科技情报开发与经济 SCHTECH INFORMATION DEVELOPMENT EconoMY 2007年第17卷第8期 文章编号：1005-603320070)08-0139-03 收稿日期：2006-11-24 测量与GS常用坐标系及其转换 康志军1，郭小亮2，张东升3 (1.太原理工大学矿业工程学院，山西太原，030024：2.太原市勘测测绘研究院，山西太 原，030002：3.晋中市国土资源测绘院，山西晋中，030600) 摘要：在介绍测量及GS中常用坐标系的基础上，讨论了常用坐标系之间的转换关 系；同时针对GS软件开发的特点，设计了VC.net中MM_LOM ETR IC坐标映射方式下 实现高斯坐标系的方法。 关键词：GS技术：坐标系：坐标变换：坐标映射 中图分类号：P22 文献标识码：A 在大地测量和地图制图的工作中，坐标系的概念是不可缺少的，任 何测量和地图制图的工作都是在一定的参考坐标系中进行的。常用的坐 标系有大地坐标系、高斯一克吕格平面直角坐标系、WGS-84坐标。建国 之初，我国建立了统一的北京54坐标系。由于北京54坐标系的固有的 缺陷，我国又研究和应用了国家80坐标系。随若GPS技术的发展，WGS- 84坐标系的应用也越来越广泛。同时GS技术的不断发展，在计算机中 如何表达常用坐标系也成为GS技术发展的基础。 赤道 1我国常用坐标系 (a) (b】 1.1大地坐标系 图2高斯一克目格投影 大地坐标烈见图)的确定需要依托一个参考椭球，图1中P点的 子午面NPS与起始子午面NGS所构成的二面角L叫做P点的大地经 午线经度用L。表示，则它们的关系是L=6-3。高斯投影3带是在6带 度，从起始子午面起算，向东为正，叫东经(0°80門：向西为负，叫西经 的基础上形成的，它的中央子午线一部分州单数带)与6°带中央子午线重 (0°809。P点的法线P。与赤道面的夹角B叫做P点的纬度，从赤道面 合，另一部州偶数带)与6°带分界子午线重合，如果用'表示3°带的带 起算，向北为正，叫北缴0°90)：向南为负，叫南0°90門。在该坐标 号，L表示3°带中央子午线的经度，它们的关系是L=3'。 系中，P点的位置试L,B)表示。我国的北京54坐标系采用的是克拉索 在投影面上，中央子午线和赤道的投影都是直线，并且以中央子午 夫斯基椭球，国家80坐标系采用的是1975年国际大地测量协会推荐的 线和赤道的交点0作为坐标原点，以中央子午线投影为纵坐标轴，以赤 椭球CA-75椭球)，如果点不在椭球面上，表示点的位置除了(L,B)外， 道的投影为横轴，这样便形成了高斯平面直角坐标系。我国x坐标都是 还要附加另一参数一大地高H。 正的，y坐标的最大值在赤道上)约为330km。为了避免出现负的横坐 标，可在横坐标前加上50万m。此外还应该在坐标前冠以带号，这种坐 标系称为国家统一坐标系。例如，有一点Y=19123456.789m,则表示该 点位于19带内，其相对于中央子午线而言的横坐标则是：首先去掉带 号，再减去500km,最后得到y=-376543.211m。 1.3WGS-84大地坐标系 胃GS-84大地坐标系应用的椭球参数，是由第17届国际大地测量与 地球物理联合会亚UGG)推荐的值，坐标原点位于地球的质心，z轴指向 BHⅡ984.0定义的协议地球极方向，x轴指向BH1984.0的起始子午面 和赤道的交点，y轴与x轴和z轴构成右手系，GPS卫星星历就是以 WGS-84坐标系为依据而建立的。 1.4高程系统 高程系统有大地高系统、正高系统、正常高系统。其中大地高系统是 图】大地坐标系 以为参考椭球为基准面的高程系统：正高系统是以大地水准面为基准面 的高程系统：而正常高系统是以似大地水准面为基础的高程系统。我国 1.2高斯一克吕格平面直角坐标系 大陆地区通用的高程系统主要为正常高系统。高程起算原点以黄海平均 高斯一克吕格平面直角坐标系是在利用大地坐标系等角投（又称 海平面为基准。 为正形投影)的基础上分带投影得到，见图X。想象一个椭圆柱面横套 在地球椭球体外面，并且与某一条子午线此子午线称为中央子午线或 2我国常用坐标系的转换 轴子午线)相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心，然后按一定投影方 法，将中央子午线两侧在一定经差范围内的地区投影到椭圆柱上，再将 我国的北京54坐标系应用的是克拉索夫斯基椭球1940年)，并与 柱面展开成投影面，见图？b)。 前苏联1942年普尔科沃坐标系进行联测，但1954年北京坐标系的大地 我国规定按经差6和3进行投影分带。