探討坐標(biāo)轉(zhuǎn)換在水利工程施工測(cè)量中的應(yīng)用

1、探討坐標(biāo)轉(zhuǎn)換在水利工程施工測(cè)量中的應(yīng)用 探討坐標(biāo)轉(zhuǎn)換在水利工程施工測(cè)量中的應(yīng)用 摘要：工程測(cè)量包括工程地形、施工、工程控制、工程變形和竣工五種測(cè)量。施工測(cè)量在整個(gè)工程工程測(cè)量任務(wù)中所占比重非常大，測(cè)量之前找到一種簡(jiǎn)單、快捷、方便的測(cè)量方法可以極大的降低測(cè)量施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)在施工測(cè)量的過(guò)程中較易于檢查出測(cè)量結(jié)果是否正確，精度能否符合工程標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而降低測(cè)量人員測(cè)量的錯(cuò)誤率，有效提高工程質(zhì)量精度，起到助推作用。 關(guān)鍵詞：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；水利工程；測(cè)量 中圖分類號(hào)：TV文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 一、前言 因地形水文及各種環(huán)境因素的影響，水利工程的形式繁多。實(shí)際的工程測(cè)量放線中，在工程開(kāi)始施工之前，工程控

2、制點(diǎn)得大地坐標(biāo)由建設(shè)單位提供應(yīng)工程施工單位，工程主要區(qū)域軸線上的大地坐標(biāo)由設(shè)計(jì)單位在施工圖紙上標(biāo)出。根據(jù)控制點(diǎn)的測(cè)放軸線上點(diǎn)位較為簡(jiǎn)單，但在測(cè)放出該軸線上的點(diǎn)位之后，然后再開(kāi)始細(xì)部測(cè)放，由此必須按照細(xì)部點(diǎn)與軸線上點(diǎn)的距離與方位角計(jì)算得出細(xì)部點(diǎn)的坐標(biāo)方可進(jìn)行測(cè)放，較為復(fù)雜。因此，根據(jù)建筑物軸線平行或者垂直與細(xì)部尺寸點(diǎn)的特征，在實(shí)際工作中利用工程軸線和大地坐標(biāo)系之間的關(guān)系，將大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成僅供測(cè)量、施工使用的施工坐標(biāo)系。由此一來(lái)，所有困難就都迎刃而解了。 二、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的幾種方法 經(jīng)典方法 在水利工程工程施工測(cè)量中使用得最廣泛，同時(shí)從數(shù)學(xué)的角度來(lái)說(shuō)也是最精密、最嚴(yán)格的轉(zhuǎn)換測(cè)量法，稱為經(jīng)典的三維赫爾

3、墨特轉(zhuǎn)換方法。 地方的局部坐標(biāo)系其原點(diǎn)對(duì)于WGS84系統(tǒng)的原點(diǎn)(地心的偏差，稱為地方局部坐標(biāo)系統(tǒng)相對(duì)于WGS84地心坐標(biāo)系統(tǒng)的三個(gè)平行移動(dòng)的參數(shù)。因地方局部坐標(biāo)系中的3個(gè)坐標(biāo)軸未能夠嚴(yán)格和WGS84地心坐標(biāo)系統(tǒng)得對(duì)應(yīng)軸到達(dá)平行，所以須要分別旋轉(zhuǎn)1個(gè)極小的角度值方可滿足平行的條件，進(jìn)而出現(xiàn)了3個(gè)所謂的定向Z。最后考慮到2個(gè)橢球的大小相互差異，存在于一個(gè)地方坐標(biāo)系相對(duì)于WGS84地心坐標(biāo)系統(tǒng)的尺度因子。按照上述方法建立起來(lái)的Y，X，參數(shù)，公共點(diǎn)的分布合理，不管區(qū)域的大小都能適用。 一步法 該轉(zhuǎn)換方法通過(guò)將點(diǎn)位與高程分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換. 在平面點(diǎn)位轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，應(yīng)先將WGS84地心坐標(biāo)投影到臨時(shí)的橫軸墨卡

4、托投影中, 然后通過(guò)旋轉(zhuǎn)、平移和尺度之間的變換使其與計(jì)算地真實(shí)投影相吻合.高程轉(zhuǎn)換那么采用簡(jiǎn)單的一維高程擬合.因采用該種方法進(jìn)行平面點(diǎn)位轉(zhuǎn)換, 所以不需要知道地方坐標(biāo)系統(tǒng)的地圖投影類型和參考橢球. 平面點(diǎn)位和高程的轉(zhuǎn)換是分開(kāi)進(jìn)行的, 因此高程誤差不會(huì)傳播給平面點(diǎn)位, 假設(shè)地方高程的資料不是很好或者根本沒(méi)有,你仍然可以僅對(duì)平面點(diǎn)位進(jìn)行轉(zhuǎn)換. 還有,高程點(diǎn)和平面點(diǎn)位點(diǎn)不必是同一個(gè)點(diǎn). 用這種方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換, 能夠在只有一個(gè)公共點(diǎn)的情況下進(jìn)行坐標(biāo)與高程的轉(zhuǎn)換. 分片平滑插值方法 分片平滑插值轉(zhuǎn)換方法是 經(jīng)典3D轉(zhuǎn)換法與插值轉(zhuǎn)換方法的互相結(jié)合. 高程與平面點(diǎn)位的轉(zhuǎn)換分別來(lái)處理. 前者運(yùn)用插值方法，而后者

