杭來灣井田坐標系統的轉換與總結

李治龍，張博龍，張 燚

（陜西有色榆林煤業有限公司，陜西 榆林 719000）

1 概況

杭來灣井田的地理坐標經度介于東經109°46′49″～109°56′27″，緯度介于北緯38°24′52″～38°32′08″。現有北京1954 坐標系采用3°帶等角橫切橢圓柱投影方式，礦井302 盤區西北部為位于37°帶邊緣區域，距離中央子午線111°較遠，如果采用北京1954 坐標系統，將會產生非常大的長度變形，如果不提前采取措施和規避方案，在礦井巷道開拓和采煤工作面回采過程中將造成巨大損失。

陜西有色榆林煤業有限公司所屬的杭來灣井田目前圖紙、坐標數據均采用北京1954 坐標系，根據政府有關部門的要求，榆林市轄區內所有在建、生產礦井提供的季度交換圖、礦界范圍等資料均使用CGS2000 坐標系統。今后，在采礦許可證換證、盤區開拓設計、儲量核實等涉及到坐標數據的資料，均要求采用CGS2000 坐標系統。

鑒于以上原因，為保證礦井安全生產和盤區接續工作的有序推進，開展了杭來灣井田坐標坐標系統和基本礦圖的轉換工作。

2 項目區域

陜西有色榆林煤業有限公司杭來灣煤礦設計產能800 萬t/a，采用斜井開拓方式，地處距離榆林市東北部約24 km 處，井田東西走向長度為12 km，南北傾向長度7.7 km。煤層覆巖結構自下而上分別為延安組砂巖、風化基巖層、黃土層和松散砂層，地面為低緩的沙丘地形。主采3 號煤層，平均煤厚8.36 m，3 號煤層共分為4 個盤區，現采掘活動涉及區域為一、二盤區，一盤區埋深約260 m，平均煤厚9.13 m，二盤區埋深約240 m，平均煤厚7.46 m，其它盤區均無采掘活動。

3 坐標系統及轉換方法

北京1954 坐標系為參心大地坐標系，以克拉索夫斯基橢球為定位基礎，經局部平差后對坐標進行定位，存在橢球參數誤差大、大地測量參考面不統一、定向不明確、坐標換算誤差大等缺陷。

GCS2000 坐標系是全球地心坐標系，該坐標系應用了現代空間技術，具有點位控制準確度高、測繪坐標換算簡單準確等優勢，能夠顯著提高測繪精度和測繪工作效率。

坐標轉換方法主要包括平面四參數轉換法和布爾莎七參數轉換法。其中平面四參數轉換法具有計算簡單、操作方便，尤其是在較小區域的坐標轉換較為適用。杭來灣井田面積90.364 m2，采用平面四參數模型足夠滿足礦井生產活動，只進行礦井平面坐標轉換，高程系統依然采用原有黃海1956 高程基準。

為保證轉換精度，在坐標轉換過程中選取多個重合點，采用COORD 軟件實現了杭來灣井田北京1954 坐標與CGCS2000 批量互轉。

4 COORD 軟件及使用方法

COORD 是一款應用廣泛的坐標轉換軟件，應用操作簡單、使用方便，適合地質、水文、環境等行業簡單應用。它通過轉換模型建立原坐標和目標坐標的對應關系，是基于映射的函數模型，為實現模型的生成和坐標系統的轉換，還需加入被選用的橢球物理參數和高斯三度帶投影參數。

COORD 軟件使用方法。新建項目，手動輸入源坐標橢球參數、中央子午線111°和確定坐標系正北方向，然后將Y 坐標向東偏移500 km，確立測繪坐標系統基準。之后選擇計算四參數，輸入重合點點坐標，點擊計算生成目標模型坐標轉換參數。

5 杭來灣井田坐標轉換實施步驟

5.1 重合點選擇

重合點的選取應充分考慮其對轉換參數精度的影響，必須顧及控制網局部系統性誤差或形變誤差、重合點數量以及網形結構等因素。由于控制點布測時期不盡相同，地球板塊運動變化、自然條件變化或工程建設等原因會引起局部位移，如使用了含有局部變形的控制點作為重合點參與參數計算，會導致坐標轉換精度降低。

