淺談礦區(qū)內(nèi)坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換

宋孝男

（新巴爾虎右旗榮達(dá)礦業(yè)有限責(zé)任公司怡盛元礦生產(chǎn)技術(shù)室，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021300）

1 北京54坐標(biāo)系與CGCS2000坐標(biāo)系之間的對(duì)比

北京54坐標(biāo)系建立于新中國(guó)剛成立之時(shí)，為我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)做出了巨大的貢獻(xiàn)，然而隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，測(cè)繪儀器的不斷發(fā)展更新，尤其在GPS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于測(cè)量后，由于衛(wèi)星在軌道中運(yùn)行時(shí)，其軌道中心位于地球的質(zhì)量中心，而非參考橢球的中心。因此，北京54坐標(biāo)系統(tǒng)等參心坐標(biāo)系統(tǒng)越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代化的需要，而且北京54坐標(biāo)系是蘇聯(lián)普爾科沃坐標(biāo)系在我國(guó)的延伸，其坐標(biāo)原點(diǎn)并不在我國(guó)境內(nèi)，而是在蘇聯(lián)的普爾科沃。隨著GPS及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在測(cè)量上的應(yīng)用，且鑒于北京54坐標(biāo)系及西安80坐標(biāo)系都屬于參心坐標(biāo)系。為了能夠滿足衛(wèi)星定位系統(tǒng)在國(guó)家發(fā)展上的應(yīng)用，我國(guó)建立了CGCS2000國(guó)家大地坐標(biāo)系統(tǒng)，并于2008年7月1日起正式啟用[1]。

2 礦區(qū)公共點(diǎn)選擇

2011年建立的礦區(qū)控制導(dǎo)線以整個(gè)礦區(qū)為中心，控制點(diǎn)均勻布設(shè)于礦區(qū)周圍，形成一條閉合的導(dǎo)線，并用平差軟件完成了導(dǎo)線點(diǎn)平差工作。為了保證完成礦區(qū)54坐標(biāo)系向CGCS2000坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，必須要選擇一定數(shù)目的公共點(diǎn)（同時(shí)具有54坐標(biāo)系和CGCS2000坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)）進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)解算。由于我礦區(qū)采用的是高斯平面直角坐標(biāo)的x，y加正常高h(yuǎn)，而非直接采用空間直角坐標(biāo)，因此至少需要兩個(gè)公共點(diǎn)，采用四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（如果采用空間直角坐標(biāo)，則至少需要三個(gè)公共點(diǎn)，采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型）。但是由于后期礦山的建設(shè)，其中1105、1106在施工中損毀。而1101及1102由于地勢(shì)的原因，其通視條件較差，不利于今后測(cè)量工作的開(kāi)展及導(dǎo)線的引測(cè)。經(jīng)過(guò)實(shí)地踏勘，1103和甲東兩個(gè)控制點(diǎn)在礦區(qū)內(nèi)通視條件良好，通過(guò)1103和甲東兩個(gè)控制點(diǎn)能夠直接觀測(cè)礦區(qū)內(nèi)的所有井口。而且在2017年，通過(guò)陀螺全站儀對(duì)井下7秒控制導(dǎo)線進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，也選擇了1103和甲東兩個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行了陀螺全站儀的常數(shù)標(biāo)定，因此，選擇1103和甲東作為公共點(diǎn)，可以減少很多由于導(dǎo)線引測(cè)而引起的測(cè)量上的誤差[2]。

3 礦區(qū)坐標(biāo)點(diǎn)與CGCS2000坐標(biāo)系的聯(lián)測(cè)

由于我礦區(qū)在2011年進(jìn)行礦區(qū)控制測(cè)量時(shí)，只與北京54坐標(biāo)系內(nèi)的控制點(diǎn)進(jìn)行了聯(lián)測(cè)。因此，礦區(qū)內(nèi)只具有北京54坐標(biāo)系內(nèi)的一套坐標(biāo)。為了完成礦區(qū)內(nèi)北京54坐標(biāo)系向CGCS2000坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。至少在公共點(diǎn)要有CGCS2000坐標(biāo)系的坐標(biāo)。因此，需要將礦區(qū)的坐標(biāo)點(diǎn)與CGCS2000坐標(biāo)系內(nèi)的控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，以求得礦區(qū)坐標(biāo)點(diǎn)在CGCS2000坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)。由于所需聯(lián)測(cè)的CGCS2000坐標(biāo)系內(nèi)的3個(gè)控制點(diǎn)，其任意兩點(diǎn)間的距離均超過(guò)10公里，且相互之間并不通視，因此無(wú)法采用傳統(tǒng)的測(cè)量方法進(jìn)行聯(lián)測(cè)，必須采用GPS靜態(tài)控制測(cè)量的方法進(jìn)行聯(lián)測(cè)，利用GPS靜態(tài)測(cè)量，可以有效的避免測(cè)點(diǎn)間必須要通視的條件，而且具有測(cè)量精度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)。在進(jìn)行GPS網(wǎng)平差時(shí)，利用CGCS2000坐標(biāo)系內(nèi)的三個(gè)控制點(diǎn)作為約束條件，進(jìn)行約束平差即可得到礦區(qū)坐標(biāo)點(diǎn)在CGCS2000坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)。

