地质勘探测量中坐标系的选择及转换方法分析

王钊

摘要：现如今，我国是科技发展的新时期，地质测绘在地质勘查中是一项极为重要的基础工作，其成果先后贯穿于地质预查、普查、详查、矿产开采等不同阶段，而地质测绘也是一项极其艰辛的体力和脑力双重的工作。由于各时期的目标和任务不同，导致了各个时期坐标系统的选择不统一，给后续工作带来了极大困难，如何合理利用和解决这些问题已摆在我们的面前。随着GPS的出现，测量的技术发生了重大的改革，各种系统的坐标等发生了一系列变化，在实际应用中也出现了各种不同的坐标系统，下面就介绍几种坐标系的定义和相互联系，展望我国大地坐标系的发展，分析地勘单位在施工过程中所遇到的实际问题，以及这几种坐标系如何实行转换。

关键词：地质勘探测量；坐标系选择；坐标转换

引言

地质勘探不同时期可能会用到不同的坐标系，而不同坐标系间坐标能否快速准确的转换决定了勘探工作质量。但由于受到外界因素的影响，使得地质勘探测量在坐标转换方面离预期还有一定差距，因此有必要对坐标系选择和坐标转换进行分析，从而为地质勘探测量工作的发展积累经验与方法。

1地质勘探工程测量的主要内容

站在专业的角度上来看，地质勘探工程测量也叫矿区测量，它的主要勘探测量的内容包括矿山的平面、对于高程的控制、地质勘探线测量以及对矿山的地形图进行测绘等主要内容。在地质勘探测量工程中，可以根据普查调查中的数据为基础，利用化验和物探等一些方法将大致的可能成为矿区的地区确定下来，矿区基本确定下来之后，接下来就是普查的后一个流程，利用详查对普查中有可能分布矿产的地区进一步进行复查，在详查阶段一般采用的施工手法是进行布设探槽法或者钻孔取样法，主要是分析地质中的成分，以方便对矿产资源的进一步确认。对于本文探讨的地质勘探工程中的测量的具体内容包括对勘探线基点、端点、坑口、探井、对勘探剖面线等地质工程进行测量。当然对于不同矿区的所处环境的不同，对其需要相应的地质工作也各不相同，但是作为地质勘探工程测量中的一些核心数据时每一个地质勘探工作中都需要的，其中包括矿区的地形图、勘探工程布置点位布置图、控制资料、剖面图以及点位坐标高程。

2地质勘探测量坐标系选择

2.11954北京坐标系

1954北京坐标系是我国目前采用的大地测量坐标系，它是一种参心坐标。由于历史原因，我国采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系进行了联测，由此建立了我国大地坐标系，因此而定格1954北京坐标系。它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃，该椭球在计算和定位过程中，没有采用中国的数据，该系统在中国范围内符合的不好，不能满足高精度定位以及地球科学、空间科学、和战略武器发展的需要。其主要的参数及优缺点详见以下：1.采用多点定位法进行椭球定位；2.高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海平面；3.椭球参数：长半轴a=6378245m；短半轴b=6356863.0188m；扁率a=1/298.34.主要缺点：参考面与我国大地水准面存在着自西向东明显系统的倾斜，地面的精度受到影响，且椭球参数与现在椭球参数相比，相差109m。由于定向不明确，采用的原点又不相同，从而给换算工作带来了不便。但是北京54坐标系统仍然是我国使用最多的坐标系。

2.2“1980西安坐標系”

在1980年我国建立了大地坐标系之后，将其称之为1980西安坐标系。通过归纳和总结，该坐标系主要具有以下特点：第一，相比1954北京坐标系，它具有更高的精度；第二，椭球参数完整，在确定几何形状的基础上，还能分析描述物理特征，实现了大地重力和大地测量的参数结合目标；第三，该坐标系的椭球参数和1984年由IAU提出的常数系统有关参数保持高度一致；第四，相较于1954北京坐标系，无论是参考基本面还是轴系，都十分明确；第五，在椭球定位的支持下，其参考椭球和目前国内的似大地水准能良好吻合，在我国东、西部分别穿过两个高程异常等值线，绝大部分地区的高程异常都处在+20m～20m范围内；第六，这一坐标系是充分利用我国近三十年积累的三角测量、天文及重力相关专业资料而建立的符合我国国情与特色的专属坐标系。

