■ 曾凡一 白明
(大連九成測繪信息有限公司遼寧大連116400)
針對工程測量中不同坐標系變換及精度分析
■曾凡一白明
(大連九成測繪信息有限公司遼寧大連116400)
工程測量中常常需要進行坐標系的變換,其變換效率和精度直接影響著對測量數(shù)據(jù)的應用,并影響著工程質(zhì)量。本文對坐標轉(zhuǎn)換、坐標轉(zhuǎn)換模型進行分析,并探討了不同坐標系變換精度的測量和幾種常見坐標系的轉(zhuǎn)換方法及精度控制方法,為工程測量中坐標系變換提供資料參考。
工程測量坐標系變換精度分析
坐標轉(zhuǎn)換是信息化工程測量中常用的一種方法,其主要問題時研究不同坐標系采用的橢球之間相關(guān)轉(zhuǎn)換的問題,以確保測量數(shù)據(jù)能夠得到更為廣泛的應用。工程測量中的坐標系統(tǒng)由基準和坐標系兩部分構(gòu)成,基準是描述地球形狀形高的參數(shù),包括物體在地面空間中的定位及物理特征,還包括用來描述位置所用到的單位長度等。我國常用的坐標系統(tǒng)有大地坐標對平面直角坐標、背景54全國80及WGS84坐標系的相互轉(zhuǎn)換、任意兩空間坐標系轉(zhuǎn)換、在十進制角度和度/秒/分格式之間進行轉(zhuǎn)換。這些坐標系的轉(zhuǎn)換對數(shù)字化工程測量有巨大影響,因此必須根據(jù)坐標轉(zhuǎn)換的類別,采用合適的轉(zhuǎn)換手段和方法,將目標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所需要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。任意兩空間坐標系的轉(zhuǎn)換,這種坐標系的轉(zhuǎn)換看似很困難,實際上較為簡單,在對于任意兩個坐標系的變換時,雖然它們的特點不盡相同采用的標準也不同,但是一些基本和必備的標準是永遠不變的,那就是找到至少三個重合點,這幾個重合點在坐標系的坐標里是已知的,這個時候利用布爾莎公式來求解是比較容易的。對于十進制角度和度/ 分/秒格式之間的轉(zhuǎn)換,由于數(shù)據(jù)繁瑣,非人工多能操作的,這種轉(zhuǎn)換一般使用軟件較為便捷,直接輸人需要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù),通過軟件的運行,自動會生成所要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。
工程測量中,需要對已有的測量結(jié)果和現(xiàn)有的控制網(wǎng)進行坐標糾正、補測或重測,但工程測量對數(shù)據(jù)的精確性要求較高,為了提高工程測量工作效率,可以用坐標轉(zhuǎn)換的方法,使重測的數(shù)據(jù)與舊數(shù)據(jù)相互結(jié)合。坐標轉(zhuǎn)換模型一般分二維轉(zhuǎn)換模型和三維轉(zhuǎn)換模型兩種,二維轉(zhuǎn)換模型分為二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型、二維多參數(shù)轉(zhuǎn)換模型。三維轉(zhuǎn)換模型則包含Bursa七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型和三維多項式轉(zhuǎn)換模型。在坐標轉(zhuǎn)換模型的建立時,要根據(jù)具體的工程測量要求和不同轉(zhuǎn)換模式的實用性,合理的選擇轉(zhuǎn)換模型類型和方法。不同的轉(zhuǎn)換模型,不僅轉(zhuǎn)換參數(shù)和方法不同,轉(zhuǎn)換精度也不同,因此在參數(shù)轉(zhuǎn)換時還要考慮好精度要求。