高斯投影6带，自0°子午线 点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准，高程异 起每隔6°自西向东分带，依次编号为1,2,3….我国6°带中央子午线 常是以前苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算值，按我国天文 的经度，由69°起每隔6而至135°，共12带.如果带号用n表示，中央子 水准路线推算出来的。我国的国家80坐标系应用的是由第16届国际大 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net 139
科技情报开发与经济 SCI- TECH INFORMATION DEVELOPMENT & ECONOMY 2007 年 第 17 卷 第 8 期 在大地测量和地图制图的工作中, 坐标系的概念是不可缺少的, 任 何测量和地图制图的工作都是在一定的参考坐标系中进行的。常用的坐 标系有大地坐标系、高斯—克吕格平面直角坐标系、WGS- 84 坐标。建国 之初, 我国建立了统一的北京 54 坐标系。由于北京 54 坐标系的固有的 缺陷, 我国又研究和应用了国家 80 坐标系。随着 GPS 技术的发展, WGS- 84 坐标系的应用也越来越广泛。同时 GIS 技术的不断发展, 在计算机中 如何表达常用坐标系也成为 GIS 技术发展的基础。 1 我国常用坐标系 1.1 大地坐标系 大地坐标系( 见图 1) 的确定需要依托一个参考椭球, 图 1 中 P 点的 子午面 NPS 与起始子午面 NGS 所构成的二面角 L 叫做 P 点的大地经 度, 从起始子午面起算, 向东为正, 叫东经( 0°～180°) ; 向西为负, 叫西经 ( 0°～180°) 。P 点的法线 Pn 与赤道面的夹角 B 叫做 P 点的纬度, 从赤道面 起算, 向北为正, 叫北纬( 0°～90°) ; 向南为负, 叫南纬( 0°～90°) 。在该坐标 系中, P 点的位置由( L, B) 表示。我国的北京 54 坐标系采用的是克拉索 夫斯基椭球, 国家 80 坐标系采用的是 1975 年国际大地测量协会推荐的 椭球( ICA- 75 椭球) , 如果点不在椭球面上, 表示点的位置除了( L, B) 外, 还要附加另一参数——大地高 H。 1.2 高斯—克吕格平面直角坐标系 高斯—克吕格平面直角坐标系是在利用大地坐标系等角投影( 又称 为正形投影) 的基础上分带投影得到, 见图 2( a) 。想象一个椭圆柱面横套 在地球椭球体外面, 并且与某一条子午线( 此子午线称为中央子午线或 轴子午线) 相切, 椭圆柱的中心轴通过椭球体中心, 然后按一定投影方 法, 将中央子午线两侧在一定经差范围内的地区投影到椭圆柱上, 再将 柱面展开成投影面, 见图 2( b) 。 我国规定按经差 6°和 3°进行投影分带。高斯投影 6°带, 自 0°子午线 起每隔 6°自西向东分带, 依次编号为 1, 2, 3 ……。我国 6°带中央子午线 的经度, 由 69°起每隔 6°而至 135°, 共 12 带。如果带号用 n 表示, 中央子 午线经度用 L0 表示, 则它们的关系是 L0=6n- 3。高斯投影 3°带是在 6°带 的基础上形成的, 它的中央子午线一部分( 单数带) 与 6°带中央子午线重 合, 另一部分( 偶数带) 与 6°带分界子午线重合。如果用 n′表示 3°带的带 号, L 表示 3°带中央子午线的经度, 它们的关系是 L=3n′。 在投影面上, 中央子午线和赤道的投影都是直线, 并且以中央子午 线和赤道的交点 O 作为坐标原点, 以中央子午线投影为纵坐标轴, 以赤 道的投影为横轴, 这样便形成了高斯平面直角坐标系。我国 x 坐标都是 正的, y 坐标的最大值( 在赤道上) 约为 330 km。为了避免出现负的横坐 标, 可在横坐标前加上 50 万 m。此外还应该在坐标前冠以带号。这种坐 标系称为国家统一坐标系。例如, 有一点 Y=19 123 456.789 m , 则表示该 点位于 19 带内, 其相对于中央子午线而言的横坐标则是: 首先去掉带 号, 再减去 500 km , 最后得到 y=- 376 543.211 m。 1.3 WGS- 84 大地坐标系 WGS- 84 大地坐标系应用的椭球参数, 是由第 17 届国际大地测量与 地球物理联合会( IUGG) 推荐的值, 坐标原点位于地球的质心, z 轴指向 BIHI1984.0 定义的协议地球极方向, x 轴指向 BIH1984.0 的起始子午面 和 赤 道 的 交 点 , y 轴 与 x 轴 和 z 轴 构 成 右 手 系 。