淺談國際工程項(xiàng)目的測(cè)量基準(zhǔn)和坐標(biāo)系統(tǒng)

魏 磊

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

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淺談國際工程項(xiàng)目的測(cè)量基準(zhǔn)和坐標(biāo)系統(tǒng)

魏 磊

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

在不同國家從事工程測(cè)量工作，當(dāng)?shù)氐臏y(cè)量基準(zhǔn)和坐標(biāo)系統(tǒng)常常困惑著參建的測(cè)量技術(shù)人員。如何能盡快地熟悉國際工程項(xiàng)目當(dāng)?shù)氐臏y(cè)量基準(zhǔn)和坐標(biāo)系統(tǒng)并解決由此帶來的測(cè)量工作的疑惑是一個(gè)日益突出的問題。結(jié)合幾個(gè)國際工程項(xiàng)目測(cè)量工作的實(shí)踐，介紹了不同國別國際工程項(xiàng)目的測(cè)量基準(zhǔn)和坐標(biāo)系統(tǒng)，可供開展國際工程項(xiàng)目測(cè)量工作的技術(shù)人員參考。

國際工程項(xiàng)目；測(cè)量基準(zhǔn)；坐標(biāo)系統(tǒng)

1 概 述

施工測(cè)量通常包括控制測(cè)量和工程細(xì)部測(cè)量兩個(gè)部分，而控制測(cè)量最主要的是測(cè)量基準(zhǔn)。工程測(cè)量基準(zhǔn)包括基準(zhǔn)點(diǎn)、參考橢球體及參數(shù)、初始子午線、地圖投影和平面坐標(biāo)系統(tǒng)。地球表面上的點(diǎn)位在不同的基準(zhǔn)面會(huì)有不同的點(diǎn)位坐標(biāo)值，其差值為幾百米、甚至達(dá)到幾千米。

施工測(cè)量工作是整個(gè)工程項(xiàng)目實(shí)施的先鋒和眼睛，自工程項(xiàng)目中標(biāo)后一直貫穿并服務(wù)于項(xiàng)目結(jié)束。眾所周知的54北京坐標(biāo)系、80西安坐標(biāo)系或2000測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)其適用范圍只限于我國境內(nèi)。在國際工程項(xiàng)目中，由于各國采用的工程測(cè)量基準(zhǔn)不一，參考橢球體及參數(shù)、初始子午線、地圖投影和平面坐標(biāo)系統(tǒng)等與國內(nèi)系統(tǒng)差別較大。故在國際工程項(xiàng)目中標(biāo)后，應(yīng)及時(shí)安排測(cè)量技術(shù)人員進(jìn)場(chǎng)，與業(yè)主/工程師聯(lián)系，首先取得工程項(xiàng)目所在地相關(guān)的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)、基準(zhǔn)控制點(diǎn)和項(xiàng)目投影高程等基礎(chǔ)資料，以便準(zhǔn)確開展相關(guān)的工程測(cè)量工作，避免因坐標(biāo)系統(tǒng)使用錯(cuò)誤而造成全局性的工程構(gòu)筑物位置錯(cuò)誤。筆者對(duì)全球統(tǒng)一測(cè)量基準(zhǔn)、國內(nèi)坐標(biāo)系統(tǒng)的變遷以及與不同的國際坐標(biāo)系統(tǒng)的差異進(jìn)行了淺析并予以介紹，以增強(qiáng)大家對(duì)不同國別坐標(biāo)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)在國際項(xiàng)目中正確運(yùn)用各種不同的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)。

2 國際上目前統(tǒng)一采用的WGS-84全球坐標(biāo)系

WGS-84坐標(biāo)系(WorldGeodeticSystem一1984CoordinateSystem)是目前國際上采用的全球地心坐標(biāo)系。坐標(biāo)原點(diǎn)為地球質(zhì)心，其地心空間直角坐標(biāo)系的Z軸指向BIH(國際時(shí)間服務(wù)機(jī)構(gòu))1984.O定義的協(xié)議地球極(CTP)方向，X軸指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸與Z軸、X軸垂直構(gòu)成右手坐標(biāo)系，稱為1984年世界大地坐標(biāo)系統(tǒng)。建立WGS-84世界大地坐標(biāo)系的一個(gè)重要目的是在全球建立一個(gè)統(tǒng)一的地心坐標(biāo)系。

WGS-84地心坐標(biāo)系采用的橢球是國際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第17屆大會(huì)大地測(cè)量常數(shù)推薦值，其四個(gè)基本參數(shù)分別為：

