矿业权核查中坐标转换方法.doc

矿业权实地核查中坐标转换方法摘要：全国矿业权实地核查中矿业权拐点坐标转换，主要是1954年北京坐标系到1980西安坐标系的转换，通过矿业权实地核查工作，找到最实用的坐标转换方法，为以后坐标转换提供一个参考。关键词：实地核查 坐标转换0 引言全国矿业权实地核查，是我国实行矿业权管理以来，进行的第一次系统实地核查工作，是加强矿业权科学管理、维护矿业权人合法权益、推进矿政管理政务公开、规范矿产资源勘查与开发秩序的一项重要举措。对于摸清我国矿产资源家底，夯实矿政管理的基础、履行监管职责、实施矿产资源法等，都有着非常重要的意义。它要求矿业权中坐标系统统一使用1980西安坐标系，1985国家高程基准。而以往在矿业权许可证的颁发过程中使用的坐标系统为1954年北京坐标系，这就涉及到1954年北京坐标系到1980西安坐标系的转换问题。1 54坐标系与80坐标系1.1 1954年北京坐标系新中国成立以后，我国大地测量进入了全面发展时期，再全国范围内开展了正规的，全面的大地测量和测图工作，迫切需要建立一个参心大地坐标系。由于当时的“一边倒”政治趋向，故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年坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。因此，1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。 椭球坐标参数：长半轴a=6378245m；短半轴=6354950m；扁率=1/273.8。自 P54建立以来，在该坐标系内进行了许多地区的局部平差，其成果得到了广泛的应用。但是随着测绘新理论、新技术的不断发展，人们发现该坐标系存在如下缺点： 1、 椭球参数有较大误差。克拉索夫斯基椭球差数与现代精确的椭球参数相比，长半轴约大109m。 2、 参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达+60m。这使得大比例尺地图反映地面的精度受到影响，同时也对观测量元素的归算提出了严格的要求。 3、 几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。我国在处理重力数据时采用赫尔默特19001909年正常重力公式，与这个公式相应的赫尔默特扁球不是旋转椭球，它与克拉索夫斯基椭球是不一致的，这给实际工作带来了麻烦。 4、 定向不明确。椭球短半轴的指向既不是国际是普遍采用的国际协议（原点）CIO（Conventional International Origin），也不是我国地极原点JYD1968.0；起始大地子午面也不是国际时间局BIH（Bureau International de I Heure）所定义的格林尼治平均天文台子午面，从而给坐标换算带来一些不便和误差。1.2 1980西安坐标系我国在1978年在西安召开了“全国天文大地网整体平差会议”，提出了建立属于我国自己的大地坐标系，即后来的1980西安坐标系。它也是一种参心坐标系，大地原点位于我国陕西省泾阳县永乐镇。采用的国际大地测量和地球物理联合会于1975年推荐的椭球参数，简称1975旋转椭球。它有四个基本参数：地球椭球长半径 a=6378140m地心引力常数 GM=3.9860051014 m3 / s2地球重力场二阶带谐系数 J2=1.0826310-8地球自转角速度 =7.29211510-5 rad / s80西安坐标系，相对与54北京坐标系而言：a、整合了国际坐标系参数标准； b、消除了54北京坐标系建立时的换算误差； c、进行了高斯平面整体平差修正量的工作； 80西安坐标系较好的反映了实际情况，对国民生产有着巨大的贡献。2 坐标转换函数模型2.1 空间直角坐标系的转换模型对于两个不同的空间直角坐标系O-XYZ 和O1-X1Y1Z1, 其坐标原点不一致, 即存在三个平移参数X0、Y0、Z0 , 它们表示O1-X1Y1Z1坐标系原点O1相对于O-XYZ坐标系原点O在三个坐标轴上的分量; 又当个坐标轴相互不平行时, 即存在三个旋转参数; 若两个坐标系的尺度不一致, 则还有一个尺度变化参数m , 为此, 可得两个坐标系坐标之间的关系式：即 （1）此函数模型叫做布尔莎模型，它有七个变换参数，也叫七参数模型。式(1) 中的变换参数, 一般利用公共点上的两套空间直角坐标系坐标值(X, Y, Z) i和(X1, Y1, Z1) i , 采用最小二乘法解得。