根據杭來灣煤礦實際情況，挑選GPS03、GPS08、GPS09、GPS14、GPS18、GPS25、GPS175共7 個控制點作為轉換參數重合點，選取另外的10 個控制點作為計算結果校驗點，采用GPS 靜態施測首級控制網，使控制計算點同時具有北京1954 和CGCS2000 坐標。

5.2 確定轉換模型和計算方法

選用平面四參數轉換模型，并利用COORD 軟件作為輔助工具，分別輸入7 個重合點的北京1954 和CGCS2000 進行坐標轉換（如圖1所示），計算出杭來灣井田坐標轉換四參數。COORD 坐標轉換軟件計算得出杭來灣井田坐標轉換四參數為：Dx=-93.398 396 m；Dy=-28.462 656 m；T=0.482 179 00″；K=1.000 012 239 036。

圖1 北京1954 和CGCS2000 進行重合點坐標轉換界面Fig.1 Coincidence point coordinate transformation interface between Beijing 1954 coordinate and CGCS2000 coordinate

5.3 轉換參數精度評定

選取另外的10 個重合點作為計算結果校驗點。通過計算轉換參數的重合點的殘差中誤差對計算結果進行校驗，結果見表1，17 個重合點的殘差中誤差均符合要求。

表1 杭來灣井田坐標轉換精度統計Table 1 Accuracy statistics of coordinate transformation in Hanglaiwan mine field

6 基本礦圖轉換

南方CASS 軟件是一款測繪工程專用制圖軟件，具有強大的圖形處理能力，利用該軟件對杭來灣煤礦8 種基本礦圖進行圖形轉換。圖形轉換不同于坐標轉換，基本礦圖是由不同圖層、不同要素組成的復雜面狀圖形，轉換過程中不僅要考慮坐標的精度，還要考慮圖形結構變形和方位角誤差等。

6.1 轉換過程

打開南方CASS 軟件，選擇需要轉換的圖形（采掘工程平面圖），在坐標轉換界面依次輸入坐標轉換7 個重合點（GPS03、GPS08、GPS09、GPS14、GPS18、GPS25、GPS175），如圖2所示。點擊計算轉換參數，生產4 個轉換參數。選擇轉換圖形對話框，點擊轉換按鈕，完成圖形轉換。

圖2 CASS 軟件坐標轉換界面Fig.2 Coordinate transformation interface of CASS software

6.2 精度分析

在此次四參數的求解過程中，為了確定轉換的數據的準確性，采用礦業權核查時的井田邊界4 個拐點坐標進行檢核，對礦井礦界拐點中的最長邊用北京1954 與CGCS2000 坐標進行轉換得出長度與方位角的差值。根據礦權邊界，選擇了12 個點6條邊，通過分析2 個坐標系的方位角、平距差值，進行圖形數據分析。

（1） 計算邊長均較長，達到4 km 左右（為杭來灣煤礦30108 輔運順槽、30201 輔運順槽、中央膠運大巷、副斜井井筒長度），方位角精度統計和平距精度統計分別見表2、表3。這些計算結果說明方位角和長度的差值極小，同一條邊在2 個坐標系中，方位角最大相差0.5″，平距最大相差0.015 m。

表2 方位角精度統計Table 2 Accuracy statistics of azimuth

表3 平距精度統計Table 3 Accuracy statistics of horizontal distance

（2） 目前杭來灣煤礦采掘工程平面圖比例尺為1∶5 000，其他基本礦圖比例尺均為1∶10 000。坐標系統轉換引起的各種比例尺圖中任意兩點的長度（包括圖廓長度） 和方位角變動均在制圖精度允許范圍以內，可忽略不計。可直接利用轉換參數對原圖紙進行轉換并直接使用。

（3） 此次坐標轉換是不同橢球基準之間的轉換，殘差值只能縮小，不能消除，此次轉換四參數殘差為0.010 729 333 129 107（1 cm），精度滿足礦區地面及井下使用。

7 結語

綜上所述，此次杭來灣井田坐標轉換和圖紙轉換的精度非常高，能夠滿足礦山測量的精度要求。通過本次轉換表明，重合點精度是影響著坐標轉換精度的關鍵，通過優選重合點，利用坐標轉換四參數模型及COORD、南方CASS 軟件，能夠實現煤礦井田坐標系統和基本礦圖的高精度互轉。