盾構(gòu)坐標(biāo)和測量坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換

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1、盾構(gòu)坐標(biāo)和測量坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換摘要隨著空間定位技術(shù)的不斷發(fā)展，全球一體化的形成，越來越要求全球測繪資料的統(tǒng)一，研究各測量坐標(biāo)系統(tǒng)的建立方法及其相互轉(zhuǎn)換模型，對于實(shí)現(xiàn)不同測量坐標(biāo)系成果的換算具有重要的意義。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換已經(jīng)不是一個(gè)新的課題了，隨著與人們生活密切相關(guān)的測繪事業(yè)的迅速發(fā)展，全球一體化的形成，越來越多的要求全球測繪資料形成統(tǒng)一規(guī)范，尤其是坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一。由于各測量單位工作目的不同，所選擇的橢球參考系也會有所不同，出現(xiàn)了許多不同形式的坐標(biāo)系，例如WGS-84處標(biāo)系、國家80坐標(biāo)系、北京54坐標(biāo)系、獨(dú)立地方坐標(biāo)及各種城建坐標(biāo)。在同一坐標(biāo)系下坐標(biāo)的表示方式乂有空間直角坐標(biāo)、大地坐標(biāo)、平面坐標(biāo)。根據(jù)不

2、同的測繪需求，需要將不同的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，在這些坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的過程中既會運(yùn)用到同一坐標(biāo)系卜?的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型，又會用到不同參考系下各處標(biāo)系間的處標(biāo)轉(zhuǎn)換模型。本文主要研究的是設(shè)想先求出盾構(gòu)機(jī)軸線局部坐標(biāo)系與實(shí)際三維空間坐標(biāo)系兩種坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后再利用轉(zhuǎn)換參數(shù)求出盾首中心和盾尾中心點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)，獲取盾構(gòu)機(jī)的空間位置信息。該方法數(shù)學(xué)模型的實(shí)質(zhì)是空間直角坐標(biāo)系Z間的轉(zhuǎn)換?；谶@些理論并結(jié)合相關(guān)的轉(zhuǎn)換模型及算法編程實(shí)現(xiàn)了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：他標(biāo)系轉(zhuǎn)換模型轉(zhuǎn)換參數(shù)測量處標(biāo)處標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)Shieldcoordinatesandthemeasurementcoordinatesconversio

3、nAbstract新羅馬小四摘要IABSTRACTII第一章緒論11.1研究背景及意義21.2盾構(gòu)導(dǎo)向系統(tǒng)的測量方法與應(yīng)用81.3盾構(gòu)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢8第二章測量坐標(biāo)系基礎(chǔ)理論92.1測量坐標(biāo)系統(tǒng)的類型92.1.1地心坐標(biāo)系102.1.2參心坐標(biāo)系112.1.3地方獨(dú)立坐標(biāo)系122.2我國常用的坐標(biāo)系統(tǒng)92.2.11954年北京坐標(biāo)系102.2.21980年西安坐標(biāo)系122.2.3WGS-84坐標(biāo)系132.2.42000國家大地坐標(biāo)系142.3常用等價(jià)坐標(biāo)系2.3.1大地坐標(biāo)系2.3.2空間直角坐標(biāo)系2.3.3平面直角坐標(biāo)系第三章坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理3.1坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理3.2坐標(biāo)傳換模型3.3坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模

4、型的精度Zr/r弟U!章算例第五章盾構(gòu)坐標(biāo)與測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)5.1盾構(gòu)坐標(biāo)與測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1.1系統(tǒng)開發(fā)工具5.1.2系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)5.1.3系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)5.1.4系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)5.2盾構(gòu)坐標(biāo)與測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)5.2.1系統(tǒng)主程序界面5.2.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)5.3盾構(gòu)坐標(biāo)與測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的應(yīng)用5.3.1結(jié)語104參考文南犬106致謝107第一章緒論1.1研究背景及意義在地鐵隧道貫通測量中，及吋地獲取盾構(gòu)的姿態(tài)非常重要。而盾構(gòu)的姿態(tài)通常是根據(jù)全站儀獲取盾構(gòu)上的特征點(diǎn)的坐標(biāo)來計(jì)算的。木文設(shè)想先求出盾構(gòu)機(jī)軸線局部坐標(biāo)系與實(shí)際三維空間坐標(biāo)系兩種坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)

5、，然后再利用轉(zhuǎn)換參數(shù)求出盾首屮心和盾尾屮心點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)，獲取盾構(gòu)機(jī)的空間位置信息。該方法數(shù)學(xué)模型的實(shí)質(zhì)是空間直角坐標(biāo)系Z間的轉(zhuǎn)換。基本的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型包括布爾沙-沃爾夫轉(zhuǎn)換模型、莫洛金斯基轉(zhuǎn)換模型和范士轉(zhuǎn)換模型等，但它們都是基于小角度的轉(zhuǎn)換。由于這兩種坐標(biāo)系統(tǒng)之間的歐拉角可能很大，所以在糾正過程屮不能采用基于小角度轉(zhuǎn)換的空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型。本文在基于大旋轉(zhuǎn)角的空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型的基礎(chǔ)上，對計(jì)算模型進(jìn)行了歸一化計(jì)算，使計(jì)算過程更為簡明,便丁程序的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還分析了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型的精度。1.2盾構(gòu)導(dǎo)向系統(tǒng)的測量方法與應(yīng)用盾構(gòu)導(dǎo)向系統(tǒng)作用主要是實(shí)時(shí)測出盾構(gòu)掘進(jìn)的姿態(tài)，計(jì)算出盾構(gòu)與隧道設(shè)計(jì)中心線的偏

6、差，從而指導(dǎo)盾構(gòu)司機(jī)控制盾構(gòu)掘進(jìn)。各種測量方法的不同，在于測量儀器選取、自動化程度高低，主要分為：人工測量法（標(biāo)尺法），半自動測量方法（陀螺儀法），自動導(dǎo)向法（棱鏡法和ELS激光法）。伴隨著激光、計(jì)算機(jī)以及自動控制等技術(shù)的發(fā)展成熟，激光導(dǎo)向系統(tǒng)在盾構(gòu)機(jī)屮逐漸得到成功運(yùn)用、發(fā)展和完善。激光導(dǎo)向系統(tǒng)使得盾構(gòu)法施工極大地提高了準(zhǔn)確性、可靠性和口動化程度，從而被廣泛應(yīng)用。全面理解激光導(dǎo)向系統(tǒng)的原理，冇助于工程技術(shù)人員在地鐵的盾構(gòu)施工屮及吋發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，保證隧道的正確掘進(jìn)和最后貫通；有助于國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)及國產(chǎn)激光導(dǎo)向系統(tǒng)研制工作的開展［⑶。盾構(gòu)法曲于具有其施工速度快、安全、質(zhì)量好、對周圍環(huán)境影響小等

7、優(yōu)點(diǎn)，已越來越多地在城市地鐵隧道施工屮得到應(yīng)用。盾構(gòu)隧道測量技術(shù)已由原來人工為主測量技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在的全口動激光經(jīng)緯儀、GPS等高科技測量方法［9】。盾構(gòu)姿態(tài)的測量方法可分為人工測量和自動測量兩類。人工測量法人力投入大、測量頻率高、測量工作量大，對隧道掘進(jìn)干擾大，數(shù)據(jù)處理慢，無法實(shí)吋獲知盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)和偏弟，施工控制較困難，但設(shè)備投入少，成本較低，目前國內(nèi)盾構(gòu)隧道施工仍較多采用人工測量。自動導(dǎo)向儀器冇激光全站儀導(dǎo)