工程測量中的坐標轉換相關問題探討

■梁雪燕

（廣東省地質局第一地質大隊廣東珠海519000）

工程測量中的坐標轉換相關問題探討

■梁雪燕

（廣東省地質局第一地質大隊廣東珠海519000）

工程測量中的坐標轉換是將已經得到測量數據的大地坐標、GPS坐標等進行轉換變成我們所需要的坐標，其中有坐標系的變化，還有坐標參數的變化等。在不一樣的時間段內建立的坐標系還是有所不同的，坐標系的建立方法隨著時間的推移在慢慢改進所以坐標系中參照系與參數的選定與轉換在工程測量中具有重要的意義。在工程測量的過程中會常常涉及到坐標系的轉換，本文中我們將幾種常見的坐標系轉換的內容與方式做了簡要的分析，希望能對測量工作做出一定的參考。

工程測量坐標轉換GPS測量

0 前言

工程的測量是由幾個部分組成的，比如測前準備、施工、竣工測量等等。工程測量中最主要也最有難度的就是施工中的測量。在施工測量中，要將施工單位給出的大地坐標轉換成工程圖紙上的坐標，這需要將每一控制點對應的坐標算出并標注在圖紙上。由于這樣直接去算控制點的坐標過程十分繁瑣，我們有必要在測量前找出一種坐標轉換的方法。想要降低施工測量的難度，就要找出所給的大地坐標與直角坐標的關系，通過彼此的轉換來進行測量。除此之外，還有坐標系與坐標系之間的轉換、GPS的坐標轉換，根據所用坐標系的不同，還有將工程坐標系轉換成為國家坐標系等等。根據所需坐標系的不同特性來選擇不同的轉換方式，會大大降低測量難度。

1 工程測量中平面坐標的轉換

（1）大地坐標（BLH）對平面直角坐標（XYZ）。一般我們所使用的方式是先將轉換后平面坐標的參數，即橢球參數、分帶標準決定下來。其中的橢球參數即指將大地坐標轉換成平面坐標后所使用的橢球基準，有不同的長短周和扁率。

（2）北京54全國80及WGS84坐標系（WGS一84Coordinate System）的相互轉換。國際通用的地心坐標系。坐標原點為地球質心，其地心空間直角坐標系的Z軸指向BIH（國際時間）1984．0定義的協議地球極（CTP）方向，X軸指向BIH 1984．0的零子午面和CTP赤道的交點，Y軸與Z軸、X軸相互垂直構成右手坐標系，稱為年世界大地坐標系統。

（3）空間坐標系之間的轉換。通常情況下測量所使用的坐標系與施工圖紙上的并不一樣，這個時候就要進行兩坐標系之間的轉化。坐標系之間的轉換需要知道三個在兩坐標系中的重合點。

應用上，平面坐標轉換的應用有（1）國家坐標系與地方坐標系之間的轉換；（2）國家坐標系與施工圖紙坐標系之間的轉換；（3）攝影測量中的像平面與掃面坐標系之間的轉換；（4）全站儀測圖中，對錯誤的設定進行糾正。

2 工程測量中坐標轉換內容

2.1 大地坐標與直角坐標之間的轉換

在三維轉換過程中我們可用下列公式求算，

X=(N+H)·cosB·cosL

Y=(N+H)·cosB·sinL

Z=(N(1－e^2)+H)·sinB?，這個方程可用來實現直角坐標的轉換。

還有一種是二維坐標系的轉化，可直接用正反算的方法進行轉換計算。

2.2 國家坐標系間的轉換

我國的國家坐標系有兩種，一種是北京54坐標系，另一種是國家80坐標系，在工程測量中，常進行著兩種坐標系的相互轉換。通過原資料的互相計算;控制點的坐標換算;地形圖的變更和處理等。

北京54坐標系使用的是柯氏橢球，國家80坐標系使用的則是1975國際橢球體，這兩個坐標系之間的方向也不一致。柯氏橢球為求得北京54坐標下的P點在國家80坐標下的坐標，可先求該點在國家80坐標系中的大地坐標，運用公式求點P在國家80坐標系中的平面直角坐標為(x80，y80)。這種方法進行轉換時僅僅是改變橢球參數還有定向的影響，并沒有考慮兩個坐標系中是否有重合點作為控制點。所以這個方法有局限性，不適合大范圍的地域坐標轉換，只適合于重合點少或無的坐標系轉換。

2.3 工程坐標系與國家坐標系間的轉換

所謂國家坐標系是先測量施工地長，再根據橢球參數進行轉換得到的坐標系。而許多工程坐標系，為了控制投影變形，一般將地面邊長投影到測區平均高程面或指定高程面H0，以測區平均經度為中央子午線進行高斯投影。在工程坐標系中，雖然具有跟國家坐標系相同的起始點和方向角，但是，工程坐標系中的點并不全是國家坐標系中的點。當使用國家坐標系時，應先將工程坐標系中的邊長再根據橢球參數計算到橢球面上，再進行投影，然后根據方向角和基準點進行反算得到。

2.4 GPS在工程測量中的坐標轉換

利用GPS定位技術將測量工作的外業工作完成之后我們會將GPS接收機得到的數據傳輸到計算機內部進行點位坐標的解算，而首先面臨的就是坐標系的定義與坐標系間的轉換方式等問題，因為GPS所觀測的點的坐標均為國際WGS-84坐標，它是以經度、緯度與高程來表示地球上某一點的坐標的，而在我國的工程測量中采用的坐標系是1954北京坐標系、1980西安坐標系或地方坐標系,因此,將WGS-84坐標轉換為1954北京坐標系、1980西安坐標系或地方坐標系的方法就成為一個關鍵。

在GPS數據處理軟件內均有定義新坐標系的功能，所以我們可以在處理GPS觀測數據前預先定義新的坐標系，以實現觀測數據坐標的自動轉換。

3 結束語

坐標轉換的幾種方法為施工中的坐標轉換提供了便利的方法。但是使用坐標轉換的前提一定是精準不出錯，要以嚴謹的態度來對待。在需要輪番使用不同坐標系時，需用儀器測得測站的坐標。經驗表明，在施工測量中利用坐標轉換的方法可使測量工作更簡便快捷，具有重要可行的意義。

[1]沈紅海;;GPS技術在工程測量中的應用研究 [J];科技信息;2013

[2]WGS-84與西安80坐標轉換研究《測繪與空間地理信息》2013年04期

[3]姚吉利;;3維坐標轉換參數直接計算的嚴密公式 [J];測繪通報;2014

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-251-1