工程测量中不同坐标系的变换与精度分析

姚渝

【摘要】近年来，在科学和信息技术飞速发展的背景下，我国的地质及航天等领域取得了一定程度的进步，在这一过程中，科学方法不同坐标系的变换受到了广泛的应用，现阶段，尽管这一方法在人们的生活中出现的几率较小，但是从我国科技进步及航天等事业长期进步的角度来看，具有重要的研究价值。加强对该科学方法及其精度的分析，有助于我国勘测技术的进步及国防领域的加强等。本文在探讨我国坐标系种类及基本变换方法的基础上，对测量不同坐标系变换的精度进行了详细的分析。

【关键词】工程测量；坐标系；变换；精度

前言：不同坐标系的变换，不仅能够积极促进科研领域的进步，在工程测量中也发挥着重要的意义。近年来，世界经济一体化进程不断加快，世界各国经济飞快发展的背景下，我国要想从经济、科研等多个领域当中取得优势，必须加强不同坐标系的变换的研究。现阶段我国在这方面的研究已经取得了一定程度的进步，但是相关工作部门及工作人员还应当积极结合实践，总结经验教训，开发出更多的坐标转换类型，为我国各个领域的进步起到促进作用。

一、我国坐标系种类及基本变换方法

首先，BLH和XYZ分别代表的是大地坐标和平面直角坐标，它们之间的相互转换过程中，第一步应找到变换参数，这一步骤应在常规转换步骤下进行，通过常规转换能够得到的参数主要有三种，分别为中央子午线精度、分带标准及椭球参数[1]。接下来就是需要对参数的使用进行确定，如参数使用的数量等，然后将这些必备参数直接输入到软件当中，就能够促使BLH和XYZ两种坐标快速、直接的实现变换；其次，WGS84与北京54全国80进行转换的过程中，最重要的转换工具就是地心坐标系，在进行转换的过程中，其基本原点为地球质心，如果地球极方向的确立是在BIH国际时间基础上进行确立的，那么它应当成为坐标系的Z轴，赤道同零子午线面的焦点应作为X轴，这样一来，右手坐标系的构成应当有X、Y、Z三个坐标轴来实现，由此就能够形成世界大地坐标系统。这个坐标系统是及其实用的，它采取的椭球基准符合国内的使用原则，因而较为常用。该系统在科研领域及人们的日常生活中具有重要的使用价值及效率，就现阶段我国的坐标轴使用规则椭球基准而言，二者完全符合，由此也决定了其高度的使用价值。在相互转换不同空间坐标系的过程中，尽管二者拥有不同的标准及特点，实际上是非常简单的，这是因为相关基本标准是始终如一的，也就是它们都需要至少拥有三个重合点，而重合点的具体坐标是能够进行观察和推算出来的，推算过程中需要应用到相关公式。

二、测量不同坐标系变换的精度

现阶段，GPS变换技术是我国应用最为广泛的，同其他变换技术相比，GPS技术拥有高精度、强灵活性和高效率的优势。近年来，不同种类的城市建设工程当中都应用了该变换技术，它以高精确度的测量促使我国城市建设工程质量大大提升[2]。我国最早的测量技术为摄影测量法，这种方法在使用过程中需要大面积的空地面，然而GPS变换技术在进行测量的过程中则不需要占用大面积的地面，这充分说明我国工程测量技术取得了极大的进步，对于地面的依赖性大大降低。这样一来，就降低了变换技术使用过程中地面控制必备的劳动量及工作任务，促使时间及经济成本大大降低的同时，变换周期得到有效缩短，转换效率得以提高。

