工程测量中的坐标转换相关问题探讨
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作者: 张洪燕
摘 要：要想保证工程的顺利进行，就需要对工程施工之前对工程的相应数据和方位有一个全面的掌握，在这里就需要涉及工程测量。总的来说保障工程测量的准确性对整个工程项目来说是非常重要的，但是由于在进行测量过程中还有很多因素对整体测量结果造成影响，这就需要对这些因素有一个明确的获知，并根据这些因素自身特点提出有效的解决措施。在工程社会实践研究中，清楚的发现坐标转换对整个工程测量会产生一些影响，因此这就需要对坐标转换的类型和方法有一个全面的掌握，促使工程测量的准确性有一定提升。
关键词：工程测量；坐标转换；高程基准；高程投影
总的来说建筑物的质量与工程测量之间有非常紧密的联系，而且在现在社会上对建筑物质量要求不断提升的过程中，对工程进行准确测量就显得非常重要。保证工程测量准确性的根本方法在于对工程项目所在地创建有效的坐标系，而且在这个过程中还需要对工程项目整体技术手段做到满足，对项目实施控制投影变形的时候，对地理子午线也需要进行全面的考虑。这也清楚的说明在不同坐标系内部进行工程测量，其方向和尺度都有很大的不同，而且为了将工程测量结果进行有效统一，还需要在其中涉及合理的坐标转换。
1 大地坐标与直角坐标的换算
在对工程进行测量的时候，首先应该考虑的是整个工程的地理环境以及建筑物位置的经纬度，这就需要对工程测量过程中的大地坐标进行全面的分析。大地坐标与传统的坐标没有太大的区别，都是通过三个方面实施的，即数学中涉及空间立体坐标系。而且在进行大地坐标与指教坐标之间进行转换的时候不仅仅需要涉及相应的公式，还需要对地球的轴心变化幅度有一个全面的掌握，这样对提高工程测量准确性起到非常重要的作用。除此之外还需要对整个过程中的二维大地坐标和我国工程测量中采用的高斯平面坐标之间建立一个数据换算模式，进一步促使测量更加顺利的进行。
2 三维坐标转换
前面也清楚的说明在目前进行工程测量的时候，并不是对工程项目实施简单的测量，而是需要对工程在测量过程中进行高程基准和高程投影这两个步骤。在进行高程投影是坐标系或多或少会发生一些偏移，这就需要对之间发生的偏移进行合理的推算，也就是说在进行工程测量的过程中，还需要涉及三维坐标系转换。由于空间直角坐标系和大地坐标系都属于三维坐标，因此在进行三维坐标之间的转换时还需要对这两者之间的联系有一个全面的分析。
2.1 空间直角坐标系转换
对于三维坐标转换来说最常见的就是空间指教坐标转换，因此这就需要对我国在工程测量中涉及的空间直角坐标系转换有一个全面的了解。一般来说在进行空间直角坐标系转换时，需要采用七个参数进行模拟转换，这七个参数主要包括三个平移参数、三个旋转参数和一个缩放参数。对平移参数和旋转参数来说，都是在建筑物本身发生位移或者方位转换时使用的参数，而缩放参数大多数是在工程进行高程投影过程中涉及的。而且这七个参数在进行转换的过程中也并不是随便进行转换，而是在转换的时候遵循相应的公式进行。而且社会实践研究清楚表明在空间直角坐标系之间的数据进行转换时，主要表达方式是非线性转换，这为进行工程测量产生很大的阻碍，在进行旋转参数微小角度测量时，需要采用简化算法进行相应计算。
2.2 大地坐标转换
在进行大地坐标转换的时候，涉及的转换参数与空间直角坐标系转换上涉及的参数没有太大的差异，只不过大地坐标转换过程中除了需要将缩放参数转化为尺度参数，还需要在其中添加两个椭球变化参数。而且在采用大地坐标转换进行工程测量还需要在其中使用四个公共点，这就增加了整个工程测量的难度。由于大地坐标转换比较复杂，这就出现这种转换不能够在我国工程测量中得到广泛应用。