GPS 卫 星 星 历 就 是 以 WGS- 84 坐标系为依据而建立的。 1.4 高程系统 高程系统有大地高系统、正高系统、正常高系统。其中大地高系统是 以为参考椭球为基准面的高程系统; 正高系统是以大地水准面为基准面 的高程系统; 而正常高系统是以似大地水准面为基础的高程系统。我国 大陆地区通用的高程系统主要为正常高系统。高程起算原点以黄海平均 海平面为基准。 2 我国常用坐标系的转换 我国的北京 54 坐标系应用的是克拉索夫斯基椭球( 1940 年) , 并与 前苏联 1942 年普尔科沃坐标系进行联测, 但 1954 年北京坐标系的大地 点高程是以 1956 年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准, 高程异 常是以前苏联 1955 年大地水准面重新平差结果为起算值, 按我国天文 水准路线推算出来的。我国的国家 80 坐标系应用的是由第 16 届国际大 文章编号: 1005- 6033( 2007) 08- 0139- 03 收稿日期: 2006- 11- 24 测量与 GIS 常用坐标系及其转换 康志军 1 , 郭小亮 2 , 张东升 3 ( 1.太原理工大学矿业工程学院, 山西太原, 030024; 2.太原市勘测测绘研究院, 山西太 原, 030002; 3.晋中市国土资源测绘院, 山西晋中, 030600) 摘 要: 在介绍测量及 GIS 中常用坐标系的基础上, 讨论了常用坐标系之间的转换关 系; 同时针对 GIS 软件开发的特点, 设计了 VC.net 中 MM_LOMETRIC 坐标映射方式下 实现高斯坐标系的方法。 关键词: GIS 技术; 坐标系; 坐标变换; 坐标映射 中图分类号: P22 文献标识码: A 139
康志军，郭小亮，张东升测量与GS常用坐标系及其转换 本f刊E-mailb b@mailsxinfo.net科技研讨 地测量与地球物理联合会UGG)(1975年)推荐的国际椭球，大地原点 设在我国的中部陕西省泾阳县永乐镇。椭球定位时按我国范围内高程异 3VC.net下的坐标映射方式与高斯坐标系统的转换 常值平方和最小为原则求解参数。高程系统基准是1956年青岛验潮站 VC.net中进行W indows应用程序设计时，可以采用不同的映射方式 求出的黄海平均海水面。同时，在GPS测量中必须用到WGS-84坐标，各 即不同的坐标系。当前映射方式影响所有的绘图函数，不同的映射方式 坐标系的转换是经常要完成的工作。 对应着不同的图形方式、文本的单位和坐标的增长方式。 21高斯正反算与换带计算 在计算机上画一幅图时，计算机屏幕看到的区域只是图幅的一部 高斯正算是由L,B)x,,高斯反算是x,荆L,B)。高斯投 分。可以假设存在的一个与实际图幅相同大小的虚拟屏幕，也就是用来 影必须满足3个条件，即中央子午线投影后为直线，中央子午线投影后 绘图的窗口，与此窗口对应的坐标系是逻辑坐标系。在缺省的映射方式 长度不变，投影其有正形性质。 MM TEXT下，逻辑坐标向右为X正方向，向下为Y的正方向，单位是像 我国在比例尺1250001500000图上采用6°分带，对比例尺为1： 素。缺省模式下逻辑坐标的原点在屏幕的左上角，但逻辑坐标系的原点 10000和大于110000的图采用3°分带，所以常用到3°带和6°带间的 可以移动。 换带计算，其换算过程见图3。 绘图时能够在计算机屏幕上看到的区域是这个窗口的一部分，称为 视口。对应的坐标系是屏幕坐标系烈又称为设备坐标)。它是以屏幕的左 上角为坐标原点，向右为X正方向，向下为Y的正方向，单位是像素。 正算 在图5中，ABCD表示屏幕，A点为屏幕坐标的原点。ahcd表示当前 图幅区域（窗口），a点为逻辑坐标的原点。EFGH表示当前图幅的内边 框，H点为当前图幅的西南角。坐标系X0Y为测量坐标系。图5中的点P L带坐标 L'带坐标 有3种坐标，即屏幕坐标设备坐标)、逻辑坐标和测量坐标。在鼠标按下 时获取的是屏幕坐标，绘图函数使用的是逻辑坐标，用来绘图的数据是 图3高斯正反算与换带计算 测量坐标。因此需要建立三者的转换关系。 (x=F(L,B) .6 高斯投影正算： y=F(L,B) E 窗口 高斯投影反算： (B=o(x.y) =p4x,刃 A 上L-L。