淺析礦產(chǎn)資源勘查中坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇應(yīng)用

紀(jì)名奪，許麗云，姚海龍

(中國冶金地質(zhì)總局地球物理勘查院，河北保定071051)

一、引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源在國民建設(shè)中起到了非常重要的作用，礦產(chǎn)資源由表層礦產(chǎn)資源勘查向深部礦產(chǎn)勘查發(fā)展，相對過去復(fù)雜了很多。測繪技術(shù)作為找礦的主要輔助手段也在突飛猛進(jìn)地發(fā)展，儀器也由傳統(tǒng)的測量儀器向GPS發(fā)展。GPS的廣泛應(yīng)用，為礦產(chǎn)資源勘查提供了便捷、準(zhǔn)確的測量定位方法。

二、全球定位系統(tǒng)

1973年12月，美國國防部批準(zhǔn)陸、海、空三軍聯(lián)合研制衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng):NAVSTAR/GPS(navigation satellite timing and ranging/global positiong system)。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時性的導(dǎo)航、定位和定時的功能。GPS首先以軍事目的研制發(fā)展，現(xiàn)在基本全面向民間開放。繼美國之后，俄羅斯的GLONASS、歐盟的伽利略定位系統(tǒng)也開始投入民用，我國也在緊鑼密鼓地研制北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，并在部分領(lǐng)域開始運(yùn)營。

三、坐標(biāo)系統(tǒng)

1.1954北京坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系

20世紀(jì)50年代，在我國天文大地網(wǎng)建立初期，鑒于當(dāng)時的歷史條件，采用了克拉索夫斯基橢球元素(a=6 378 245 m，α =1/298.3)，并與前蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)測，通過計算建立了我國大地坐標(biāo)系，定名為1954北京坐標(biāo)系。

隨著我國建設(shè)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)1954北京坐標(biāo)系與我國的大地水準(zhǔn)面有些不適用，為了進(jìn)行全國天文大地網(wǎng)整體平差，采用了新的橢球元素進(jìn)行了定位和定向，1978年以后，建立了1980國家大地坐標(biāo)系。

1980國家大地坐標(biāo)系的大地原點(diǎn)設(shè)在我國陜西省徑陽縣永樂鎮(zhèn)。該坐標(biāo)系是參心坐標(biāo)系，橢球短軸Z軸平行于由地球地心指向1968.0地極原點(diǎn)(JYD)的方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文臺子午面，X軸在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度零方向;Y軸與Z，X軸成右手坐標(biāo)系。

4個基本常數(shù)是:

2.WGS-84大地坐標(biāo)系

WGS-84大地坐標(biāo)系的幾何定義是:原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸指向BIH 1984.0定義協(xié)議地球極(CTP)方向，X軸指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸與Z，X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。對應(yīng)WGS-84大地坐標(biāo)系有WGS-84橢球。

4個基本常數(shù)為:

3.2000國家大地坐標(biāo)系

2000國家大地坐標(biāo)系是全球地心坐標(biāo)系在我國的具體體現(xiàn)，其原點(diǎn)為包括海洋和大氣的整個地球的質(zhì)量中心。2000國家大地坐標(biāo)系采用的地球橢球參數(shù)如下:

四、坐標(biāo)系統(tǒng)在礦產(chǎn)資源勘查工程中的應(yīng)用比較

國家坐標(biāo)系是一個系統(tǒng)、連貫的坐標(biāo)系統(tǒng)，新中國成立后，我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是在1954北京坐標(biāo)系基礎(chǔ)上開展的，其中就包括資源勘查。雖然在1978年我國建立了1980國家大地坐標(biāo)系，但是工程建設(shè)采用1954北京坐標(biāo)系的還是比較普遍。

現(xiàn)代礦產(chǎn)勘查形式多種多樣，比較傳統(tǒng)是在國家資源大普查的基礎(chǔ)上找礦的，大普查進(jìn)行的地質(zhì)填圖和圈定的異常區(qū)等工作基本上也是在1954北京坐標(biāo)系上的進(jìn)行的，后續(xù)工作只能在此基礎(chǔ)上開展，這樣才能更好地銜接，并準(zhǔn)確定位礦產(chǎn)資源異常范圍。

在礦產(chǎn)資源勘查階段礦區(qū)范圍內(nèi)測量工作分為兩種情況:

1.測區(qū)內(nèi)有國家控制點(diǎn)

測區(qū)內(nèi)有國家控制點(diǎn)，測量工作可以采用國家坐標(biāo)系，這樣的好處是可以為礦產(chǎn)資源勘查從初級階段找礦到礦產(chǎn)的開采提供統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，減少誤差的出現(xiàn)。對于在遙感圖片上圈定異常區(qū)的方式，遙感圖片也必須轉(zhuǎn)化到國家坐標(biāo)系統(tǒng)上來，這樣才能準(zhǔn)確地將異常區(qū)確定到實(shí)際位置。

2.測區(qū)內(nèi)沒有國家控制點(diǎn)

