BIGEMAP在礦山地形測(cè)量中的應(yīng)用分析

宋英倫

（秦皇島華勘地質(zhì)工程有限公司，河北 秦皇島 066000）

0.引言

眾所周知，礦山附近的地形有著特殊性與復(fù)雜性，表現(xiàn)在地形大多山高谷深，地形與環(huán)境有著雙重的復(fù)雜性。項(xiàng)目開展前這一復(fù)雜背景，決定了在保證時(shí)間效率和空間便利的基礎(chǔ)上，盡量利用新方法進(jìn)行地形測(cè)量，做好這方面的探索，在實(shí)際應(yīng)用中有重要意義。在礦山地形測(cè)量項(xiàng)目中，雖然項(xiàng)目所在位置山高林密、精度要求沒有地籍測(cè)量等精度高，但是在為項(xiàng)目提供基礎(chǔ)的地形數(shù)據(jù)方面不能忽視必要的精度。而如何做好精度評(píng)定工作，在基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)提供時(shí)，必須加以考慮。

提供礦區(qū)附近基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)，結(jié)合項(xiàng)目的地域性和特殊性要求以及地形數(shù)據(jù)可靠性、現(xiàn)勢(shì)性、效率性要滿足礦山具體的規(guī)劃要求，我們?cè)诘V山地形測(cè)量項(xiàng)目開展前，必須利用各種有效方法，對(duì)項(xiàng)目區(qū)位置、地形情況進(jìn)行分析研究，并利用行之有效的軟件和方法對(duì)項(xiàng)目區(qū)所在地形進(jìn)行綜合預(yù)判后正確繪制，做到有的放矢，確保項(xiàng)目順利實(shí)施。

與眾多的同類軟件相比，奧維、水經(jīng)注、91衛(wèi)圖等軟件雖然也能提供清晰的影像圖，但往往現(xiàn)勢(shì)性不強(qiáng)，而BIGEMAP軟件所獲得的數(shù)據(jù)更具現(xiàn)勢(shì)性，界面操作更為便利，且軟件中所列功能更加人性化。結(jié)合青龍滿族自治縣某處礦山地形測(cè)量項(xiàng)目開展情況，對(duì)該軟件在項(xiàng)目開展中所起的作用進(jìn)行詳細(xì)分析，著重分析影像所提供的地形圖數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間的差異性，避免影響數(shù)據(jù)生成的不利因素，最終實(shí)現(xiàn)為項(xiàng)目提供快捷高精度用圖的目的。

1.項(xiàng)目區(qū)域概況及重難點(diǎn)分析

項(xiàng)目區(qū)位于青龍縣境內(nèi)北側(cè)，總面積約5平方千米，區(qū)域內(nèi)道路較為崎嶇，山路較為狹窄且行車不便，且此區(qū)域山高林密，雜草叢生，山體林密處多被枯木樹葉遮蓋，欲獲得樹葉覆蓋處山體實(shí)際高程數(shù)據(jù)較難。區(qū)內(nèi)地勢(shì)起伏較大，西南側(cè)海拔最高，約700米，北側(cè)及東南側(cè)海拔較低，約350米。

綜合上述判斷，區(qū)域內(nèi)地形地勢(shì)較為復(fù)雜，詳情如圖1所示。如何順利開展項(xiàng)目并保質(zhì)保量完成，應(yīng)對(duì)項(xiàng)目區(qū)地形、地勢(shì)、自然環(huán)境等進(jìn)行綜合預(yù)判并實(shí)地踏勘后，制定合理方案。

圖1 用BIGEMAP軟件下載的谷歌衛(wèi)星地圖

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的特點(diǎn)，以往類似情況會(huì)考慮兩種辦法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集：（1）利用人工，通過全站儀和RTK相互配合的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，但因?yàn)樯礁吡置?，全站儀通視和RTK信號(hào)受灌木山體的影響情況會(huì)很嚴(yán)重，此方案可行性不大，且效率不高；（2）利用無人機(jī)航測(cè)方法，雖然受高山和樹木的影響，地表高程受落葉及樹木的較大影響，無疑會(huì)加重內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的難度，對(duì)數(shù)據(jù)的可靠性產(chǎn)生不利影響。項(xiàng)目開展要嚴(yán)格依據(jù)其目標(biāo)進(jìn)行。此項(xiàng)目開展的目的是初步勘測(cè)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)地形情況，為項(xiàng)目區(qū)提供基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)，并為前期規(guī)劃提供初步項(xiàng)目用圖。同時(shí)因項(xiàng)目推進(jìn)時(shí)間已經(jīng)滯后，甲方要求快速完成本項(xiàng)目，時(shí)間緊迫、刻不容緩。經(jīng)過綜合對(duì)比分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)初步比對(duì)，起初利用軟件提供的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性對(duì)數(shù)據(jù)的結(jié)果產(chǎn)生的影響頗大，即現(xiàn)勢(shì)性不同，則產(chǎn)生的最終結(jié)果也不同。針對(duì)這一情況，最終決定利用BIGEMAP軟件所提供的最佳現(xiàn)勢(shì)性的數(shù)據(jù)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)核的方法，為本次測(cè)量提供最終的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和圖件。