(1为经 2.2WGS-84坐标和北京54坐标与国家80坐标的转换 坐标转化流程分别采用7参数转换计算和4参数转换计算，即二维 平面坐标转换计算和三维坐标转换计算。见图4。 H WGS-84坐标暴 WGS-84坐标系 d 0 →Y 空间直角坐标系(*，y) 空间直角坐标系(xy) 图5计算机屏幕显示图 下面用MM LOM ETRIC映射方式说明3种坐标的转换，在这种映射 WGS-84坐标系 WGS-84坐标暴 模式下，每个逻辑单位相当于0.1mm。 空间大地坐标系(B,L) 空阁大地坐标系(B,L,H) 图幅的基本信息结构Ma即血)中的成员变量与图的对应关系如下： M ap Info.dXsw=H点的测量X坐标，m: WCS-84坐标系 WVGS-84坐标暴 M apIno.dYsw=H点的测量Y坐标，m: 北京54或围家80投形)》 (北京54或国家80投影) M ap Info.M apH eighEFGH矩形图幅)的高度，mm: 空榈直角坐标暴(xy） 空同直角坐标票(xy,:) M apInfo.M apW idth=EFGH矩形图幅的宽度，mm: M apInfo.M apG ap=abcd矩形与EFGH矩形间的距离，mm: 北京54或国家80 北京54或属家80 M ap Info.dScale=当前需绘图比例尺分母 直角坐标票(x,y) 直角坐标系(xy:) ()确定映射方式。当打开图形时要确定映射方式和设置图幅的相 关参数，在视类的初始化函数D rawM apV iew.cpp)中添加。 图4坐标转换流程 Void CD rawM apV iew :0nInitiallpdatd 其中7参数转化存在3个平移参数和3个旋转参数，因顾及两个坐 {设置映射方式，计算绘图区域 标系尺度不同，加入一个尺度参数，共计7个。相应得坐标变换公式为： CSize sizeTotal: 度州尝 CClientDC dd this; (D dc.Set apM odd MM LOM ETR IC) 式中：△Xo,△Yo△Zo为3个平移参数：，，E为3个旋转参数，m sizeTotal.x M ap Info.iM apH eight+2*M ap Info.M apG ap)*10:/ 为尺度变化参数。从式1)中知至少需要3个公共点，当多于3个公共点 单位为像素 时可以用最小二乘原理计算参数的最或然值。 sizeTotaly M apInfo.M apW idt 4参数转换模型采用最小二乘原理将两个不同基准的共同点坐标可 h+2*Ma即hfoM即Gap)*10:/结果单位为像素 能内含的各种误差，通过最小二乘的转换，尽可能地分配系统误差，以求 SetScrolSizes MM LOM ETR C,sizeTotal 得坐标系统之间的转换参数。相应公式为： [:H&:1+[a][: (2)屏幕坐标转换为逻辑坐标用CDC成员函数DPtoLR)实现。 (2 (3)逻辑坐标x,》转换为测量X坐标。 式中：△X△Y。为平移参数，a为旋转参数，m为尺度变化参数。 X =M ap Info.dX sw(M ap Info.iM apH eight+M ap Info.iM apG ap)*10-y) 同样，当多于2个公共点时可以使用最小二乘原理计算参数的最或 *M ap Info.dScale/10000.0 然值。 逻辑坐标x,)转换为测量Y坐标 C 1994140)09 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
地测量与地球物理联合会( IUGG)( 1975 年) 推荐的国际椭球, 大地原点 设在我国的中部陕西省泾阳县永乐镇。椭球定位时按我国范围内高程异 常值平方和最小为原则求解参数。高程系统基准是 1956 年青岛验潮站 求出的黄海平均海水面。同时, 在 GPS 测量中必须用到 WGS- 84 坐标, 各 坐标系的转换是经常要完成的工作。 2.1 高斯正反算与换带计算 高斯正算是由( L, B) 求( x, y) , 高斯反算是由( x, y) 求( L, B) 。高斯投 影必须满足 3 个条件, 即中央子午线投影后为直线, 中央子午线投影后 长度不变, 投影具有正形性质。 我国在比例尺 1∶25 000～1∶500 000 图上采用 6°分带, 对比例尺为 1∶ 10 000 和大于 1∶10 000 的图采用 3°分带, 所以常用到 3°带和 6°带间的 换带计算, 其换算过程见图 3。 高斯投影正算: x=F( 1 L, B) !y=F( 2 L, B) 高斯投影反算: B=!