信息技術(shù)和航空航天技術(shù)的發(fā)展,促進了工程測量技術(shù)的發(fā)展?,F(xiàn)如今我國使用的坐標系變換技術(shù)通常會采用GPS技術(shù),GPS技術(shù)作為工程測量中應用較為廣泛的先進技術(shù),在坐標系變換過程中具有操作簡單、靈活性強、經(jīng)濟性好、工作效率高等優(yōu)點。雖然GPS在不同坐標轉(zhuǎn)換時能夠達到較高的精度,但由于GPS技術(shù)信號傳輸存在時間誤差,因而其不可避免的存在精度誤差。雖然相對于其他坐標系變化方法來說,其精度已經(jīng)極高,而且轉(zhuǎn)換周期短、轉(zhuǎn)換成本低、轉(zhuǎn)換效率高。但我們能夠盡量減小這種誤差,方法就是在坐標系結(jié)合點和公共點轉(zhuǎn)換時,提高求參數(shù)的準確性,避免轉(zhuǎn)換認為誤差的出現(xiàn),提高該技術(shù)應用于坐標系轉(zhuǎn)換的相對精度。
圖1 GPS絕對定位示意圖
4.1北京54坐標系與西安80坐標系的轉(zhuǎn)換
北京54坐標系和西安80坐標系受地球形狀的影響,處于不同的兩個橢球,因此在坐標系轉(zhuǎn)換時,就要找到兩個坐標系的公共點,并以公共點為基礎(chǔ),將坐標系中的對應坐標填到轉(zhuǎn)換軟件中,實現(xiàn)坐標系之間的轉(zhuǎn)換。
4.2北京54坐標系與國家2000坐標系間的轉(zhuǎn)換
北京54坐標系和國家2000坐標系變換的方法是,在坐標系中選取348個坐標系重合點,并利用Bursa七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型求出兩坐標系的轉(zhuǎn)換參數(shù),之后計算兩坐標系中對應的坐標,實現(xiàn)坐標系之間的轉(zhuǎn)換。
4.3國家2000坐標系和西安80坐標系間的轉(zhuǎn)換
國家2000坐標系和西安80坐標系一個是地心坐標系,一個是參心坐標系,由于這兩個坐標系間沒有統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換公式,因此在轉(zhuǎn)換時需要找到同名點對應的坐標,并求解參數(shù),最終實現(xiàn)坐標系間的轉(zhuǎn)換。
不同坐標系的轉(zhuǎn)換,其轉(zhuǎn)換結(jié)果都必然存在誤差,是不嚴謹?shù)摹R虼?,在本文中所提到的轉(zhuǎn)換精度僅僅是相對的,而不是絕對的。例如,在上文中國家2000坐標系和北京54坐標系中的轉(zhuǎn)換,由于是兩個橢球之間坐標的轉(zhuǎn)換,根本無法實現(xiàn)絕對的轉(zhuǎn)換精度。也無法保證坐標系轉(zhuǎn)換中各個位置的轉(zhuǎn)換準確,甚至同一次不同點之間的轉(zhuǎn)換精度也存在差別。為了得到絕對精確的數(shù)據(jù),必須利用新坐標系進行重新測量。如果對轉(zhuǎn)換精度要求并不十分苛刻,也可以采用多組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,求取平均值的方法,盡量提高轉(zhuǎn)換精度,以保證工程測量中對轉(zhuǎn)換精度的需要,這種提高轉(zhuǎn)換精度的方法也是比較常用的。理論上分析,如果選用的數(shù)據(jù)組數(shù)無窮多,能夠?qū)崿F(xiàn)測量數(shù)據(jù)的趨近零誤差,但這種假設在實際的工程測量中是不可行的。
綜上所述,探討工程測量中不同坐標系的變換及精度,其目的為的是提高變換質(zhì)量,為我國工程測量水平的提高打下基礎(chǔ)。因此,在工程測量坐標系轉(zhuǎn)換實際中,要根據(jù)測量需要和坐標系之間的轉(zhuǎn)換規(guī)律,來選擇轉(zhuǎn)換方法。相信隨著我國測繪水平的提高和GPS等先進技術(shù)的應用,工程測量中不同坐標系的轉(zhuǎn)換技術(shù)必然能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)的飛躍,提高坐標系變換的效率和精度,為我國社會主義社會的建設和發(fā)展貢獻力量。
TB22[文獻碼]B
1000-405X(2016)-3-282-1