長半徑a=6 378 137±2(m)；

地球引力和地球質(zhì)量的乘積GM=3 986 005×108m3s-2±0.6×108m3s-2；

地球自轉(zhuǎn)角速度ω=7 292 115×10-11rads-1±0.15×10-11rads-1；

扁率f=0.003 352 810 664。

WGS-84地心坐標(biāo)系可以與全世界各國目前使用的各種參心坐標(biāo)系進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，其方法之一：在測(cè)區(qū)內(nèi)，利用至少3個(gè)以上公共點(diǎn)的兩套坐標(biāo)列出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方程，采用最小二乘原理解算出7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)即可得到轉(zhuǎn)換方程。其中7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)是指3個(gè)平移參數(shù)、3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和1個(gè)尺度參數(shù)。

按理說，WGS-84地心坐標(biāo)系的坐標(biāo)值具有全球地理位置唯一性，適用于全球任何地方的工程項(xiàng)目測(cè)量，其它測(cè)量坐標(biāo)系均應(yīng)轉(zhuǎn)換成WGS-84地心坐標(biāo)系，以實(shí)現(xiàn)全球測(cè)量地理信息和數(shù)據(jù)資源的共享。但實(shí)際上，由于各國的發(fā)展水平不一，不同國家對(duì)測(cè)量坐標(biāo)系與本國符合情況、精度適用情況的要求不一；各國由于各自歷史發(fā)展的原因，已經(jīng)形成了大量的、本國獨(dú)有的測(cè)量坐標(biāo)體系及測(cè)量成果資源；不同國家為了本國國家地理信息和軍事上的安全考慮，也不一定采用WGS-84地心坐標(biāo)系。綜上所述，目前不同的國家很難在短時(shí)間內(nèi)采用統(tǒng)一的WGS-84地心坐標(biāo)系。筆者以我國測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)的發(fā)展為例進(jìn)行以下說明。

3 我國國內(nèi)測(cè)量基準(zhǔn)發(fā)展概況

根據(jù)《中華人民共和國測(cè)繪法》，目前我國使用的是自2008年7月1日起啟用的2000國家大地坐標(biāo)系。國家測(cè)繪局在公告中提供了新坐標(biāo)系的技術(shù)參數(shù)，并在公告中要求2008年7月1日后新生產(chǎn)的各類測(cè)繪成果應(yīng)采用2000國家大地坐標(biāo)系?，F(xiàn)有大地坐標(biāo)系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)在8～10a的過渡期內(nèi)應(yīng)逐步轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系。

2000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(gè)地球的質(zhì)量中心。2000坐標(biāo)系采用的地球橢球參數(shù)如下：

長半軸a=6 378 137m；

扁率f=1/298.257 222 101；

地心引力常數(shù)GM=3.986 004 418×1014m3s-2；

自轉(zhuǎn)角速度ω=7.292 115×10-5rads-1。

在此之前，我國還于20世紀(jì)50年代和80年代分別建立了1954年北京坐標(biāo)系(簡(jiǎn)稱“54坐標(biāo)系”)和1980西安坐標(biāo)系(簡(jiǎn)稱“80坐標(biāo)系”)。限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，我國大地坐標(biāo)系基本上是依賴于傳統(tǒng)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的?！?4坐標(biāo)系”采用的是克拉索夫斯基橢球體，而該橢球在計(jì)算和定位的過程中沒有采用中國的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)在我國范圍內(nèi)符合得不好，不能滿足高精度定位以及地球科學(xué)、空間科學(xué)和戰(zhàn)略武器發(fā)展的需要。20世紀(jì)80年代，我國大地測(cè)量工作者經(jīng)過20多年的艱苦努力，完成了全國一、二等天文大地網(wǎng)的布測(cè)。經(jīng)過整體平差，采用1975年IUGG第十六屆大會(huì)推薦的參考橢球參數(shù)建立了我國“80坐標(biāo)系”。但其成果受技術(shù)條件制約，精度偏低，無法滿足現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的要求。

從我國目前測(cè)量成果資料的現(xiàn)狀看存在以下特點(diǎn)：

(1)從時(shí)間上看：“54北京坐標(biāo)系”、80西安坐標(biāo)系、2000測(cè)量坐標(biāo)系和WGS-84坐標(biāo)系混合使用的情況比較多。80西安坐標(biāo)系出現(xiàn)之前，大量的54北京坐標(biāo)系數(shù)據(jù)資料目前依然在使用中；中國改革開放以來的大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大量使用的是80西安坐標(biāo)系；在2008年以后的新開工項(xiàng)目中，2000測(cè)量坐標(biāo)系和WGS-84坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)資料得到大量使用。因此，不同時(shí)間段的坐標(biāo)并存于工程建設(shè)中。