( 1 x, y) !l=!( 2 x, y) l=L- L0 ( l 为经差) 2.2 WGS- 84 坐标和北京 54 坐标与国家 80 坐标的转换 坐标转化流程分别采用 7 参数转换计算和 4 参数转换计算, 即二维 平面坐标转换计算和三维坐标转换计算。见图 4。 其中 7 参数转化存在 3 个平移参数和 3 个旋转参数, 因顾及两个坐 标系尺度不同, 加入一个尺度参数, 共计 7 个。相应得坐标变换公式为: X2 Y2 "Z2 #=( 1+m) 1 "Z - "Y - "Z 1 - "X ""Y - "X 1 $X1 Y1 %Z1 $+ !X0 !Y0 "!Z0 $ ( 1) 式中: !X0, !Y0, !Z0 为 3 个平移参数; "X, "Y, "Z 为 3 个旋转参数, m 为尺度变化参数。从式( 1) 中知至少需要 3 个公共点, 当多于 3 个公共点 时可以用最小二乘原理计算参数的最或然值。 4 参数转换模型采用最小二乘原理将两个不同基准的共同点坐标可 能内含的各种误差, 通过最小二乘的转换, 尽可能地分配系统误差, 以求 得坐标系统之间的转换参数。相应公式为: X2 "Y2 $= !X0 "!Y0 $+( 1+m) cos# - sin# "sin# cos# $X1 "Y1 $ ( 2) 式中: !X0, !Y0 为平移参数, # 为旋转参数, m 为尺度变化参数。 同样, 当多于 2 个公共点时可以使用最小二乘原理计算参数的最或 然值。 3 VC.net 下的坐标映射方式与高斯坐标系统的转换 VC.net 中进行 Windows 应用程序设计时, 可以采用不同的映射方式 即不同的坐标系。当前映射方式影响所有的绘图函数, 不同的映射方式 对应着不同的图形方式、文本的单位和坐标的增长方式。 在计算机上画一幅图时, 计算机屏幕看到的区域只是图幅的一部 分。可以假设存在的一个与实际图幅相同大小的虚拟屏幕, 也就是用来 绘图的窗口, 与此窗口对应的坐标系是逻辑坐标系。在缺省的映射方式 MM_TEXT 下, 逻辑坐标向右为 X 正方向, 向下为 Y 的正方向, 单位是像 素。缺省模式下逻辑坐标的原点在屏幕的左上角, 但逻辑坐标系的原点 可以移动。 绘图时能够在计算机屏幕上看到的区域是这个窗口的一部分, 称为 视口。对应的坐标系是屏幕坐标系( 又称为设备坐标) 。它是以屏幕的左 上角为坐标原点, 向右为 X 正方向, 向下为 Y 的正方向, 单位是像素。 在图 5 中, ABCD 表示屏幕, A 点为屏幕坐标的原点。abcd 表示当前 图幅区域 ( 窗口) , a 点为逻辑坐标的原点。EFGH 表示当前图幅的内边 框, H 点为当前图幅的西南角。坐标系 XOY 为测量坐标系。图 5 中的点 P 有 3 种坐标, 即屏幕坐标( 设备坐标) 、逻辑坐标和测量坐标。在鼠标按下 时获取的是屏幕坐标, 绘图函数使用的是逻辑坐标, 用来绘图的数据是 测量坐标。因此需要建立三者的转换关系。 下面用 MM_LOMETRIC 映射方式说明 3 种坐标的转换, 在这种映射 模式下, 每个逻辑单位相当于 0.1 mm。 图幅的基本信息结构( MapInfo) 中的成员变量与图的对应关系如下: MapInfo.dXsw=H 点的测量 X 坐标, m; MapInfo.dYsw=H 点的测量 Y 坐标, m; MapInfo.iMapHeight=EFGH 矩形( 图幅) 的高度, mm; MapInfo.iMapWidth=EFGH 矩形( 图幅) 的宽度, mm; MapInfo.iMapGap=abcd 矩形与 EFGH 矩形间的距离, mm; MapInfo.dScale=当前需绘图比例尺分母 ( 1) 确定映射方式。当打开图形时要确定映射方式和设置图幅的相 关参数, 在视类的初始化函数( DrawMapView.cpp) 中添加。 Void CDrawMapView::OnInitialUpdata( ) { //设置映射方式, 计算绘图区域 CSize sizeTotal; CClientDC dc( this) ; dc.SetMapMode( MM_LOMETRIC) ; sizeTotal.x =( MapInfo.iMapHeight +2* MapInfo.iMapGap) *10; //结 果 单位为像素 sizeTotal.y=( MapInfo.iMapWidt h+2* MapInfo.iMapGap) *10; //结果单位为像素 SetScrollSizes( MM_LOMETRIC, sizeTotal) ; } ( 2) 屏幕坐标转换为逻辑坐标用 CDC 成员函数 DPtoLP( ) 实现。 ( 3) 逻辑坐标( x,y) 转换为测量 X 坐标。 X=MapInfo.dXsw+( ( MapInfo.iMapHeight+ MapInfo.iMapGap) *10- y1) *MapInfo.dScale/10000.0 逻辑坐标( x,y) 转换为测量 Y 坐标 康志军, 郭小亮, 张东升 测量与 GIS 常用坐标系及其转换 本刊 E- mail:bjb@mail.sxinfo.net 科技研讨 140
