露天矿区独立坐标系统建立

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1、http://www.paper.edu.cn露天矿区独立坐标系统的建立员鸿燕宋海萍郭娇娇太原理工大学测绘科学与技术系,山西太原（030024）E-mail：yhy_2088@sina.com摘要：在露天矿区实际的工程应用中，实测距离与图上距离往往差异较大，如何建立一个适合当地的独立坐标系统一直是与矿区安全生产密切相关的问题。本文从长度变形入手，对这一问题进行分析和研究，对比了多种投影高度和中央子午线的组合方案，确定了一组最优组合，建立了一个统一、先进、适合矿区发展的矿区独立坐标系统。关键词：露天矿区独立坐标系统长度变形中图分类号：P2261.引言我国测绘行业采用的坐标系统主要有1

2、954年北京坐标系、1980西安坐标系和2000国家大地坐标系[1]。其中54系是从前苏联引测传算得到，到目前山西某矿区向国家上报资料和矿区整体规划时所使用的仍然是该坐标系统。80坐标系是我国经过天文大地网平差后建立的国家坐标系统。为适应新世纪的发展和建设的需要国务院批准自2008年7月1日启用我国的地心坐标系——2000国家大地坐标系。由于该矿区所在的经度大约为112°10′-112°34′,当直接使用3°带国家坐标系统时，正好跨第37和38带。且由于位于投影带边缘会产生较大的变形，为了满足矿区的生产应用，需要建立适合本区情况的平面和高程坐标系。本文以长度投影变形为依据，选择和对

3、比多种投影高度和中央子午线的组合方案，建立了一个符合国家规范要求并与该矿区生产发展相适应、统一、先进的矿区独立坐标系统。2.矿区概况该露天煤矿区位于山西省北部，地理范围为：东经112°10′～113°30′，北纬39°23′～39°37′，矿区东、西、北部三面均以煤层露头线为界，南以担水沟断层为界，南北长21km，东西宽22km，面积380km2。区内最高点位于北部的石峰，海拔高度1537.99m，最低点位于本区南部薛高登村正西的马关河，海拔高度1213.8m，最大相对高差324.19m。露天采矿一方面是剥离矿藏上的岩石、土壤，形成对原地貌的挖掘过程；另一方面将剥离的岩石、土壤进行

4、堆置，即人工堆垫地貌的建造过程，大型排土场是大型露天矿山特有的人造地貌，其相对高差一般为100～150m，可称为人造丘陵，其平台与边坡相间，好像黄土高原丘陵山地的层层梯田。另外，矿区除了露天开采外还有井工开采，随着先进管理技术和采煤方法的引进，开采范围在迅速扩张，整个矿区的地面、矿坑、井下的高程起伏较大。从而使得边长的长度变形超出了城市测量规范的精度要求，需要建立适合矿区发展要求的新的坐标系。3.建立矿区新坐标系统3.1建立矿区适用坐标系必须遵循的原则（1）与国家坐标系建立解析联系；（2）一个矿区最好采用统一的坐标系统；http://www.paper.edu.cn（3）两项投影改

5、正产生的长度变形比符合规范要求。3.2长度投影变形长度投影变形是指地面水平边长投影到参考椭球面或某一基准面上的变形，参考椭球面边长投影到高斯平面的变形。在重要的工程中必须考虑这种变形，即两项改正的问题[2][3]。1）地面实测距离到基准面误差地面实测的距离归算到参考椭球面或者某一基准面上，会有一个变形量。（1）式中，为归算边高出基准面的平均高程，；为地面水平边长；为椭球体的平均曲率半径，=6370km。地面实测边长的相对变形由（1）可得（2）由此可得每公里不同投影高度的长度变形量，如表1所示。表1每公里不同投影高度的长度变形量Tab1lengthdeformationofthedi

6、fferentprojectionheightatpermile/m10030050070010001500/mm15.747.178.5109.9157.0235.5由表1可得，当边长一定时，长度变形量与投影面高度成正比。同理，当投影面高度不变时，长度变形量与边长成正比。因此长度变形量随着投影高度和边长的增大而变大。2）椭球面距离到高斯平面误差椭球面距离投影到高斯平面上，有另一个变形。（3）式中，为归算边端点的平均横坐标；为椭球面距离；为椭球体的平均曲率半径，=6370km。相对投影变形由（3）得http://www.paper.edu.cn（4）因此，地面边长两项投影改正的相对

7、变形为（5）（6）式中，1/f为精度要求。3.3精度要求为了矿区工程测量工作的顺利进行,要求通过坐标反算的边长与实地量得的边长相等,按照城市测量规范的要求，由两项改正而带来的长度变形之和应小于1/40000～1/10000,即每千米的长度改正数应小于等于2.5～10cm。该矿区目前已有一套矿区独立坐标系统，采用的坐标系是克拉索夫斯基椭球，投影方法是高斯投影，中央子午线为112°30′，投影面是椭球面。矿区内最边缘与中央子午线相差20′，而差1′距中央子午线的距离是18