杭来湾井田坐标系统的转换与总结

李治龙，张博龙，张 燚

（陕西有色榆林煤业有限公司，陕西 榆林 719000）

1 概况

杭来湾井田的地理坐标经度介于东经109°46′49″～109°56′27″，纬度介于北纬38°24′52″～38°32′08″。现有北京1954 坐标系采用3°带等角横切椭圆柱投影方式，矿井302 盘区西北部为位于37°带边缘区域，距离中央子午线111°较远，如果采用北京1954 坐标系统，将会产生非常大的长度变形，如果不提前采取措施和规避方案，在矿井巷道开拓和采煤工作面回采过程中将造成巨大损失。

陕西有色榆林煤业有限公司所属的杭来湾井田目前图纸、坐标数据均采用北京1954 坐标系，根据政府有关部门的要求，榆林市辖区内所有在建、生产矿井提供的季度交换图、矿界范围等资料均使用CGS2000 坐标系统。今后，在采矿许可证换证、盘区开拓设计、储量核实等涉及到坐标数据的资料，均要求采用CGS2000 坐标系统。

鉴于以上原因，为保证矿井安全生产和盘区接续工作的有序推进，开展了杭来湾井田坐标坐标系统和基本矿图的转换工作。

2 项目区域

陕西有色榆林煤业有限公司杭来湾煤矿设计产能800 万t/a，采用斜井开拓方式，地处距离榆林市东北部约24 km 处，井田东西走向长度为12 km，南北倾向长度7.7 km。煤层覆岩结构自下而上分别为延安组砂岩、风化基岩层、黄土层和松散砂层，地面为低缓的沙丘地形。主采3 号煤层，平均煤厚8.36 m，3 号煤层共分为4 个盘区，现采掘活动涉及区域为一、二盘区，一盘区埋深约260 m，平均煤厚9.13 m，二盘区埋深约240 m，平均煤厚7.46 m，其它盘区均无采掘活动。

3 坐标系统及转换方法

北京1954 坐标系为参心大地坐标系，以克拉索夫斯基椭球为定位基础，经局部平差后对坐标进行定位，存在椭球参数误差大、大地测量参考面不统一、定向不明确、坐标换算误差大等缺陷。

GCS2000 坐标系是全球地心坐标系，该坐标系应用了现代空间技术，具有点位控制准确度高、测绘坐标换算简单准确等优势，能够显著提高测绘精度和测绘工作效率。

坐标转换方法主要包括平面四参数转换法和布尔莎七参数转换法。其中平面四参数转换法具有计算简单、操作方便，尤其是在较小区域的坐标转换较为适用。杭来湾井田面积90.364 m2，采用平面四参数模型足够满足矿井生产活动，只进行矿井平面坐标转换，高程系统依然采用原有黄海1956 高程基准。

为保证转换精度，在坐标转换过程中选取多个重合点，采用COORD 软件实现了杭来湾井田北京1954 坐标与CGCS2000 批量互转。

4 COORD 软件及使用方法

COORD 是一款应用广泛的坐标转换软件，应用操作简单、使用方便，适合地质、水文、环境等行业简单应用。它通过转换模型建立原坐标和目标坐标的对应关系，是基于映射的函数模型，为实现模型的生成和坐标系统的转换，还需加入被选用的椭球物理参数和高斯三度带投影参数。

COORD 软件使用方法。新建项目，手动输入源坐标椭球参数、中央子午线111°和确定坐标系正北方向，然后将Y 坐标向东偏移500 km，确立测绘坐标系统基准。之后选择计算四参数，输入重合点点坐标，点击计算生成目标模型坐标转换参数。

5 杭来湾井田坐标转换实施步骤

5.1 重合点选择

重合点的选取应充分考虑其对转换参数精度的影响，必须顾及控制网局部系统性误差或形变误差、重合点数量以及网形结构等因素。由于控制点布测时期不尽相同，地球板块运动变化、自然条件变化或工程建设等原因会引起局部位移，如使用了含有局部变形的控制点作为重合点参与参数计算，会导致坐标转换精度降低。