5、運(yùn)用經(jīng)典的轉(zhuǎn)換技術(shù).對(duì)于該種方法, 應(yīng)該掌握至少4個(gè)點(diǎn)的格網(wǎng)坐標(biāo)與WGS84坐標(biāo). 只使用三個(gè)公共點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算也可以,而使用4個(gè)公共點(diǎn)可以進(jìn)行殘差計(jì)算. 另外需要地圖投影的類型, 使用的地方橢球以及地方坐標(biāo)和其參數(shù)都是基于地圖上的投影.由于這種方法使轉(zhuǎn)換分成兩個(gè)局部, 與插值方法一樣, 高程與平面點(diǎn)位分別獨(dú)立. 這就意味著用于平面點(diǎn)位轉(zhuǎn)換的點(diǎn)和高程轉(zhuǎn)換的可以不是同一個(gè)點(diǎn). 由于平面點(diǎn)位的轉(zhuǎn)換使用經(jīng)典3D轉(zhuǎn)換方法, 轉(zhuǎn)換區(qū)域比插值方法大. 適用區(qū)域的大小很大程度上受制于高程轉(zhuǎn)換精度.操作的步驟如下: 1.確定經(jīng)典的二維轉(zhuǎn)換參數(shù). 2.換算公共點(diǎn)重心. 3.地圖投影運(yùn)用于WGS84 點(diǎn). 4

6、.構(gòu)造高程插值模型. 5.推算地方橢球和WGS84之間的平移參數(shù). 在平坦的地區(qū)或者比擬平坦的地區(qū), 地方坐標(biāo)系統(tǒng)中可獲得的高程精度較好一些. 因此，建立一個(gè)精度較為良好的大范圍高程轉(zhuǎn)換模型并不困難. 其中包含地高程點(diǎn)越多,高程轉(zhuǎn)換也就更好.大地水準(zhǔn)面起伏可能比擬大的區(qū)域, 假設(shè)要求有良好的轉(zhuǎn)換高程，實(shí)施轉(zhuǎn)換的地區(qū)必須極大地縮小。請(qǐng)注意：大地水準(zhǔn)面的不規(guī)那么起伏對(duì)點(diǎn)位的轉(zhuǎn)換沒(méi)有任何影響. 插值法 將工程測(cè)量成果通過(guò)一種均勻、合理的彈性形變的方式，將其納入到地方格網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)之中. 地方系統(tǒng)的格網(wǎng)是以輸入的點(diǎn)位平面格網(wǎng)坐標(biāo)來(lái)定義的. 分別對(duì)在轉(zhuǎn)換中的高程平面點(diǎn)位作出處理. 也就說(shuō)明測(cè)量的平面點(diǎn)位

7、有可能不是高程的相同的點(diǎn),在地方高程中的偏差將不可能傳播到平面點(diǎn)位轉(zhuǎn)換局部.插值轉(zhuǎn)換方法在有些方面較為傳統(tǒng)的 3D 經(jīng)典轉(zhuǎn)換方法有利,如可以在沒(méi)有地方橢球資料或地圖投影的情況下推算轉(zhuǎn)換參數(shù). 另外, 平面點(diǎn)位以及高程的轉(zhuǎn)換是相互獨(dú)立的. 也就表示地方坐標(biāo)沒(méi)有必要涵蓋高程信息，高程信息也可以從不同的點(diǎn)中獲取。插值轉(zhuǎn)換方法趨向于將測(cè)量值扭曲，從而適合已有的地方格網(wǎng)測(cè)量值.既是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)又或是缺點(diǎn), 因?yàn)镚PS坐標(biāo)通常被發(fā)現(xiàn)好于已有的格網(wǎng)坐標(biāo)，也就是說(shuō)整體均勻性好.也就說(shuō)明當(dāng)使用這種方法的時(shí)候, GPS坐標(biāo)的精度也許略有些降低. 倘假設(shè)你希望將GPS觀測(cè)值納入已有的地方坐標(biāo)系統(tǒng),這將是優(yōu)先的選擇 三、