对于七参数法, 最少需要三个公共点。2.2 平面直角坐标系之间的转换模型对于两个不同的平面直角坐标系O-XY和O1-X1Y1, 存在着四个转换参数, 即两个平移参数、一个旋转参数和一个尺度参数。其转换公式为: （2）根据公共点在两套坐标系下的坐标, 求得四个转换参数, 至少需要知道两个公共点的坐标, 然后根据最小二乘原理求得转换参数。求得转换参数后, 按(2) 实现两个坐标系之间的转换。3 54坐标系与80坐标系实用坐标转换方法由于此次矿业权核查中需要转换的拐点坐标只有平面坐标，没有高程，所以这里只讨论二维平面坐标转换。3.1 大地坐标转换就54与80系坐标转换而言, 一般用户获得的坐标为公共点在54坐标系或80坐标系下的高斯平面坐标。而矿业权核查中探矿权的拐点坐标为大地经纬度，这就需要先将大地经纬度转换为高斯平面坐标，然后利用此处的转换参数转换为80西安高斯平面坐标，最后转换为80西安的大地经纬度，转换参数由软件运用（2）式和矿业权周围的国家点（至少两个）求得。举例如下：某探矿权拐点坐标（1954北京坐标系）为：1、41.0130,110.3115, （此处41.0130为410130，下同）2、41.0130,110.3215,3、41.0100,110.3215,4、41.0100,110.3115,转换为高斯平面坐标为（中央子午线经度为111）：1、4543540.563839,459699.720457,2、4543533.002708,461101.473664,3、4542607.529891,461096.570383,4、4542615.090711,459694.640471,由软件利用矿区周围国家点求得转换参数及转换后的坐标：转换参数：平移 X0=-34.320 平移 Y0=-70.685 旋转角度（弧度） =-0.000000114535693 尺度 m=0.999997566758781转换后坐标（1980西安系）1、4543495.2405,459627.3961,2、4543487.6795,461029.1459,3、4542562.2089,461024.2427,4、4542569.7696,459622.3162,转换为大地经纬度为：1、41.01310523,110.31118685,（此处41.01310523为410131.0523，下同）2、41.01310528,110.32118696,3、41.01010523,110.32118700,4、41.01010519,110.31118689,3.2 直角坐标转换在矿业权核查中，采矿权的拐点坐标为直角坐标，可以直接利用软件转换并求得转换参数，例：某采矿权拐点坐标（1954年北京坐标系，中央子午线经度111）：1、4506800.00,373800.00,2、4506800.00,374750.00,3、4506580.00,374750.00,4、4506580.00,373800.00,转换为1980西安坐标系为：1、4506754.0318,373727.5307,2、4506754.0347,374677.5376,3、4506534.0330,374677.5383,4、4506534.0302,373727.5313,转换参数为：平移 X0=-80.134 平移 Y0=-61.905 旋转角度（弧度） =-0.000002952576336 尺度 m=1.000007336051911衡量此次转换过程精度的方法是在转换拐点的同时转换一个国家点，求得此国家点的80坐标，并与此点的实际80坐标作比较，求得差值，此次所转换的国家点54坐标为：X：4506275.340，Y：374996.490，转换后：X：4506229.372，Y：374924.031，实际80坐标值：X：4506229.38，Y：37374924.01，差值为：X：0.008，Y：-0.021，符合此次核查要求（X0.05, Y0.05）。3.3 公共点的选取在坐标转换过程中，公共点的选取非常关键，理论上讲用于计算参数的公共点越多, 分布均匀, 其解越可靠。但由于公共点分布一般都不会很均匀; 而且有些时候公共点不属于同级网, 即公共点的精度不一致, 这就会导致转换精度不高。因此实际转换时要对公共点进行分析和筛选。此外,公共点数也不是越多越好, 当点数增加到一定程度, 再继续增加公共点无助于转换参数解算精度的提高, 反而会增加不必要的工作量，因此小范围的坐标转换选3个就可以，另设1个检查转换精度。4 结论此次矿业权实地核查，矿业权范围比较小，属于局部坐标