(2)從空間上看：在同一個(gè)地域、不同部門分管的測(cè)繪活動(dòng)中數(shù)據(jù)資料混用的情況也很多。比如目前全國鐵路建設(shè)工程中大量使用WGS-84坐標(biāo)系，但在鐵路建設(shè)的征地、附屬結(jié)構(gòu)等方面又在使用54北京坐標(biāo)或80西安坐標(biāo)；在全國國土部門歸檔的坐標(biāo)資料中也存在大量的54北京坐標(biāo)或80西安坐標(biāo)并存的情況。

4 不同國家測(cè)量基準(zhǔn)和坐標(biāo)系統(tǒng)情況

筆者簡(jiǎn)述了我國目前測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)的情況，這種情況不僅在我國存在，在世界各國的不同建設(shè)時(shí)期也出現(xiàn)了大量的類似情況?，F(xiàn)在，不同國家的大地測(cè)量技術(shù)和成果都在不斷的發(fā)展更新，每個(gè)國家發(fā)展到一定程度，對(duì)其測(cè)量精度和全國測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性就會(huì)有更高的要求，在不同歷史時(shí)期，以適應(yīng)本國發(fā)展需要為前提，各國都希望找到最適合本國的大地測(cè)量和工程測(cè)量的基準(zhǔn)面。目前全球使用的測(cè)量基準(zhǔn)面多達(dá)100多種，如果加上不同國家在不同時(shí)期曾經(jīng)使用過的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)，數(shù)量還將更多。

通過筆者經(jīng)歷過的三個(gè)國際工程項(xiàng)目，簡(jiǎn)要介紹了工程所在國使用的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)和測(cè)量理論。

4.1 馬來西亞項(xiàng)目的測(cè)量坐標(biāo)系

筆者有幸參加了馬來西亞克拉隆取水項(xiàng)目和巴貢水電站建設(shè)，以上兩個(gè)項(xiàng)目均位于東馬來西亞。東馬來西亞測(cè)量基準(zhǔn)采用的是Timbalai1948坐標(biāo)系統(tǒng)，大地坐標(biāo)原點(diǎn)位于沙巴州的Timbalai島上，參考橢球體為Everest1830(1967年定義)，其參考橢球體參數(shù)為：

長半軸a=6 377 298.556 000m，扁率f =1/300.801 7。

投影理論采用的是BorneoRSO投影，即婆羅洲矯正傾斜正形投影，也稱Hotline斜軸墨卡托投影，其投影中心為北緯4°，東經(jīng)115°，投影初始線方位角為53°18′56.953 7″，初始線的投影比例因子為0.999 84。

東馬來西亞的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)主要用于工程項(xiàng)目建設(shè)以及土地測(cè)量等。高程系統(tǒng)采用的是州土地與測(cè)量部提供的參考高程系。

東馬來西亞高程系統(tǒng)與整個(gè)馬來西亞大地水準(zhǔn)原點(diǎn)(由全馬各驗(yàn)潮站統(tǒng)計(jì)所得)的高程差為1.97m。由此可以看出：馬來西亞本國內(nèi)在不同區(qū)域所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)也是不一致的。

4.2 蘇丹測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)

筆者參加過的蘇丹上阿特巴拉水利樞紐工程項(xiàng)目測(cè)量基準(zhǔn)平面采用的是Adindan坐標(biāo)系統(tǒng)，參考橢球體為Clarke1880，其參數(shù)為：

長半軸a=6 378 249.145 000m，扁率f =1/293.465。

投影理論采用的是通用橫軸墨卡托投影(UTM)。上阿特巴拉工程項(xiàng)目位于全球UTM投影帶的36P區(qū)域內(nèi)，與全球WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)相比，雖然均為UTM投影，但由于所參考的橢球體的參數(shù)和定位信息不同，投影后的平面坐標(biāo)值是不一樣的，北坐標(biāo)相差208m，東坐標(biāo)相差78m。高程系統(tǒng)采用的是基于地中海沿岸(尼羅河入?？?驗(yàn)潮站推算而得的Alexandria高程系統(tǒng)，主要用于整個(gè)尼羅河流域的高程控制。

由以上三個(gè)不同國家的工程實(shí)例可以看出：在不同的國家，其所使用的測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)也是不一樣的。中國、馬來西亞和蘇丹坐標(biāo)系均不相同；同時(shí)，在同一個(gè)國家、不同的地方，其坐標(biāo)系統(tǒng)也是不一樣的，如馬來西亞的東馬和全馬來西亞的坐標(biāo)系就存在差異。

5 國際工程項(xiàng)目測(cè)量基準(zhǔn)和坐標(biāo)系統(tǒng)使用的注意事項(xiàng)