8、施工坐標(biāo)在各項(xiàng)水利工程中的應(yīng)用 施工坐標(biāo)已廣泛的應(yīng)用于各項(xiàng)水利工程中, 但應(yīng)該注意的是在不同得建筑物其施工坐標(biāo)系的相同控制點(diǎn)當(dāng)中有不一樣的施工坐標(biāo)時(shí), 應(yīng)該注意區(qū)別使用。大壩的施工過(guò)程中, 在建立施工坐標(biāo)系的時(shí)候, 施工坐標(biāo)軸以大壩的軸線為準(zhǔn), 施工坐標(biāo)的原點(diǎn)以壩軸線地起始點(diǎn)為準(zhǔn), 施工坐標(biāo)的方向依據(jù)壩軸線的方向?yàn)闇?zhǔn)。在進(jìn)行測(cè)放的時(shí)候,后視控制點(diǎn)以及測(cè)站控制點(diǎn)均輸入以該坐標(biāo)系進(jìn)行換算得施工坐標(biāo),且全站儀的測(cè)量顯示值Z、E、N來(lái)分別代表該點(diǎn)的距壩軸線的高程和距離、壩軸線的樁號(hào)。如此, 在測(cè)放的時(shí)候就極為方便了。 測(cè)放壩軸線時(shí), 僅固定住E 值為0, 移動(dòng)棱鏡變動(dòng)N 值就可以了; 而需要測(cè)放距離壩

9、軸線4 米的點(diǎn)僅確定E 值為4 就可以了。在考慮到壩面收坡時(shí), E 值隨著Z 值的改變而改變, 首先以所測(cè)Z 值按照設(shè)計(jì)邊坡計(jì)算出理論E值, 而后和所測(cè)的E 值相比, 左右變動(dòng)棱鏡來(lái)調(diào)整E 值, 將所測(cè)E 值和理論E 值相同, 就可以找到正確的收坡位置。此種方法是根據(jù)固定高程來(lái)調(diào)整距離的, 比擬適合應(yīng)用在控制壩體的填筑邊坡上; 與此相同，也可以根據(jù)全站儀所測(cè)的E 值, 并依據(jù)設(shè)計(jì)邊坡計(jì)算出的理論Z 值, 再和所測(cè)的Z 值相比, 上下進(jìn)行移動(dòng)棱鏡來(lái)調(diào)整Z 值,令理論Z 值和所測(cè)Z 值相同, 便可正確的找到收坡位置。該種方法比擬應(yīng)用于壩體之上的砌石的高程控制。當(dāng)明渠在施工過(guò)程中, 由于明渠拐點(diǎn)比擬

10、多, 要建立一個(gè)完整的施工坐標(biāo)系很有難度, 因此，可利用相鄰各個(gè)拐點(diǎn)分別進(jìn)行施工坐標(biāo)系的建立。在建立的時(shí)候, 用一個(gè)拐點(diǎn)J1作為坐標(biāo)的原點(diǎn),用明渠的前進(jìn)方向上所相鄰的拐點(diǎn)J2作為施工坐標(biāo)的方向來(lái)構(gòu)建施工坐標(biāo)系。在測(cè)放的時(shí)候, 其后視控制點(diǎn)以及測(cè)站控制點(diǎn)，均要輸入以該坐標(biāo)系計(jì)算得出的施工坐標(biāo),在測(cè)量各點(diǎn)的時(shí)候, 全站儀所顯示的N值，是所測(cè)點(diǎn)和J1 點(diǎn)之間的距離，該樁號(hào)可由J1 點(diǎn)的 樁號(hào)結(jié)合J1 和J2 的曲線的要素推算得出, E 值所在直線段上的距離為明渠中心線的距離,在測(cè)放時(shí),先要計(jì)算得出要測(cè)放斷面上的N值, 使前后調(diào)動(dòng)棱鏡來(lái)測(cè)定N 值, 然后定住N 值,接下來(lái)左右調(diào)動(dòng)棱鏡,以獲取所測(cè)樁號(hào)的橫斷面;使E 值定為0, 并調(diào)動(dòng)棱鏡可依次測(cè)得各點(diǎn)Z 值和N值, 進(jìn)而獲取所測(cè)區(qū)段的渠道縱斷面。在測(cè)放開(kāi)挖開(kāi)口時(shí),僅需按照?qǐng)D紙上的設(shè)計(jì)邊坡、高程與明渠寬度,用實(shí)測(cè)的Z 推算出理論的E 值,與實(shí)測(cè)E 值結(jié)合就能很容易地找到開(kāi)口。 四、結(jié)語(yǔ) 假設(shè)在測(cè)區(qū)以內(nèi)的高等級(jí)控制點(diǎn)作為測(cè)站點(diǎn), 使用全站儀開(kāi)始一次性的長(zhǎng)距離測(cè)設(shè)，來(lái)完成全部