2.方案選定及技術(shù)處理流程

根據(jù)幾種方案的對(duì)比，最終采用BIGEMAP軟件擬合高程數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)高程數(shù)據(jù)相結(jié)合的解決方案。此方案充分利用軟件提供的高程和地形數(shù)據(jù)，利用Global Mapper V14.1軟件對(duì)形成的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成最終圖件，再經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)主要的地物特征點(diǎn)與軟件生成的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析處理，最終形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并繪制成圖，主要技術(shù)流程如圖2所示。

圖2 主要技術(shù)流程

最新影像和高程數(shù)據(jù)下載前，要注意影像的更新時(shí)間以及拍攝的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，對(duì)項(xiàng)目開展的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，著重對(duì)特征地物進(jìn)行比對(duì)。在高程數(shù)據(jù)下載前，對(duì)圖源的選擇至關(guān)重要，同時(shí)選擇現(xiàn)勢(shì)性最佳的數(shù)據(jù)，即距離項(xiàng)目開展時(shí)拍攝時(shí)間最近的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中，先要對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行UTM坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，之后方可進(jìn)行相應(yīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，本次測(cè)量所采用的是CGCS 2000國(guó)家大地坐標(biāo)系統(tǒng)，故最終進(jìn)行CGCS 2000國(guó)家大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。為了高程數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)相匹配，同樣要進(jìn)行高程數(shù)據(jù)的上述轉(zhuǎn)換。

現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析時(shí)，要選取地物主要特征點(diǎn)，點(diǎn)位盡量分布在測(cè)區(qū)周邊，而且高程數(shù)據(jù)的差異性要均勻，比對(duì)數(shù)據(jù)不能同高同低，這樣能避免高程數(shù)據(jù)的擬合誤差。

數(shù)據(jù)擬合方法，利用回歸分析的方式進(jìn)行，對(duì)所形成的坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)進(jìn)行差異化擬合，構(gòu)建回歸差異性分析模型，以解決數(shù)據(jù)最終擬合問題。

3.BIGEMAP軟件在項(xiàng)目中的應(yīng)用

3.1 高程數(shù)據(jù)二次渲染效果

為了全面掌握項(xiàng)目區(qū)內(nèi)高程數(shù)據(jù)的變化情況，了解區(qū)域地勢(shì)特征，根據(jù)軟件下載的數(shù)據(jù)成果，利用Global Mapper V14.1軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在最終的結(jié)果上進(jìn)行二次渲染如圖3所示，可以增強(qiáng)高程數(shù)據(jù)的整體效果，對(duì)項(xiàng)目區(qū)高程進(jìn)行整體把控，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的展現(xiàn)效果。

圖3 高程數(shù)據(jù)二次渲染效果圖

軟件提供了多種渲染效果，根據(jù)高程數(shù)據(jù)的分布特點(diǎn)，利用軟件的自動(dòng)匹配功能，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，根據(jù)數(shù)據(jù)的色差、角度、顏色等因素進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)的高程變化情況進(jìn)行直觀把控，更加快捷與便利地突出數(shù)據(jù)主要特征。

3.2 數(shù)字地形圖效果

對(duì)下載的數(shù)據(jù)利用Global Mapper V14.1軟件進(jìn)行二次處理，根據(jù)已經(jīng)處理完成的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在利用全站儀和RTK對(duì)現(xiàn)場(chǎng)主要地物特征點(diǎn)進(jìn)行初步驗(yàn)核的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異化擬合分析，將分析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合再分析，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入上述軟件，進(jìn)行繪圖分析。在選取適當(dāng)?shù)母叱涕g距后，對(duì)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行等高線繪制，并根據(jù)需要進(jìn)行等高距和展示形式等功能設(shè)置，最終生成等高線并形成初步地形圖件數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)一步整飾修改后，形成最終成果圖件。