目前，國際工程項(xiàng)目業(yè)主都希望擬建的工程項(xiàng)目盡可能快地完建，以發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，所以，業(yè)主會(huì)極力壓縮業(yè)主/承包商的施工準(zhǔn)備期并催促承包商現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度。其中對(duì)于用于施工測(cè)量的控制網(wǎng)，業(yè)主通常將指令承包商執(zhí)行，而中國走向國際工程市場(chǎng)必然將面臨不同國家、不同的測(cè)量基準(zhǔn)和坐標(biāo)系統(tǒng)。在參與國際工程建設(shè)的過程中，測(cè)量技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確地了解當(dāng)?shù)氐臏y(cè)量基準(zhǔn)和坐標(biāo)系統(tǒng)，同時(shí)，在使用測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)的過程中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題：

(1) 目前，國內(nèi)對(duì)于不同國別具體的測(cè)量基準(zhǔn)和坐標(biāo)系統(tǒng)方面的介紹資料很少，但可以通過一些所在國的文獻(xiàn)資料和網(wǎng)站資源了解，這就要求我們的測(cè)量技術(shù)人員必須具備一定的專業(yè)英語知識(shí)，以便能盡快地了解和掌握國際工程所在國的測(cè)量基準(zhǔn)和坐標(biāo)系統(tǒng)，以利于后續(xù)測(cè)量工作的順利開展。

(2)在收集相關(guān)坐標(biāo)系統(tǒng)資料時(shí)，應(yīng)注意所在國是否有多個(gè)測(cè)量基準(zhǔn)和坐標(biāo)系統(tǒng)共存？當(dāng)前項(xiàng)目所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)是哪一個(gè)？是否存在多個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)混用的情況？如果有此類情況，其分別用于哪些項(xiàng)目、哪些部位？

(3) 在所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)被確認(rèn)后，一定要根據(jù)所在工程坐標(biāo)系統(tǒng)對(duì)業(yè)主交付使用的控制點(diǎn)進(jìn)行檢查校核，一方面可以避免坐標(biāo)系交付時(shí)意外出現(xiàn)的系統(tǒng)性錯(cuò)誤；另一方面可以根據(jù)業(yè)主提供的資料驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制點(diǎn)位的準(zhǔn)確性。

(4)由于在所有工程建設(shè)項(xiàng)目中，不同項(xiàng)目的工程投影面高程和國家坐標(biāo)系統(tǒng)的投影面高程是不一樣的，因此，在坐標(biāo)系統(tǒng)的使用過程中，一定要注意高程投影面的改正，避免測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差，尤其是對(duì)于一些有高精度要求的長邊改正尤為必要。

(5)由于不同國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不一樣，從而造成其對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)和坐標(biāo)系統(tǒng)的重視程度差別很大。在有些國家或地區(qū)，業(yè)主提供的起算點(diǎn)控制坐標(biāo)之間可能會(huì)存在相當(dāng)大的誤差，相對(duì)精度較低。如果出現(xiàn)這種情況，應(yīng)在反復(fù)查驗(yàn)確認(rèn)坐標(biāo)系統(tǒng)無誤的情況下及時(shí)與業(yè)主溝通，尋求解決的辦法；或在起算點(diǎn)較多的情況下適當(dāng)取舍，采用較有利的點(diǎn)建立施工控制網(wǎng)。

6 結(jié) 語

如果承包商的測(cè)量人員熟知了國際工程項(xiàng)目當(dāng)?shù)氐臏y(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)和測(cè)量理論，將會(huì)大大減少施工測(cè)量控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)、建造和觀測(cè)的周期，為承包商履約爭(zhēng)取到較多的時(shí)間和空間，并且對(duì)分析、控制和減少測(cè)量誤差對(duì)工程項(xiàng)目施工的影響也具有重大的意義。筆者希望通過以上內(nèi)容的介紹，能對(duì)從事國際工程的測(cè)量技術(shù)人員提供一些參考，以便在國際項(xiàng)目的開始階段能盡快熟悉和掌握國際工程項(xiàng)目所涉及到的當(dāng)?shù)販y(cè)量理論和坐標(biāo)系統(tǒng)知識(shí)，及時(shí)準(zhǔn)確地提供工程項(xiàng)目所需的、合格的測(cè)量成果，確保工程項(xiàng)目有序?qū)嵤?，少走不必要的彎路?/p>

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-10-28

TV7；TV

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1001-2184(2016)06-0052-03

魏 磊(1974-)，男，四川江油人，副隊(duì)長，工程師，從事水利水電工程施工測(cè)量技術(shù)與管理工作.