露天礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)建立

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1、http://www.paper.edu.cn露天礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)的建立員鴻燕宋海萍郭嬌嬌太原理工大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)系,山西太原（030024）E-mail：yhy_2088@sina.com摘要：在露天礦區(qū)實(shí)際的工程應(yīng)用中，實(shí)測(cè)距離與圖上距離往往差異較大，如何建立一個(gè)適合當(dāng)?shù)氐莫?dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)一直是與礦區(qū)安全生產(chǎn)密切相關(guān)的問(wèn)題。本文從長(zhǎng)度變形入手，對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行分析和研究，對(duì)比了多種投影高度和中央子午線的組合方案，確定了一組最優(yōu)組合，建立了一個(gè)統(tǒng)一、先進(jìn)、適合礦區(qū)發(fā)展的礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：露天礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)長(zhǎng)度變形中圖分類號(hào)：P2261.引言我國(guó)測(cè)繪行業(yè)采用的坐標(biāo)系統(tǒng)主要有1

2、954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系和2000國(guó)家大地坐標(biāo)系[1]。其中54系是從前蘇聯(lián)引測(cè)傳算得到，到目前山西某礦區(qū)向國(guó)家上報(bào)資料和礦區(qū)整體規(guī)劃時(shí)所使用的仍然是該坐標(biāo)系統(tǒng)。80坐標(biāo)系是我國(guó)經(jīng)過(guò)天文大地網(wǎng)平差后建立的國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)。為適應(yīng)新世紀(jì)的發(fā)展和建設(shè)的需要國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)自2008年7月1日啟用我國(guó)的地心坐標(biāo)系——2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。由于該礦區(qū)所在的經(jīng)度大約為112°10′-112°34′,當(dāng)直接使用3°帶國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)時(shí)，正好跨第37和38帶。且由于位于投影帶邊緣會(huì)產(chǎn)生較大的變形，為了滿足礦區(qū)的生產(chǎn)應(yīng)用，需要建立適合本區(qū)情況的平面和高程坐標(biāo)系。本文以長(zhǎng)度投影變形為依據(jù)，選擇和對(duì)

3、比多種投影高度和中央子午線的組合方案，建立了一個(gè)符合國(guó)家規(guī)范要求并與該礦區(qū)生產(chǎn)發(fā)展相適應(yīng)、統(tǒng)一、先進(jìn)的礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)。2.礦區(qū)概況該露天煤礦區(qū)位于山西省北部，地理范圍為：東經(jīng)112°10′～113°30′，北緯39°23′～39°37′，礦區(qū)東、西、北部三面均以煤層露頭線為界，南以擔(dān)水溝斷層為界，南北長(zhǎng)21km，東西寬22km，面積380km2。區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)位于北部的石峰，海拔高度1537.99m，最低點(diǎn)位于本區(qū)南部薛高登村正西的馬關(guān)河，海拔高度1213.8m，最大相對(duì)高差324.19m。露天采礦一方面是剝離礦藏上的巖石、土壤，形成對(duì)原地貌的挖掘過(guò)程；另一方面將剝離的巖石、土壤進(jìn)行

4、堆置，即人工堆墊地貌的建造過(guò)程，大型排土場(chǎng)是大型露天礦山特有的人造地貌，其相對(duì)高差一般為100～150m，可稱為人造丘陵，其平臺(tái)與邊坡相間，好像黃土高原丘陵山地的層層梯田。另外，礦區(qū)除了露天開(kāi)采外還有井工開(kāi)采，隨著先進(jìn)管理技術(shù)和采煤方法的引進(jìn)，開(kāi)采范圍在迅速擴(kuò)張，整個(gè)礦區(qū)的地面、礦坑、井下的高程起伏較大。從而使得邊長(zhǎng)的長(zhǎng)度變形超出了城市測(cè)量規(guī)范的精度要求，需要建立適合礦區(qū)發(fā)展要求的新的坐標(biāo)系。3.建立礦區(qū)新坐標(biāo)系統(tǒng)3.1建立礦區(qū)適用坐標(biāo)系必須遵循的原則（1）與國(guó)家坐標(biāo)系建立解析聯(lián)系；（2）一個(gè)礦區(qū)最好采用統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)；http://www.paper.edu.cn（3）兩項(xiàng)投影改

5、正產(chǎn)生的長(zhǎng)度變形比符合規(guī)范要求。3.2長(zhǎng)度投影變形長(zhǎng)度投影變形是指地面水平邊長(zhǎng)投影到參考橢球面或某一基準(zhǔn)面上的變形，參考橢球面邊長(zhǎng)投影到高斯平面的變形。在重要的工程中必須考慮這種變形，即兩項(xiàng)改正的問(wèn)題[2][3]。1）地面實(shí)測(cè)距離到基準(zhǔn)面誤差地面實(shí)測(cè)的距離歸算到參考橢球面或者某一基準(zhǔn)面上，會(huì)有一個(gè)變形量。（1）式中，為歸算邊高出基準(zhǔn)面的平均高程，；為地面水平邊長(zhǎng)；為橢球體的平均曲率半徑，=6370km。地面實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)的相對(duì)變形由（1）可得（2）由此可得每公里不同投影高度的長(zhǎng)度變形量，如表1所示。表1每公里不同投影高度的長(zhǎng)度變形量Tab1lengthdeformationofthedi

6、fferentprojectionheightatpermile/m10030050070010001500/mm15.747.178.5109.9157.0235.5由表1可得，當(dāng)邊長(zhǎng)一定時(shí)，長(zhǎng)度變形量與投影面高度成正比。同理，當(dāng)投影面高度不變時(shí)，長(zhǎng)度變形量與邊長(zhǎng)成正比。因此長(zhǎng)度變形量隨著投影高度和邊長(zhǎng)的增大而變大。2）橢球面距離到高斯平面誤差橢球面距離投影到高斯平面上，有另一個(gè)變形。（3）式中，為歸算邊端點(diǎn)的平均橫坐標(biāo)；為橢球面距離；為橢球體的平均曲率半徑，=6370km。相對(duì)投影變形由（3）得http://www.paper.edu.cn（4）因此，地面邊長(zhǎng)兩項(xiàng)投影改正的相對(duì)

7、變形為（5）（6）式中，1/f為精度要求。3.3精度要求為了礦區(qū)工程測(cè)量工作的順利進(jìn)行,要求通過(guò)坐標(biāo)反算的邊長(zhǎng)與實(shí)地量得的邊長(zhǎng)相等,按照城市測(cè)量規(guī)范的要求，由兩項(xiàng)改正而帶來(lái)的長(zhǎng)度變形之和應(yīng)小于1/40000～1/10000,即每千米的長(zhǎng)度改正數(shù)應(yīng)小于等于2.5～10cm。該礦區(qū)目前已有一套礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，采用的坐標(biāo)系是克拉索夫斯基橢球，投影方法是高斯投影，中央子午線為112°30′，投影面是橢球面。礦區(qū)內(nèi)最邊緣與中央子午線相差20′，而差1′距中央子午線的距離是18