根据杭来湾煤矿实际情况，挑选GPS03、GPS08、GPS09、GPS14、GPS18、GPS25、GPS175共7 个控制点作为转换参数重合点，选取另外的10 个控制点作为计算结果校验点，采用GPS 静态施测首级控制网，使控制计算点同时具有北京1954 和CGCS2000 坐标。

5.2 确定转换模型和计算方法

选用平面四参数转换模型，并利用COORD 软件作为辅助工具，分别输入7 个重合点的北京1954 和CGCS2000 进行坐标转换（如图1所示），计算出杭来湾井田坐标转换四参数。COORD 坐标转换软件计算得出杭来湾井田坐标转换四参数为：Dx=-93.398 396 m；Dy=-28.462 656 m；T=0.482 179 00″；K=1.000 012 239 036。

图1 北京1954 和CGCS2000 进行重合点坐标转换界面Fig.1 Coincidence point coordinate transformation interface between Beijing 1954 coordinate and CGCS2000 coordinate

5.3 转换参数精度评定

选取另外的10 个重合点作为计算结果校验点。通过计算转换参数的重合点的残差中误差对计算结果进行校验，结果见表1，17 个重合点的残差中误差均符合要求。

表1 杭来湾井田坐标转换精度统计Table 1 Accuracy statistics of coordinate transformation in Hanglaiwan mine field

6 基本矿图转换

南方CASS 软件是一款测绘工程专用制图软件，具有强大的图形处理能力，利用该软件对杭来湾煤矿8 种基本矿图进行图形转换。图形转换不同于坐标转换，基本矿图是由不同图层、不同要素组成的复杂面状图形，转换过程中不仅要考虑坐标的精度，还要考虑图形结构变形和方位角误差等。

6.1 转换过程

打开南方CASS 软件，选择需要转换的图形（采掘工程平面图），在坐标转换界面依次输入坐标转换7 个重合点（GPS03、GPS08、GPS09、GPS14、GPS18、GPS25、GPS175），如图2所示。点击计算转换参数，生产4 个转换参数。选择转换图形对话框，点击转换按钮，完成图形转换。

图2 CASS 软件坐标转换界面Fig.2 Coordinate transformation interface of CASS software

6.2 精度分析

在此次四参数的求解过程中，为了确定转换的数据的准确性，采用矿业权核查时的井田边界4 个拐点坐标进行检核，对矿井矿界拐点中的最长边用北京1954 与CGCS2000 坐标进行转换得出长度与方位角的差值。根据矿权边界，选择了12 个点6条边，通过分析2 个坐标系的方位角、平距差值，进行图形数据分析。

（1） 计算边长均较长，达到4 km 左右（为杭来湾煤矿30108 辅运顺槽、30201 辅运顺槽、中央胶运大巷、副斜井井筒长度），方位角精度统计和平距精度统计分别见表2、表3。这些计算结果说明方位角和长度的差值极小，同一条边在2 个坐标系中，方位角最大相差0.5″，平距最大相差0.015 m。

表2 方位角精度统计Table 2 Accuracy statistics of azimuth

表3 平距精度统计Table 3 Accuracy statistics of horizontal distance

（2） 目前杭来湾煤矿采掘工程平面图比例尺为1∶5 000，其他基本矿图比例尺均为1∶10 000。坐标系统转换引起的各种比例尺图中任意两点的长度（包括图廓长度） 和方位角变动均在制图精度允许范围以内，可忽略不计。可直接利用转换参数对原图纸进行转换并直接使用。

（3） 此次坐标转换是不同椭球基准之间的转换，残差值只能缩小，不能消除，此次转换四参数残差为0.010 729 333 129 107（1 cm），精度满足矿区地面及井下使用。

7 结语

综上所述，此次杭来湾井田坐标转换和图纸转换的精度非常高，能够满足矿山测量的精度要求。通过本次转换表明，重合点精度是影响着坐标转换精度的关键，通过优选重合点，利用坐标转换四参数模型及COORD、南方CASS 软件，能够实现煤矿井田坐标系统和基本矿图的高精度互转。