加入長度比K后的換算公式如下：

K可按⑻式計算(K盡量取幾個數(shù)據(jù)的平均值)。

3 建筑坐標系與國家坐標系的特殊關(guān)系

上邊談到的建筑坐標系和國家坐標系之間的關(guān)系是通常狀況下的，在某些特殊情況下，上邊的關(guān)系就有所變化。比如在通常狀況下，同一條邊在不同坐標系下的方位角差正好等于兩個坐標系統(tǒng)之間的旋角。

但是，在甘肅永昌電廠擴建的初步設(shè)計的測量過程中，我們發(fā)現(xiàn)同一條邊在不同坐標系統(tǒng)中的方位角差并不等于兩個坐標系統(tǒng)之間的旋角。

從西南電力設(shè)計院1987年2月的永昌電廠(2X100MW)改建工程廠區(qū)測量技術(shù)報告知道，電廠建筑坐標系(A, B)與1954年北京坐標系 (X,Y)的換算關(guān)系如下：

圖3 北京54坐標系與建筑坐標系關(guān)系

由關(guān)系式⑼可以推出：

比如有3個點的A，B和X，Y坐標見表1和表2：

表1 A,B坐標

表2 X,Y坐標

根據(jù)上邊的坐標分別求出A，B坐標系統(tǒng)下的方位角(單位：度)為：

4 分析和結(jié)論

通過對公式⑴、⑵、 ⑼、⑽和圖2、圖3的對比分析，發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生建筑坐標系統(tǒng)和國家坐標系統(tǒng)之間特殊關(guān)系的原因。一般情況下，建筑坐標系和國家坐標系之間只是存在一個旋轉(zhuǎn)角，兩個坐標系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)系并沒有改變，即都是左手系。但是永昌電廠的建筑坐標系中，不僅僅存在一個旋轉(zhuǎn)角的關(guān)系，我們可以看到坐標系統(tǒng)內(nèi)部也發(fā)生了變化，該坐標系統(tǒng)是右手系，而國家坐標系仍然是左手系。右手系和左手系最大區(qū)別在于：在計算方位角時，角度的起始方向和角度增加方向都不同。在右手系統(tǒng)中，角度的起始方向是圖3中的A軸，角度的增加方向為逆時針方向；在左手系統(tǒng)中，角度的起始方向是圖2中的A軸，角度的增加方向為順時針方向。正是由于建筑坐標系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生了變化，所以建筑坐標系統(tǒng)和國家坐標系統(tǒng)之間的關(guān)系就變化了，不再是同一條邊在不同坐標系下的方位角差正好等于兩個坐標系統(tǒng)之間的旋角，而是同一條邊在不同坐標系下的方位角和減去360度之差等于兩個坐標系統(tǒng)之間的旋角。

5 結(jié)語

國家坐標系統(tǒng)一般都采用左手系，但是建筑坐標系統(tǒng)就不一定了，常常根據(jù)實際的需要而建立。所以在電廠的測量，特別是在電廠的擴建時，一定要注意兩者的關(guān)系。建筑坐標系和國家坐標系之間的關(guān)系并不僅僅限于本文提及的一般關(guān)系和特殊關(guān)系，可能還存在別的特殊關(guān)系。不管它們之間的關(guān)系如何，碰到問題時，只要看坐標系統(tǒng)內(nèi)部是否發(fā)生改變，坐標系統(tǒng)的角度起始方向和角度增加方向是否改變，從而確切的知道該坐標系統(tǒng)下方位角的涵義，就一定能找到建筑坐標系和國家坐標系之間的特殊關(guān)系。

[1]吳均流，等.永昌電廠工程測量報告[D].成都：西南電力設(shè)計院，1986.

[2]李德仁，鄭肇葆. 解析攝影測量學[M].北京：測繪出版社，1992.

Analysis of the Special Relation Between the Architecture Coordinate System and State Coordinate System

ZHAO Zu-jun, ZHANG Wei
(Northwest Electric Power Design Institute, Xi’an 710075, China)

In this paper , the special relation between the architecture coordinate system and State Coordinate System is discussed. And the reason causing the special relation is analysed by the different meanings between the right-hand coordinate system and the left-hand coordinate system.

state coordinate system; architecture coordinate system; right-hand coordinate system; left-hand coordinate system.

P2

B

1671-9913(2010)02-0026-03

2010-03-18

趙祖軍(1973-)，男，陜西渭南人，碩士，工程師。