独立坐标系在施工中的应用

独立坐标系在施工中的应用

高磊

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[摘要]本文介绍了施工独立坐标系的建立方法，并通过实例说明了建立施工独立坐标系的优点和必要性。

[关键词]施工独立坐标系；坐标转换；施工测量；快速

1 前言

国家经济飞速发展，各种现代化建筑拔地而起，地铁也成为各大城市中不可或缺的交通工具。

在地铁车站和其他类似工程的施工测量和竣工验收工作中，侧墙超前，柱子偏位情况等都是非常重要的测量技术指标。但在实际施工中，车站在坐标系中的位置如图1所示，可以看出通过大地坐标系N-E的坐标反映不出侧墙的超前情况，因此，为了施工方便和顺利进行竣工验收工作，建立施工独立坐标系就显得很有必要，如图2所示，侧墙AB和CD均可用X坐标的一个值表示，通过实测X坐标值与设计值对比，可以清楚明了的看出侧墙超前情况。其他类似工程同理。

图1                              图2

2 坐标转换

2.1 公式计算法

通过设计图纸可以得到车站四个角点A,B,C,D的大地坐标系坐标，为(NA,EA)...(ND,ED),同样通过设计图纸可以得出各角点在施工坐标系中的坐标（XA,YA）...(XD,YD)。如图3所示，设N-O-E坐标系为大地坐标系，X-O1-Y为施工独立坐标系，那么根据以上已知的坐标，独立施工坐标系原点O1在大地坐标系中的坐标可以通过简单的计算得出O1（NO,EO），则测区中任意一点P都可以由下式完成从大地坐标系（NP,EP）到施工独立坐标系（XP,YP）的转换：

XP=(EP-EO)sinα+(NP-NO)cosα

YP=(EP-EO)cosα+(NP-NO)sinα

式中α为坐标系的旋转角度，sinα和cosα可以通过里两个施工独立坐标系的坐标（XA,YA）,（XC,YC）用三角函数公式计算得出。或者将两点坐标带入上述公式中即可求出sinα和cosα的值。

为了避免坐标出现负数或者让坐标系更适应现场实际情况，可以在公式中分别加上一个常数。

图3

2.2 图形转换法

AutoCAD制图软件目前在工程施工中的应用非常广泛，并且大学学习期间也有CAD制图的课程。南方Cass软件是一款以CAD软件为基础的专业制图软件，用南方Cass中的坐标转换功能来实现坐标转换非常快捷方便。以下是用南方Cass制图软件进行坐标转换的具体步骤。

（1）准备好工程的电子版原坐标的CAD图纸，如没有可以在CAD软件中画出工程图纸上给出的坐标并标记。

（2）对工程的电子版原坐标的CAD图纸进行备份，在复制出的文件中进行操作，以免操作不当造成数据混乱或丢失。

（3）确定施工独立坐标系统的坐标原点和横纵轴。一般以工程起点为坐标原点，纵向为纵轴，横向为横轴。（为了避免坐标出现负数或者让坐标系更适应现场实际情况，可以适当调整坐标系的位置）

（4）选定2个或以上的点，确定其在施工独立坐标系中的坐标。（所选点位尽量在工程两侧，将整个工程现场包含其中）

（5）打开南方Cass（本人用的Cass9.1版本）制图软件的地物编辑按钮下的坐标转换功能，依次拾取转换前（大地坐标系统）的坐标然后输入与之对应的施工独立坐标系的坐标。然后计算四参数或七参数并进行图形转换。（转换参数可以导出为txt文件，保存以方便以后调用）

（6）转换后图形的坐标系统即为施工独立坐标系统，选取部分点位进行坐标检查，检查无误后即可投入使用。

3 实际应用

本人在一个两岛三线式地铁车站的测量工作中使用了施工独立坐标系，车站分三条线路，每条线路的中心线为地铁轨道的中心线，为了方便车站两侧隧道的施工测量，故建立了三个施工独立坐标系，一般工程只需要建立一个施工独立坐标系。以车站的右线为例：以整条地铁线路里程值在本车站的部分为施工独立坐标系的纵轴，坐标原点为地铁线路的起点，横轴方向与纵轴垂直。

下表为部分横断面净空测量成果表，其中里程方向即为施工独立坐标系的纵轴，宽度方向即为施工独立坐标系的横轴。

表中清晰明了的反映了各个里程上侧墙以及中立柱的偏位情况，极大地简化了测量人员繁重的计算工作。为验证施工独立坐标系统的准确性，表中还附上了各里程在中线上的坐标。

在施工放样中施工独立坐标系更能体现出其重要的作用，放样一道墙可直接放样一个固定的横坐标值，计算净空时可直接用两个横坐标值相减等，免去了事先计算放样坐标值，现场放样调整计算等大量的计算过程，实现了运算和调整定位同步完成。其简单快速程度都不是使用大地坐标系放样能比的。并且因其数据的整齐性，使许多日常工作中易犯的错误变得一目了然，从而减少了错误的产生。

4 结束语

时代在飞速发展，工程测绘的行业也在不断进步，施工独立坐标系因其快速、方便的特点被越来越多的测绘从业者认识和使用，也在各种测绘工程中发挥着重要作用，极大地提高了测绘的工作效率。