2.3地方坐标系（任意独立坐标系）

在生产实际中，为了满足测区内投影变形不大于2.5cm/km要求，通常的控制网投影到投影测区抵偿高程面或测区平均高程面上。并以当地中央子午线进行高斯投影而建立地方独立坐标系。地方独立坐标系中平均海拔高程相对应的自己的参考椭球。地方参考椭球的中心轴向、扁率和国家参考椭球相同，其半径有一改正值。据规范要求，在已有平面控制网，可沿用原有的坐标系。小测区或有特殊精度要求的控制网，可沿用原有的坐标系。厂区内可采用建筑坐标系统。但是给以后矿区报告的提交，造成了图纸换算和大量的坐标系统的转换工作，所以应尽量和国家控制网联测。

3地质勘探测量坐标转换

在地质勘探测量工作中，考虑到工作性质和程度存在一定差别，所以通常要先在勘探范围内进行小比例尺勘探，以此确定异常源与具体位置。基于此，选定并建立适宜的坐标系是首要解决的问题，以便后续的工作能够和之前顺利衔接。在搜集勘探区基本资料的基础上（包括各种比例尺的地形图与国家控制点的相应坐标），明确坐标系来源，区分坐标系类型，然后借助GPS对已知点进行校核，在校核时，需要重复多次，得以最大限度地减小误差。如果误差控制在10m之内，则GPS可以满足填图与测网的基本要求。与此同时，根据相关规范的要求，如果填图与测网在1∶10000以上，则要利用3°带坐标，对子午线的经度进行输入即可。为更加方便的使用与衔接资料，若测量工作难以跟进，或测网未进行联测，则在规范的要求下，必须埋设不少于3个标石，以便后续进行转换。其他阶段的测量必须跟进，包括普查阶段、详查阶段与开采阶段。为确保各方面工作顺利开展，并适应新的坐标系统，需同时提供其他坐标系。根据传统的方法，在搜集勘探范围内所有控制点后，将其引入测区当中。在技术装备快速发展的情况下，很多单位配置了双频接收机，利用此接收机，仅需在已知点上连续观测4h，即可向数据中心传输观测数据，引入国家网实施解算，获得以上坐标系的具体坐标值，为测量人员提供了极大的便利。最后再借助转换软件，实现坐标系坐标的计算与转换。上述坐标系的转换实际上就是对椭球参数进行转换，由于在相同或不同椭球进行转换是完全不同的，所以没有一套通用的转换系数，各地区也不尽相同。这是因为不同地区有其对应的椭球基准。鉴于此，坐标转换需应用Bursa模型，即所谓的七参数转换法。

结语

因此，我们在实际工作中，无论何种坐标系向另一个坐标系转换，首先要认真分析各坐标系的建立方法，根据重合点的分布、数量和精度情况，选择坐标系转换模型，试算求解最佳转换参数、分析转换精度，从而完成完成各阶段或不同时期的坐标转换。

参考文献

[1]戴友伟.煤田地质勘查中常用参心坐标系转换为CGCS2000地心坐标系[J].矿山测量，2013（3）：36-39.

[2]屈国林，李春鹏.地质勘探测量中坐标系的选择及转换方法[J].中华建设，2013（9）：106-107.

[3]吕代和，龙永超.2000国家大地坐标系使用中存在的问题及相应措施[J].中华建设，2015（5）：88-89.

[4]张彦春.关于地质勘探工程测量问题的探讨[J].甘肃科技，2012（18）：40-41.

（作者单位：东方物探大庆物探一公司技术服务分公司）