對于測區(qū)內(nèi)沒有控制點(diǎn)的礦區(qū)，雖然測量工作可以從測區(qū)外向測區(qū)內(nèi)通過控制測量把控制點(diǎn)引到測區(qū)，這樣做雖然能夠建立與國家的坐標(biāo)系相一致的坐標(biāo)系統(tǒng)，但這樣會浪費(fèi)大量的人力和物力，不利于成本的節(jié)約原則，因此可以在礦區(qū)建立相對獨(dú)立的坐標(biāo)系。

相對獨(dú)立坐標(biāo)系的建立應(yīng)具體情況具體分析:①對于在已有資料上進(jìn)行礦產(chǎn)資源勘查的情況，獨(dú)立坐標(biāo)系的建立應(yīng)盡量與已有資料的坐標(biāo)系保持一致，這樣異常區(qū)的圈定就不會出現(xiàn)同一異常區(qū)有不同坐標(biāo)的情況;②通過遙感圈定異常區(qū)的礦區(qū)，對于相對坐標(biāo)系的建立要保持與遙感圖片的坐標(biāo)系一致，同樣是為了使遙感圖片異常區(qū)的圈定在實(shí)地位置不會出現(xiàn)偏差;③對于測區(qū)內(nèi)沒有任何資料，一切工作從頭開始的情況，相對坐標(biāo)系的建立比較靈活，可以任意建立，但是坐標(biāo)系的坐標(biāo)北方向與地理北方向盡量保持一致，這樣能接近真實(shí)地理方向。

現(xiàn)代礦產(chǎn)資源勘查無論是采用國家坐標(biāo)系統(tǒng)還是獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，測量定位儀器基本上都采用了手持GPS或RTK測量模式，然而GPS單點(diǎn)定位的坐標(biāo)及相對定位中的基線向量屬于WGS-84大地坐標(biāo)系，因?yàn)镚PS衛(wèi)星星歷是以WGS-84坐標(biāo)系為根據(jù)而建立的，要使用當(dāng)?shù)貒易鴺?biāo)系或其他獨(dú)立坐標(biāo)系，必須進(jìn)行WGS-84坐標(biāo)系與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的參數(shù)轉(zhuǎn)換，才能進(jìn)行后續(xù)的測量工作。

對于獨(dú)立坐標(biāo)系的建立，盡量采用WGS-84橢球，因?yàn)檫@樣不需要進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換，同時由于使用的是WGS-84坐標(biāo)系，這使得點(diǎn)位后續(xù)工作向國家統(tǒng)一坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換更容易，不需要反復(fù)轉(zhuǎn)換，從而減少工作量及轉(zhuǎn)換過程誤差，提高經(jīng)濟(jì)效益。

五、工程實(shí)例

某地區(qū)采用獨(dú)立坐標(biāo)系進(jìn)行礦產(chǎn)資源勘查，收集到地質(zhì)資料為遙感圖片確定的異常區(qū)，遙感圖片的坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS-84坐標(biāo)系下的UTM投影，為了統(tǒng)一，本工區(qū)坐標(biāo)系選擇的是WGS-84下的UTM投影直角坐標(biāo)系。根據(jù)物探線繪制的三維地形圖如圖1所示。

圖1 某礦區(qū)根據(jù)物探線繪制的三維地形圖

根據(jù)物探數(shù)據(jù)繪制的反演圖件如圖2所示。

圖2 地質(zhì)綜合圖件

圖1是礦區(qū)內(nèi)物探線的地形線，并根據(jù)各條地形線的坐標(biāo)繪制的三維地形圖，為礦區(qū)勘查提供地形參考。圖2為根據(jù)物探數(shù)據(jù)繪制的反演圖件，底色為物探等值線圖，線條為各條物探線的位置。根據(jù)地質(zhì)工作和其他工作確定的幾個異常區(qū)，根據(jù)異常區(qū)的UTM坐標(biāo)放到實(shí)際位置進(jìn)行鉆探工作，各個鉆孔都取得了很好的效果，說明坐標(biāo)系的選擇比較合適，各工作采用了統(tǒng)一坐標(biāo)系從而為異常區(qū)的實(shí)際定位減小了誤差。

六、結(jié)束語

以上的敘述是建立在礦產(chǎn)資源勘查找礦初級階段，建議用戶在礦區(qū)內(nèi)進(jìn)行勘查時測量坐標(biāo)系的選擇應(yīng)具體情況具體對待，保證圖上圈定異常區(qū)確定的坐標(biāo)放到實(shí)際位置不出現(xiàn)錯誤的情況下減少投資浪費(fèi)，但在礦產(chǎn)開采階段必須與國家的統(tǒng)一坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)測，特別是周圍有其他礦區(qū)同時在開采時，這樣才能更好地保證本礦區(qū)不越界，同時保護(hù)了自己的經(jīng)濟(jì)利益。

［1］李青岳，陳永奇.工程測量學(xué)［M］.北京:測繪出版社，1995.

［2］徐紹栓.GPS測量原理及應(yīng)用［M］.修訂版.武漢:武漢大學(xué)出版社，2003.

［3］孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測量學(xué)基礎(chǔ)［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2006.