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摘要：工程测量中需要对不同坐标系进行合理有效的变换，以提高参数的准确性。本文对坐标变换概念及必要性作了简要阐述，分析了坐标变换基本原理，介绍了我国常用的几种坐标系变换方法，并对减少变换误差和提高变换精度进行了探究。
关键词：工程测量；坐标系变换；精确度
一、坐标变换概念及必要性
坐标变换是对空间实体相对位置的具体描述，它是从某一种坐标系统变换成另一种坐标系统的过程，需要通过建立两个坐标系统之间的一一对应关系来顺利实现，它是各种比例尺地图测量和编绘中建立地图数学基础重要步骤和有效方法。两个或两个以上的坐标变换需要通过极坐标相对参照来确定维数空间。由于地方坐标系和国家坐标系相互间的概念定义以及改正有所不同，加大了建筑工程测量工作难度。打个比方，有的城市建设初期市政工程少，当初是按国家坐标系来测量，但是随着城市发展加快，为统一空间位置精度需要建立规范、独立的地方坐标系，在这种情况下，一个地方就存在国家和地方两个相互交叉又并列的坐标系，同时我国绝大多数地区具有独立的坐标系，若遇到铁路建设和高速公路等国家级工程建设时就需要对国家坐标系和地方坐标系之间以及各地方坐标系之间的测量数据进行变换，以便满足工程测量需求，节省测量工作时间，提高计算结果准确性和工程测量效率。
二、坐标系变换基本原理
实施建筑工程测量时，不能针对已知的旧坐标来对新坐标予以重新测量、补测或者纠正，只能对坐标中的相关控制点采取合适的方法进行有效变换，把旧坐标系中的任意控制点变换成新坐标系中的控制点，由此变换成新的坐标系。按照测量学来分析，新旧坐系变换必定涉及到坐标系夹角问问，在知道原坐标系的坐标原点与坐标夹角存在的实际关系前提下，或者在知道新旧坐标系边长时，可以通过对坐标轴进行相应的角度旋转、位置平移或者按一定比例缩放，从而达到坐标变换的目的。
三、坐标系变换类型及方法
在工程测量中选用不同类型的坐标系变换是一门要求很高的技术，也是一种提高工程测量水平的重要方法。不同坐标系变换技术在我国航天航空、地质勘探、建筑工程等领域有着广泛的应用。坐标系变换问题关系我国国防建设、地质勘测和建筑等领域的进步和发展。掌握不同类型坐标系间变换方法这门技术具有重要意义和深远影响。
我国现阶段坐标系变换包括四种类型：北京54全国80及WGS84坐标系相互变换、平面直角坐标系和大地坐标系变换、十进制角度与度/分/秒型式之间变换、任意两空间坐标系之间变换。同时随着我国经济快速发展和科技进步，研发出不少的新的技术与定位系统，变换方法更加方便快捷，并在建筑工程领域广泛应用，推动了建筑业的快速发展。
（一）北京54全国80及WGS84坐标系变换。这种变换方式需用到地心坐标系，它以地球质心作为基本原点，坐标系X轴作为零子午面和赤道交点，Z轴作为国际时间确立的地球极方向，三个坐标轴X、Y、Z形成右手坐标系，即大地坐标系统。此种坐标系统实用价值很高，其采用椭球基准符合国内普遍使用原则，在建筑工程测量中应用广泛普遍，而且产生了积极作用。
（二）大地坐标系和平面直角坐标系变换。这类坐标系变换前需按常规变换方法来设定变换参数，其中包括椭球参数、分带标准和中央子午线经度等，确定变换所需参数后将其输入计算机软件，这样就能够比较快速、准确完成大地坐系和平面直角坐标系间的变换。
（三）十进制角度和度/分/秒型式间变换。此类变换方式需要面对大量繁琐的数据，人工操作特别复杂，难度系数也相当大，常常通过计算机软件来处理和实现。在正式变换时把需要变换的各类数据先直接输人软件系统，而后通过软件自行运行和计算，由此自动生成所需要的各类数据，达到变换的目的。
（四）任意两空间坐标系间变换。先找到两个空间坐标系重合点，重合点必须多于三个，再确定在坐标系中重合点的具体坐标，通过布尔莎公式来求解，这样就顺利完成了任意两空间坐标系间的变换。
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（五）特殊坐标系间的变换
