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地特三等申論題 113年 [土木工程] 測量學(包括地籍測量)

第 一 題

📖 題組:
已知有 A、B、C 三點,其原始坐標如下表第二、三欄,根據新的坐標系統,現地實測得到新坐標如下表第四、五欄,現地 C 點已經遺失,假設採用四參數法作平面坐標轉換,試問: (一) 四參數法的假設為何?(5 分) (二) 將原始坐標系統轉成新坐標系統的四參數法之參數為何?(10 分) (三) C 點的新坐標系統坐標為何?(5 分) (四) 如何判斷上述四個參數的精度是否滿足 1/20000 精度的要求?(5 分) [附表] 點號 | 原始坐標 X (m) | 原始坐標 Y (m) | 新坐標 X (m) | 新坐標 Y (m) A | 100.000 | 100.000 | 200.005 | 300.010 B | 200.000 | 200.000 | 300.010 | 400.000 C | 150.000 | 300.000 | (空白) | (空白)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

四參數法的假設為何?

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看到「四參數法的假設」,應直覺聯想到二維正形轉換(相似轉換)的物理意義與幾何特性。作答核心在於點出「平移、旋轉、尺度縮放」這四個參數代表的意義,並強調「兩軸尺度縮放一致」及「形狀不變(正形)」等基本前提。

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「四參數法」(又稱二維 Helmert 轉換或相似轉換)假設兩個平面坐標系統之間的轉換僅包含平移、旋轉及縮放,其核心假設條件如下: (1) 兩軸尺度一致:假設 X 軸與 Y 軸在轉換過程中的尺度縮放比例(Scale)完全相同。 (2) 形狀不變性(正形轉換):轉換前後的幾何圖形會放大或縮小、旋轉或平移,但整體圖形的形狀特徵與內部相對夾角均保持不變。

小題 (二)

將原始坐標系統轉成新坐標系統的四參數法之參數為何?

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這題測驗二維坐標四參數轉換(相似轉換)的實務計算。看到這題,應先列出轉換的數學模型,將 A、B 兩點的已知坐標代入形成四個聯立方程式,解出平移與旋轉尺度參數,最後可進一步換算為實體的平移量、旋轉角與尺度係數以確保解答完整。

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【解題關鍵】利用四參數二維正形轉換(相似轉換)公式建立聯立方程式,解出平移、尺度與旋轉參數。 【解答】 計算:

小題 (三)

C 點的新坐標系統坐標為何?

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本題測驗二維四參數正形轉換(Helmert transformation)的實際計算能力。考生應先利用 A、B 兩點坐標推算出轉換參數(a, b, c, d),再將 C 點的原始坐標代入轉換方程式中,並注意測量平差計算的有效位數(通常四捨五入至小數點後三位公厘)以求得最終新坐標。

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【解題關鍵】利用四參數二維正形轉換(Helmert 轉換)公式,代入由已知點解算得出的轉換參數,即可求得 C 點之新坐標。 【解答】 計算:

小題 (四)

如何判斷上述四個參數的精度是否滿足 1/20000 精度的要求?

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這題的核心在於理解測量規範中「相對精度要求」與四參數轉換中「尺度比例參數(S)」的關聯。本題僅有兩個控制點供解算,無多餘觀測,因此判斷的關鍵指標為尺度因子與 1 的差異值(即尺度誤差),若 |S - 1| ≤ 1/20000,則代表系統間的尺度變形符合該精度要求。

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【破題】判斷四參數轉換是否滿足 1/20000 精度的要求,主要依據為「尺度比例因子(Scale factor, S)」與理想值 1 之間的差值(即尺度誤差 ΔS),以及坐標轉換後的殘差狀況。 【論述】 一、尺度變形誤差檢核

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