较高的准确率是GPS变换技术最主要的优势及特点，然而这一较高的精确度是有针对性的，也就是说，在未来的发展中，我国相关工作人员还应当继续努力，寻找绝对精确的变换技术。在现阶段的科技水平条件下，不同坐标系由于其自身的特点所限，变换过程中无法真正实现完全精确。作为卫星定位系统，GPS变换技术有效的结合了定位系统同坐标转换，同时也说明，在应用该技术转换坐标的过程中，需要首先找到它们之间的交点，同时通过公式推算出二者之间的相关重要参数，只有这样，转换工作才能得以实现[3]。但是，通过以上分析得知，GPS变换技术在应用过程中是无法实现绝对的精确的，这样一来在对参数进行求值等项目的过程中，便会导致误差的产生，这样一来，就很难找到相关的三维坐标，种种细微的缺陷堆积起来必将造成差异增大，不同坐标系在相互转换过程中就无法提高精度，也因此说明，我国坐标转换技术还应当作为我国未来研究中的重点之一。

三、不同坐标系变换精度分析

要想充分分析不同坐标系的变换精度，应当对转换的准确性进行充分的研究，因此转换工作必须在同一椭圆中进行才能够促使转换的准确性达到最高，如果分别在不同的椭圆中进行，准确性将大大降低。这是因为不等的椭圆系统内，计算出来的转换结果只能在一定条件下实现精确性。例如，在进行北京54坐标系和国家2000坐标系转换的过程中，如果分别在两个椭圆中进行计算，那么计算出来的参数将无法达到高准确性，也因此导致相关坐标系中的点也无法实现准确性。由于这些点在两个不同的椭圆内，因此在对两个坐标系进行转换的过程中，只能不断寻找二者之间的公共点来实现，而这样求得的结果无法确保所有的坐标系位置都实现较高的准确性，同时将导致较大的偏差存在于一定的坐标点中。

现阶段，要想促使不同坐标系在转换果程中实现较高程度的准确性，那么就要在专业测绘部门的帮助下，尝试多组数据的计算和应用，并将其中包含的参数值进行确定并取值，在这一过程中，要想实现更加精确的转换，应用求平均值的方式来进行是一个非常重要的选择，这是因为，在应用这种方式进行转换的过程中，经检验，实验结果并没有受到任何影响，同时也充分说明，该误差的存在是可以忽略不计的[5]。

在提高转换过程中精度的时候，还可以分别在量坐标系中应用多组坐标，并分别对几组坐标进行求值，并将多个值加在一起，运用求解平均数的方式提高转换精度，这样一来，转换过程中产生的误差将会大大减小。在进行工程测量的过程中就能够依据更加可靠的数据，促使测量效率提升。现阶段，工程测量仪在科学技术的改进下得到不断创新，促使坐标更加精准，同时促使任何环境下的工程测量都能够准确进行。

结论：在促进变化精确度不断提高的过程中，最好的方式就是不断提高坐标系转换过程中的精度。我国相关部门及工作人员通过努力，积极进行了坐标系种类及基本变换方法的开发，并经过实际检验有效测量了不同坐标系变换的精度，分析了不同坐标系变换精度。对促进我国勘测水平、航空事业等领域的进步具有重要意义。现阶段，世界各国之间的竞争已经从经济转移到了航空、科技等多个领域，不同坐标系的变换技术研究虽然对于人们的日常生活没有太大的影响，但是对于我国长期的航空等多个领域的进步具有重要意义，在这种情况下，我国测绘部门应积极在工作中通过实践，提高工程测量中不同坐标系的变换与精度。

参考文献：

[1]王文彬. 线路工程测量坐标系的建立方法及精度分析[D].长安大学，2011.

[2]肖振中. 基于工业摄影和机器视觉的三維形貌与变形测量关键技术研究[D].西安交通大学，2010.

[3]刘根友. 高精度GPS定位及地壳形变分析若干问题的研究[D].中国科学院研究生院（测量与地球物理研究所），2004.

[4]刘沛兰. 现代工程大比例尺地形图数学基础的研究[D].武汉大学，2011.

[5]耿晓燕. 地方独立坐标系向2000国家大地坐标系转换研究[D].西安科技大学，2010.