科技情报开发与经济 SCHTECH INFORMATION DEVELOPMENT ECONOMY 2007年第17卷第8期 文章编号：1005-60332007)08-0141-03 收稿日期：2007-01-09 数字化技术在桥梁预应力工程中的应用研究* 李珠，李海峰，李兵，代飞，陈引花 (太原理工大学，山西太原，00024) 摘要：分析了桥梁工程中使用预应力数字化张拉技术的必要性和重要性，详细论述 了桥梁工程中预应力数字化张拉技术的系统原理。研制出的预应力数字化张拉装置具 有精度高、效率高、张拉过程全监控等优点，为桥梁工程中全面推广预应力数字化张拉 技术奠定了基础。 关键词：数字化技术：桥梁预应力工程：复合力传感器：位移传感器：自动升降架 中图分类号：TU448.35:U446 文献标识码：A 吕志涛院士早在1988年提出开发预应力张拉机器人的设想。20 结预应力智能控制张拉仪的研制与应用2003-A-2-031)。该装置被广泛 世纪80年代末，面对相对完善的预应力结构计算和设计方法，原始的预 应用于工业与民用建筑中，大大提高了预应力张拉的施工效率和控制精 应力施工方法直接影响到预应力结构的应用与发展。为解决这一问题，一 度。 些研究者开始从不同侧面研究预应力张拉的自动控制技术，取得了初步 然而在桥梁工程中由于张拉精度失控，工程事故频繁发生（例如， 成果。北京市建筑科学研究院在数控油泵的研制方面取得了初步成功 “引黄”工程河口到扫石1号桥因为张拉失控造成预应力梁张拉破坏，厦 但不能对张拉力和张拉伸长值实施直接控制。太原理工大学开展了工业 门海沧大桥西引桥箱梁因张拉失控而发生预应力张拉事故等)，而由本文 与民用建筑领域的预应力数字化张拉设备研究，研究中，利用普通张拉 提出的数字化张拉技术则大大地克服了这些不足。数字化张拉技术提高 设备，配以智能控制张拉仪[·组成数字化张拉系统，实现工业与民用建 了预应力结构的张拉精度，能有效避免因张拉力和预应力筋张拉伸长值 筑工程领域张拉的双重开环控制。2002年，太原理工大学开展了第二阶 失控造成的预应力结构的工程事故。 段的研究，通过对普通张拉机具进行改造，实现液压系统和张拉控制仪 为此，我们构想将数字化张拉技术应用于桥梁工程中，实现预应力 之间的信息交换，从而完成预应力张拉的闭环自动控制。该成果通过 桥梁施工过程的自动化。本文选择桥梁工程中的有黏结和无黏结预应力 研制复合力传感器、控制箱，由控制箱发出指令，由步进电机驱动油泵控 结构为主要研究对象，研究预应力结构数字化张拉技术，做到预应力张 制阀实现自动控制，最后与传统的千斤顶结合，组成全自动的预应力数 拉过程数字化、智能化。本研究属于结构工程和机电一体化范畴，是计算 字化张拉系统。目前，该成果获一项国家发明专利全自动预应力张拉装 机技术在桥梁工程建造技术方面的其体应用0。 置ZL03111812.7)和两项实用新型专利（智能控制预应力张拉装置 ZL00262315.3及全自动预应力张拉装置ZL03214586.1)。同时，将该项技 1桥梁工程中数字化张拉技术的提出 术运用到实际工程中，获得两项山西省科技进步二等奖顶部大空间特 预应力技术在桥梁工程中得到广泛应用，张拉过程直接通过手动控 种结构的设计与微机控制无黏结预应力施工工艺2000-A-2-059和无黏 制油泵，人工读数，人工测量张拉伸长值，然而因压力表读数需换算才能 Y=M ap In fo.dY sw+x-M ap In fo.M apG ap)*M ap In fo.dScale/10000.0 法，该方法在太原理工大学矿业工程学院研究开发的煤矿巷道设计系统 ()测量坐标转换位逻辑坐标。 (EasySecM ap)软件中得到中实现，并己用于生产实践。 测量坐标xy》转换位逻辑X坐标 参考文献 X y-M ap Infa.dY sw)*10000.0Al ap In fo.dScale+M ap Info.iM apG ap*10 [1]孔样云，郭际明，刘京泉.