4 礦區(qū)北京54坐標(biāo)系向CGCS2000坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

由于我礦區(qū)在2011年進(jìn)行礦區(qū)控制網(wǎng)建立及豎井定向時(shí)，由于沒(méi)有考慮后期坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。因此，在豎井定向時(shí)并未考慮所有的近井點(diǎn)都采用1103和甲東作為起始點(diǎn)進(jìn)行引測(cè)。這樣雖然減少了當(dāng)時(shí)的工作量，但也為后期的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換造成了很多不利的影響。因礦區(qū)內(nèi)有些控制點(diǎn)已損壞，或有些控制點(diǎn)附近已經(jīng)建造了信號(hào)發(fā)射塔，并不適合作為GPS控制點(diǎn)來(lái)使用，所以礦區(qū)內(nèi)控制點(diǎn)并沒(méi)有全部參與GPS靜態(tài)控制測(cè)量，也就是很多原有的控制點(diǎn)并沒(méi)有在CGCS2000坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)。為了獲得其他控制點(diǎn)在CGCS2000坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)，只能利用1103和甲東作為起始數(shù)據(jù)，重新采用全站儀進(jìn)行導(dǎo)線布設(shè)，并對(duì)新布設(shè)的導(dǎo)線進(jìn)行平差處理，或利用1103和甲東作為控制點(diǎn)，對(duì)其他原有的控制點(diǎn)進(jìn)行GPS靜態(tài)測(cè)量，然后進(jìn)行約束平差，獲得其他控制點(diǎn)在CGCS2000坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)。但由于有些原有的控制點(diǎn)已經(jīng)損毀，并不適合對(duì)原有導(dǎo)線進(jìn)行重新測(cè)量。相比于對(duì)原有的控制點(diǎn)進(jìn)行重新測(cè)量，不如利用原有測(cè)量數(shù)據(jù)，將近井點(diǎn)、鋼絲等豎井定向數(shù)據(jù)與1103和甲東聯(lián)系起來(lái)，這樣即可完成井下測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)由北京54坐標(biāo)系向CGCS2000坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。

圖1 坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換

如上圖1所示：通過(guò)原始數(shù)據(jù)，反算甲東到近井點(diǎn)的方位角及甲東到1103的方位角，通過(guò)兩個(gè)方位角即可推算出1103、甲東到近井點(diǎn)的轉(zhuǎn)角。由此，就可以將以任意坐標(biāo)為起始數(shù)據(jù)的測(cè)量點(diǎn)與1103和甲東建立起聯(lián)系。建立起近井點(diǎn)，鋼絲與1103和甲東的聯(lián)系后，將北京54坐標(biāo)系內(nèi)1103與甲東的坐標(biāo)和方位角替換成在CGCS2000坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)和方位角即可完成井下導(dǎo)線與北京54坐標(biāo)系向CGCS2000坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換[3]。

5 結(jié)論

隨著礦山的不斷發(fā)現(xiàn)壯大，亦為了響應(yīng)國(guó)家統(tǒng)一坐標(biāo)系的號(hào)召，建立與國(guó)家CGCS2000坐標(biāo)系相吻合的礦山坐標(biāo)系勢(shì)在必行。然而將整個(gè)礦山的坐標(biāo)由北京54坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為CGCS2000坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)，是一個(gè)要求非常嚴(yán)格的工程，其轉(zhuǎn)換的精度將直接影響我礦今后的工程精度。因此，在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中一定結(jié)合本礦區(qū)內(nèi)的實(shí)際情況，選擇一個(gè)最佳的轉(zhuǎn)換方法。使這個(gè)方法不但要方便轉(zhuǎn)換時(shí)的計(jì)算，也要保證轉(zhuǎn)換完成后要有足夠的精度。