1、北京54坐标系和西安80坐标系间的相互变换。54坐标系和80坐标系各自处在两个不同的椭球，在坐标系变换时需要找到两个椭球的公共点，再分别在两个坐标系中找到公共点的对应坐标，最后添加到变换软件中，这样就顺利完成了两者之间变换。
2、西安80坐标系和国家2000坐标系间的相互变换。国家2000坐标系属于地心坐标系，而西安80坐标系属于参心坐标系，它们缺乏统一的变换公式，这就需要找到几个同名点对应的坐标，然后对相关参数求解，这样可以实现西安80坐标系和国家2000坐标系之间的变换。
3、北京54坐标系和国家2000坐标系间的变换。在两个坐标系中选取348个重合点，利用布尔莎参数模型，先后求出两个坐标系的变换参数，得到两个坐标系对应的坐标，由此来实现两坐标系的变换。
各类不同坐标系间的变换在本质上是相同的，即先找到两个坐标系间的连接点，仔细准确求出对应参数，然后在所对应的坐标系中找到有关点的坐标，最后使用专门仪器或测绘工具来顺利实现坐标系之间的变换。
四、坐标系变换精度分析
（一）运用GPS技术实施坐标变换优化措施。现阶段我国工程测量普遍采用变换技术GPS系统。该技术和传统测量技术相比，具有测量范围广阔，测量数据精准、测量操作灵活、测量效率极高等优点。近些年来在我国工程测量实践工作中顺利完成了很多工程的测量和准确计算，有效克服了传统的工程测量方法缺限和不足，切实降低了对地面控制工作的依赖和各类要求，减少了实际场地布设对工作量和劳动力的要求，大大缩短了测量时间，提高了测量工作效率。GPS技术从本质上讲是卫星定位系统，为把我国坐标变换与GPS技术有效结合，即利用GPS技术对不同坐标系统进行变换，需要找到它们之间的结合点与公共点，然后利用这两个坐标系间的结合点和公共点的坐标参数，实施快速准确的变换。然而GPS技术还存在一些局限性，加之科学技术发展滞后，目前难以把两者之间的变换达到高度精准，极致完美，不可避免存在一些误差和不足，这些暇疵看似细小，但对测算造成不小的影响，使得两者之间的变换结果与真实值存在差异，最终影响不同坐标系变换结果数值的精准度，对工程测量也带来一定负面影响。
（二）采用平均值法来提高变换参数的精准度。从坐标系变换参数的准确性角度分析，在同一个椭圆坐标系进行的变换精度才真更好地达到科学严谨，不同椭圆坐标系间的变换，其变换精度不严密，因为这两种坐标系分别处于完全不同的椭圆体系中，两者之间的变换只能通过寻找公共点来完成，通过这种方式得到的结果很难保证坐标系中每一个位置都准确，这样必然存在较大偏差的坐标点。比如北京54坐标系和国家2000坐标系通过变换后，所得到的参数本身准确性不高，随之在对应坐标系中求出的点的坐标当然也不十分准确，在实际工程测量中测得的坐标点与实际值仅仅是比较接近。为提高不同坐标系准确度，在通常情况下我们可以多找几组数据，求出对应的参数，再找出在不同坐标系中对应的坐标值，最后通过求平均值这种方法来取得相对精准的转换参数。现行的实际工程测量环境和条件能够完全满足上述要求，通过这种变换方法来处理，能够进一步提高原有的变换精度，而且对变换中有可能产生的误差忽略不计，同时也不会对测量结果造成影响。
结束语：
对不同坐标系进行变换和对精度认真分析，其目的是进一步提升变换精确度。工程测量人员要以较高的责任心和进取心选择合适的坐标系变换方式，提高工程测量技术水平，优化建筑工程质量。
参考文献：
[1]丁士俊 张忠明 几种不同坐标变换方法问题的研究[J]四川测绘2005（01）
[2]刘超旭 施工坐标系在工程测量中的应用[J] 铁道建筑技术2012（9）
[3]常根军 坐标转换在水利工程施工测量中的应用[J]河南水利与南水北调2009（10）
论文作者:张林林
论文发表刊物:《基层建设》2015年21期供稿
论文发表时间:2016/4/1
标签：坐标系论文; 测量论文; 坐标论文; 工程论文; 参数论文; 两个论文; 求出论文; 《基层建设》2015年21期供稿论文;