大地测量学基础M].武汉：武汉大学出版 测量坐标X®y》转换位逻辑Y坐标 社，2001. Y M ap Info.iM apH eight+M ap Info.iM apG ap)*10 x.-M ap Info.dX sw) [2葛永慧，余哲，刘志德测绘编程基[M].北京：测绘出版社，2002. *10000.0Ml ap Info.dScale (责任编辑：李敏) 4结论 第一作者简介：康志军，男，1979年7月生，现为太原理工大学矿业 本文介绍了测量及GS常用坐标系及相互之间的转换关系，同时给 工程学院2004在读硕士研究生，山西省太原市，030024， 出了在VC.net下利用MM_LOMETRIC映射方式实现高斯坐标系的方 The M easurem entand C om m on G IS Coordinate System sand Their C onversion K ANG Zhi-jun,G UO X iao-liang,ZHANG D ong-sheng A BSTRACT:Based on introducing the m easurem ent and com m on G IS coordinate system s,this paper discusses on the conversion relationship am ong the com mon coordinate systems,in the light of the characteristics of G IS software developm ent designs the m ethod for realizing the Gauss coordinate system under the coordinate mapping of MM LOM ETR IC in the VC.net. K EY W ORDS:G IS technology;coordinate system coord inate conversion;coord inate m apping 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net 141
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 科技情报开发与经济 SCI- TECH INFORMATION DEVELOPMENT & ECONOMY 2007 年 第 17 卷 第 8 期 Y=MapInfo.dYsw+( x- MapInfo.iMapGap) *MapInfo.dScale/10000.0 ( 4) 测量坐标转换位逻辑坐标。 测量坐标( xg,yg ) 转换位逻辑 X 坐标 X=( yg- MapInfo.dYsw) *10000.0/MapInfo.dScale+MapInfo.iMapGap*10 测量坐标( xg,yg ) 转换位逻辑 Y 坐标 Y=( MapInfo.iMapHeight +MapInfo.iMapGap) *10 -( xg - MapInfo.dXsw) *10000.0/MapInfo.dScale 4 结论 本文介绍了测量及 GIS 常用坐标系及相互之间的转换关系, 同时给 出了在 VC.net 下利用 MM_LOMETRIC 映射方式实现高斯坐标系的方 法, 该方法在太原理工大学矿业工程学院研究开发的煤矿巷道设计系统 ( EasySecMap) 软件中得到中实现, 并已用于生产实践。 参考文献 [ 1] 孔祥云, 郭际明, 刘宗泉.大地测量学基础[ M] .武汉: 武汉大学出版 社, 2001. [ 2] 葛永慧, 余哲, 刘志德.测绘编程基础[ M] .