地下管线测量独立坐标系的建立和转换

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摘要： 在地下管线测量中，会遇到提供的控制点、图件资料不能满足施工要求或者现有资料的坐标系统跟工程要求使用的坐标系统不一致的情况，这就需要我们在施工过程中建立独立坐标系或者对不同坐标系之间的坐标相互转换。本文分析了为什么要建立独立坐标系，讨论了独立坐标系统建立的各种方法和优缺点，以及不同坐标系间的坐标转换方法。

关键词： 地下管线测量；独立坐标系；坐标转换

中图分类号：{P286+.1} 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）07-0067-02

0 引言

地下管线测量一般包括地下管线控制测量、地下管线数字测量、地下管线放线与竣工测量、测量成果的检查验收、带状地形图测量或地形图修测。

地下管线测量前，一般应收集测区已有的控制点、地形资料、调绘图、设计图、施工图、竣工图等，对缺少控制点和地形图的地区，一般要建立基本控制网和施测地形图。有的地区控制资料甲方协调不下来，调绘图、设计图、施工图、竣工图等图件资料是不同坐标系，为了满足工期需要，这就需要建立独立坐标系和进行坐标转换。

所有的测量成果都是建立在坐标系统的基础上的，所以对于整个工程的质量来说，坐标系统选择的是否适当是非常重要的。在管线探测工程布设测量控制网时，对它的成果有很多的要求，不仅要符合地下管线数字测量要求，也应该满足地下管线放线与竣工测量、大比例尺测图需要。要将测得的数据经计算再放到实地，而施工放样时要求控制网由坐标反算的长度与实测的长度尽可能相符。在管线普查工程测区布设控制网时，首先要确定采用的坐标系统。《工程测量规范》规定：平面控制网的坐标系统，应满足测区内投影长度变形值不大于2.5cm/km。减小高程归化与投影变形产生的影响是建立独立坐标系的一个重要作用，所以要求他们必须控制在一个微小的范围内，只有这样计算出来的长度才会在实际利用时不需进行更改。

1 独立坐标系的建立

在建立独立坐标系统的时候，一般情况下会采用国家等级控制点作为起算数据，如此一来，不仅它的可靠性非常高，也非常有利于成果之间的相互转换和利用。国家控制点的各项数据都可以为独立坐标系统的建立提供一定的参考价值。

在建立独立坐标系统的时候，必须考虑如何选择抵偿高程面的最佳位置以及中央子午线的最佳位置，只有这样才能把高斯投影长度变形控制在一个合理的范围内，进而达到建立正确的独立坐标系统的目的。如果使用抵偿高程面作投影面建立独立坐标系统，需要考虑很多的因素，比如测区距中央子午线的位置、测区的高低起伏情况等。如果是以测区中心为中央子午线建立独立坐标系统时，为了使测区范围尽可能的扩大，应该下移投影面的位置。以下是几种建立独立坐标系的方法：

①为了让测区的两项改正在测区中央几乎为零，需要将中央子午线移到测区中央，把归化高程面提高到该测区的平均高程面上，建立任意带高斯正形投影平面直角坐标系。只要测区高差起伏在100m范围内，就可以保证离中央子午线40km以内的地区其两项改正的影响在每公里2.5cm以内。最适合工程建设地区需要的就是这种地方独立坐标系，所以，只要工程建设区域的面积不是很大，东西跨度在80km就可以满足要求。

如果是在小于80km测区的范围内，上述的方法就不合适了。应该把归化高程面设在该测区平均高程面以下100m左右的地方，这样离开中央子午线60km范围内可以保证其两项改正小于每公里2.5cm。东西120km的跨度基本上可满足测区的精度要求。从以上分析中不难发现，通过这种方法建立的独立坐标系统，它控制的东西跨度范围和测区的高差起伏有着很大的关系。

以上例子说明，当测区平均大地高程为1000m，不改变高程归化面，只要将中央子午线设在离测区中央以西113km的位置，可保证在测区中央东西各9km的范围内两项投影改正小于1/40000。经试算，测区的平均高程越大，中央子午线西移的距离越远，其控制的东西范围越小。

2 坐标系统转换

2.1 坐标系分类

2.1.1 地心坐标系 WGS84大地坐标系原点位于地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向，X轴指向 BIH1984.0的零子午面和CTP轨道的交点，Y轴与Z，X 轴构成右手坐标系。GPS应用的是WGS-84系椭球参数。

2000国家大地坐标系的原点为地球的质量中心，Z 轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y轴与Z，X轴构成右手正交坐标系，采用广义相对论意义下的尺度。

2.1.2 参心坐标系 我国比较常用的坐标系是1954年北京坐标系和1980年西安坐标系，前者应用的是克拉索夫斯基椭球参数，后者应用的是1975年国际椭球参数。

2.1.3 独立坐标系 独立坐标系有自己的原点、自己的定向，有与当地平均海拔高程对应的参考椭球。

2.2 坐标系之间的转换 不同投影面间坐标的换算需要经过两个步骤，第一步是先把一个投影面上的直角坐标转换成国家坐标系统的大地坐标，第二步是将第一步中转换好的大地坐标转换成另一投影面的独立坐标。这种情况下，坐标在转换的过程中需要经过不同的坐标系，这就要求他们必须求出系统之间的转换参数，参数的求法有很多种，比如利用两套坐标值通过一定的数学模型进行计算等。在实际运用中对于局部GPS网还可以用求取三参数的方法进行坐标转换。天宝、南方等GPS软件可以方便的求取用于坐标转换的七参数、三参数。

3 结束语

在建立独立坐标系时，应该尽量的选择最简便的方法来建立，尽可能的使测区内投影变形值最小，这就要求在这个过程中必须综合考虑很多的因素，比如测区的地理位置、高差起伏等。建立独立坐标系时，一般都要使用国家等级控制点作为起算数据，计算所使用的参考椭球参数，不仅可靠性非常高，也非常有利于成果之间的相互转换和利用。测量中坐标系的选择和转换，不管采取何种方法建立独立坐标系，都应该达到各种测量规范的要求，对于施工控制网最重要的是坐标反算的边长与地面实测的边长要相等。

参考文献：

[1]GB 50026-2007，工程测量规范[S].

[2]CJJ/T8-2011，城市测量规范[S].

[3]CJJT73-2010，卫星定位城市测量规范[S].

[4]傅文祥，姜道利等.城区独立坐标及基本控制网的建立[J].

[5]施一民，李建.地方独立坐标系的性质与区域性椭球面的确定[J].

[6]刘大杰，施一民，过静珺.全球定位系统的原理与数据处理[M].