哈尔滨农垦东源勘测设计有限公司
摘要：近些年，随着经济快速发展，全国各地大中型水利水电工程项目兴起，实施普遍涉及区域大、建设周期长.划分施工段多。基于此，本文通过平面控制测量网时坐标系统的建立,保证了建设期各工程施工段测量成果的一致性，避免了测量误差超出规定范围情况的发生。
关键词：水利工程；测绘；坐标系统；应用
引言：当测区平均高程在100m以下且测区横坐标平均值不大于40km时，或在偏离中央子午线不远且地面平均高程不大的地区，其长度投影综合变形值小于2.5cm/km时，可以满足GB50026-93《工程测量规范》工程放样的精度要求，不需考虑投影变形问题，可直接采用国家统一的高斯正形投影平面直角坐标系作为工程测量的坐标系。如何根据已有资料判断测区长度投影综合变形是否满足不大于2.5cm/km(相对变形不超过1/40000)的规范要求和长度，投影综合变形大于2.5cra/km时,研讨如何建立新的适应于该测区的坐标系统。
1.投影带和投影面的选择
1.1原理
水利工程测绘中常采用国家统一的高斯投影分带和计算。高斯-克吕格投影是一种等角横切椭圆柱投影，投影前后角度无变形，但长度和面积都有变形。为满足水利工程建设的需要，要求平面坐标点反算的边长与实地测量的边长尽量相等。《水利水电丁程测量规范》规定测区内投影长度变形值不大于5cm/km，以此作为平面坐标系统选择的依据。投影面和投影带的选择，可以有效解决长度变形问题。长度变形主要是由两种变形引起的，实测边长归算到参考椭球面的产生的变形和参考椭球面边长归算到高斯投影面产生的变形。
1.2实例分析
某县水库工程，坝址区中心位置P(24°45’46”，106°35’46”)，平均高程900m，测区位于中央经线为108。高斯投影3°分带区域，取投影边长为1000m，经过计算得A.Sl=-0.141m,As2=0.250m,综合变形量为As=0.109m,大于5cm/km,超过规范规定的限值，故不能采用国家统一3°投影分带。只能采用椭球面转换至高斯平面坐标系，经过计算得到：
(1)抵偿投影面的高斯正形投影。不改变中央子午线108°，根据公式计算得H=-700m，投影面高程为负值，不符合测量规范。
(2)任意带高斯正形投影。经过计算得到距离中央子午线的距离y,,,=107.087817km，转化后得到距离测区中央子午线距离为1°03'32"。故任意带投影位置为107°39'08"(右侧）和105°32'14〃（左侧)。根据测量要求，经过计算中央子午线为107°30'时(投影变形量为0.037m)或者中央子午线为105°30'时(投影变形量为0.009m)，都满足规范要求。
(3)具有高程抵偿面的任意带高斯正形投影平面直角坐标系。经过计算得到选择测区中央子午线106°30'，投影高程为900m时，变形量为0.001m,满足规范要求。
2.采用坐标信息系统的优势
坐标系统的选择是水利丁程勘测、设计、施工的测量数学基础和技术保障，应根据工程项目位置、范围、技术要求等因素综合进行投影变形量算。平面坐标系统应在满足投影边长变形不大于5cm/km的原则下，选择合适的投影面和投影带。通过大量的文献研究和实际数据计算证明，EGM2008模型精度较高，更接近水准测量成果。充分利用GPS定位技术和尽量少的水准测量成果，并利用合适的模型来建立高程转换，快速得到作业区域内高精度的控制点高程，可有效减少几何水准测量的丁作量及生产成本。另外，随着CGCS2000坐标系的使用，如何有效利用原有的测绘成果和测绘资料，建立新旧体系间的联系，是我们常遇到的问题。实际丁作中要视具体情况采用不同的参数模型进行转换，同时选择的合适的公共点位来提高转换的精度。测绘工作实际中要注意测绘软件的使用，南方CASS测量成图软件，COORD坐标转换软件都是测量中的常用软件，可以很好地解决坐标系统选择时的换带计算和坐标转换问题，为水利丁程测绘工作提供了方便。
3.坐标系统转换
3.1参数转换法
不同坐标系下的数据进行坐标转换，需要求出2种坐标系在测区内的坐标转换参数；利用坐标转换参数来解算点位在目标坐标系下的坐标值，常用坐标转换模型有：三维七参数模型，二维四参数模型。三维七参数模型计算时需要知道3个以上控制点在两个坐标系中的坐标，即：坐标转换需要7个转换参数。七参数格式是平移参数AJ、A7、AZ，单位为m;旋转参数Sx、SH、Sz，单位为弧度;尺度参数m。七参数模型适用范围较大，比如大型灌区项目，大型水库、水电项目，以及较长的线路丁程等。平面四参数模型，计算时需要知道两个以上控制点在两个坐标系中的坐标，即:坐标转换需要4个转换参数，四参数格式是平移参数X。、Yo;旋转参数尺度参数m，四参数模型适用范围较小,比如:小型水库，河流整治，以及饮水工程项目。坐标重合点必须同时具有两个坐标系的坐标成果。选取合适的重合点计算转换参数同时，计算坐标残差值，若某点坐标残差大于3倍中误差则剔除，重新选取重合点计算转换参数直到满足精度要求为止。工程实际中，公共点位情况比较复杂。应根据测量区域内公共点的分布情况均匀选取，公共点分布范围越广越均匀，所得转换精度越高，并根据实际情况适当增加公共点个数，单一的点数过多或者分布越离散都不能提高转换精度。
3.2严密三维平差法
当一个GPS控制网周围存在若干足够数量的具有目标坐标系统的控制点时，我们可以将这个GPS网与目标坐标系控制点联测，并将目标坐标系的控制点作为约束条件，在目标坐标系椭球参数下进行三维约束平差，平差结果将属于目标坐标系。两种方法各有优势：前者要求测区周围必须有足够数量的重合点，通过参数转换方法可以较容易实现，不足之处在于重合点在不同坐标系下的精度和获取成果的年代等复杂多样因素，如何从多种模型中选取合适的模型、不同的转换模型转换的难易程度也不同。后者不需要重合点，但测区周边必须具有目标坐标系的控制点，需要待转换网点使用GPS静态测量方法获得的，且需要利用基线向量网，必须与目标坐标系控制点联测。大型水利项目在建立控制网时一般都会联测多个国家控制点坐标，在进行坐标系转换时，可优先采用前者方法。小型水利项目建立控制网是由于利用的国家控制点较少，在进行坐标系转换时可选用后者方法。国家控制点在两个坐标系下的坐标成果，可以通过到当地测绘局购买较容易得到。
结语：总之，坐标系统的选择关系到水利工程设计、施工、营运、监测等各个阶段。水利工程测绘中关于坐标系统选择关系到投影变形改正、水准面模型选择、坐标系统相互转换、软件的使用等等，需要采取有效方法进行合理性选择，实现水利工程的安全精准测绘。
参考文献
[1]董立晨.探讨水利工程施工中测绘工作的有效开展[J].珠江水运，2014(23)
[2]裴喜安.水利水电工程测量坐标系的选择[J].江淮水利科技，2012(3)46-48.