北京: 测绘出版社, 2002. ( 责任编辑: 李 敏) ─────────────── 第一作者简介: 康志军, 男, 1979 年 7 月生, 现为太原理工大学矿业 工程学院 2004 在读硕士研究生, 山西省太原市, 030024. The Measur ement and Common GIS Coordinate Systems and Their Conversion KANG Zhi-jun, GUO Xiao-liang, ZHANG Dong-sheng ABSTRACT: Based on introducing the measurement and common GIS coordinate systems, this paper discusses on the conversion relationship among the common coordinate systems, in the light of the characteristics of GIS software development, designs the method for realizing the Gauss coordinate system under the coordinate mapping of MM_LOMETRIC in the VC.net. KEY WORDS: GIS technology; coordinate system; coordinate conversion; coordinate mapping 吕志涛院士早在 1988 年提出开发预应力张拉机器人的设想[ 1- 2] 。20 世纪 80 年代末, 面对相对完善的预应力结构计算和设计方法, 原始的预 应力施工方法直接影响到预应力结构的应用与发展。为解决这一问题, 一 些研究者开始从不同侧面研究预应力张拉的自动控制技术, 取得了初步 成果。北京市建筑科学研究院在数控油泵的研制方面取得了初步成功[ 3] , 但不能对张拉力和张拉伸长值实施直接控制。太原理工大学开展了工业 与民用建筑领域的预应力数字化张拉设备研究, 研究中, 利用普通张拉 设备, 配以智能控制张拉仪[ 4] 组成数字化张拉系统, 实现工业与民用建 筑工程领域张拉的双重开环控制。2002 年, 太原理工大学开展了第二阶 段的研究, 通过对普通张拉机具进行改造, 实现液压系统和张拉控制仪 之间的信息交换, 从而完成预应力张拉的闭环自动控制[ 5] 。该成果通过 研制复合力传感器、控制箱, 由控制箱发出指令, 由步进电机驱动油泵控 制阀实现自动控制, 最后与传统的千斤顶结合, 组成全自动的预应力数 字化张拉系统。目前, 该成果获一项国家发明专利( 全自动预应力张拉装 置 ZL03111812.7) 和两项实用新型专利 ( 智能 控 制 预 应 力 张 拉 装 置 ZL00262315.3 及全自动预应力张拉装置 ZL03214586.1) 。同时, 将该项技 术运用到实际工程中, 获得两项山西省科技进步二等奖( 顶部大空间特 种结构的设计与微机控制无黏结预应力施工工艺 2000- A- 2- 059 和无黏 结预应力智能控制张拉仪的研制与应用 2003- A- 2- 031) 。该装置被广泛 应用于工业与民用建筑中, 大大提高了预应力张拉的施工效率和控制精 度[ 6- 8] 。 然而在桥梁工程中由于张拉精度失控, 工程事故频繁发生 ( 例如, “ 引黄”工程河口到扫石 1 号桥因为张拉失控造成预应力梁张拉破坏, 厦 门海沧大桥西引桥箱梁因张拉失控而发生预应力张拉事故等) ,而由本文 提出的数字化张拉技术则大大地克服了这些不足。数字化张拉技术提高 了预应力结构的张拉精度, 能有效避免因张拉力和预应力筋张拉伸长值 失控造成的预应力结构的工程事故。 为此, 我们构想将数字化张拉技术应用于桥梁工程中, 实现预应力 桥梁施工过程的自动化。本文选择桥梁工程中的有黏结和无黏结预应力 结构为主要研究对象, 研究预应力结构数字化张拉技术, 做到预应力张 拉过程数字化、智能化。本研究属于结构工程和机电一体化范畴, 是计算 机技术在桥梁工程建造技术方面的具体应用[ 9- 10] 。 1 桥梁工程中数字化张拉技术的提出 预应力技术在桥梁工程中得到广泛应用, 张拉过程直接通过手动控 制油泵, 人工读数, 人工测量张拉伸长值, 然而因压力表读数需换算才能 文章编号: 1005- 6033( 2007) 08- 0141- 03 收稿日期: 2007- 01- 09 数字化技术在桥梁预应力工程中的应用研究 * 李 珠, 李海峰, 李 兵, 代 飞, 陈引花 ( 太原理工大学, 山西太原, 030024) 摘 要: 分析了桥梁工程中使用预应力数字化张拉技术的必要性和重要性, 详细论述 了桥梁工程中预应力数字化张拉技术的系统原理。研制出的预应力数字化张拉装置具 有精度高、效率高、张拉过程全监控等优点, 为桥梁工程中全面推广预应力数字化张拉 技术奠定了基础。 关键词: 数字化技术; 桥梁预应力工程; 复合力传感器; 位移传感器; 自动升降架 中图分类号: TU448.35; U446 文献标识码: A 141