3 二维坐标系转换
3.1 国家坐标系间的转换
北京54坐标系和国家80坐标系为我国国家坐标系，两者之间的转换是工程实践中遇到最多的坐标系转换问题。包括原始观测资料的转换、归算和改化；控制点的坐标换算；地形图的变更和处理等。北京54坐标系采用的是克拉索夫斯基椭球（克氏椭球），国家80坐标系采用的是1975国际椭球体，且两坐标系的定向也存在差别。为求得北京54坐标下的P点在国家80坐标下的坐标，可先求该点在国家80坐标系中的大地坐标，然后通过高斯投影正算公式求得点P在国家80坐标系的平面直角坐标。
该法只考虑了两个坐标系统椭球参数和椭球定位定向变化的影响，没有考虑两个国家坐标系大地控制点的差别，即国家80坐标系是整体平差结果，而北京54坐标系是局部平差结果。故该转换方法不严密，仅适用于公共点少或无公共点的测区进行局部地形图转换。
3.2 近似变换法
对于国家坐标系之间较低等级的控制点，或2个工程坐标系之间的点，可采用下述方法获取控制点在新坐标系下的坐标。
3.2.1 相似变换法
四参数转换法适合小区域平面直角坐标的换算，特点是新旧坐标系下的几何形状不变，但公共点上会存在间隙。为保持公共点的坐标不变，可采用配置法，对非公共点的转换值进行配置：（1）计算公共点的转换值的改正数，Vi=已知值-转换值，公共点的坐标仍采用已知值。（2）计算非公共点j的改正数Vj，并对其进行相应改正。
3.2.2 拓扑变换法
当采用二阶多项式时，共有12个待定系数，用6个公共点可解求，其他点的新坐标由式计算；如果公共点数多于6个，则为最小二乘拟合，这时公共点有间隙，且满足间隙的平方和最小。式中多项式的形式和阶数可根据公共点数目、测区情况和转换精度选择。拓扑变换模型简单，参数求解为典型的线性变换，适合最小二乘求解，但对公共点的数目和分布有较高要求，公共点最好能控制整个转换区域。
3.3 工程坐标系与国家坐标系间的转换
国家坐标系是将测得的地面边长归化至椭球面，然后在国家分带的中央子午线下进行高斯投影；而许多工程坐标系，为了控制投影变形，一般将地面边长投影到测区平均高程面或指定高程面H0，以测区平均经度为中央子午线进行高斯投影。尽管这种工程坐标系常以一个国家坐标点和一个方位角作为起算基准，但在工程坐标系下，点的坐标与国家坐标系下的也不一致。
结束语
综上所述可以清楚地看出在我国进行工程测量的时候，要想保证测量结果的准确和真实，就需要在其中涉及相应的坐标系进行测量。但是由于工程测量中使用的坐标系自身稳定性不能完全保证或者在测量中使用的坐标系也有很大的不同，这就出现工程测量问题。这就需要对坐标进行合理的转换。在社会实践研究中清楚的发现我国现在工程测量中使用的坐标有很多种，这就出现坐标转换方法增多的现象，在对各种坐标转换方法进行深入研究和工程实践分析中了解到要想保证工程测量结果与实际相符，就需要根据公共点数量和分布情况选取合适的坐标转换方法，促使我国工程测量顺利进行。
参考文献
[1]罗长林，张正禄，梅文胜，邓勇.三维直角坐标转换的一种阻尼最小二乘稳健估计法[J].武汉大学学报（信息科学版），2007（8）.
[2]罗长林，张正禄，邓勇，梅文胜，陈本荣.基于改进的高斯-牛顿法的非线性三维直角坐标转换方法研究[J].大地测量与地球动力学，2007（1）.
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