根據(jù)項(xiàng)目開展前的總體要求以及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，結(jié)合不同用圖方向的具體要求，圖4—圖6分別列出10米等高距、5米等高距和2米等高距地形圖，將三種圖件進(jìn)行對(duì)比分析。

圖4 10米等高距地形效果圖

圖6 2米等高距地形效果圖

圖5 5米等高距地形效果圖

根據(jù)分析能夠看出：所形成的地形圖隨著等高距的變化，地形不會(huì)發(fā)生變化，也就是說等高線的加密是在較大等高距的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。這雖然可以反映地形的整體變化，但對(duì)實(shí)際地形地貌的微小變化不能完全反映，就要借助于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)實(shí)際地物地貌進(jìn)行特征點(diǎn)提取和實(shí)際比對(duì)。就項(xiàng)目具體要求而言，盡管等高距采用不同的變化形式來表達(dá)粗略的地貌變化，但對(duì)整個(gè)項(xiàng)目區(qū)高程變化的宏觀把控方面，則更加突出，從而為整個(gè)區(qū)域進(jìn)行整體的地形和地貌分析奠定基礎(chǔ)。

對(duì)比分析不同等高距地形圖可知：軟件所提供的地形圖高程系統(tǒng)是完全統(tǒng)一的，這也是軟件能進(jìn)行最終正確數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。

4.軟件形成的數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

在上述形成的數(shù)據(jù)中，采取區(qū)域內(nèi)主要地物及地形地貌特征點(diǎn)進(jìn)行提取后進(jìn)行差異化擬合分析，形成最終數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)應(yīng)用之前還要經(jīng)過仔細(xì)的數(shù)據(jù)驗(yàn)算和精度分析。根據(jù)以上方法所得到的數(shù)據(jù)，其成果的精度如何，下面對(duì)此進(jìn)行分析研究。

4.1 平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)相關(guān)性分析

因軟件所下載的數(shù)據(jù)為WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的主要地物角點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)與軟件形成數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，分別從二者的折線圖和堆積折線圖上可以看出，其數(shù)據(jù)存在明顯的正相關(guān)性，如圖7—圖10所示。

圖7 軟件生成數(shù)據(jù)折線圖

圖10 數(shù)據(jù)對(duì)比堆積折線圖

圖8 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)折線圖

圖9 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)減去軟件生成數(shù)據(jù)后差值的折線圖

根據(jù)平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)分析可知：軟件模型生成后的數(shù)據(jù)和實(shí)地采集數(shù)據(jù)之間的正相關(guān)性很明顯，表明儀器的系統(tǒng)誤差有一定的固定性，在不同區(qū)域所采集數(shù)據(jù)的誤差相對(duì)統(tǒng)一，這是進(jìn)行數(shù)據(jù)差異化擬合的關(guān)鍵，也是進(jìn)行擬合處理的基本條件之一。換言之，如果上述兩種數(shù)據(jù)無法在數(shù)值上表現(xiàn)出某種聯(lián)系，則差異化擬合模型應(yīng)用將無法進(jìn)行，也就是說如果二者不存在相關(guān)性，則表明數(shù)據(jù)之間偶然性比較明顯，對(duì)二者的規(guī)律必將無法把控，最終無法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異化擬合。

4.2 高程數(shù)據(jù)相關(guān)性分析

通過對(duì)高程數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出的特征較為明顯，如圖11—圖12所示。

圖11 高程數(shù)據(jù)對(duì)比堆積折線圖

圖12 高程數(shù)據(jù)對(duì)比折線圖

對(duì)軟件生成的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)地?cái)?shù)據(jù)采集，并在實(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)檢核，從圖12不難看出，其差值均勻分布在1.45米至1.66米之間，可以推算出CORS系統(tǒng)下的高程系統(tǒng)與WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)下存在相對(duì)固定的差值，且二者在數(shù)據(jù)走勢(shì)上也存在很明顯的正相關(guān)性，當(dāng)然其數(shù)據(jù)不排除儀器在不同位置中受到周邊地物的影響，因信號(hào)不穩(wěn)定等造成的誤差。但是從結(jié)果上看，無論儀器是否存在系統(tǒng)誤差，且無論系統(tǒng)誤差大與小，同一臺(tái)儀器采集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)誤差默認(rèn)是相同的，但是從最終獲得的數(shù)據(jù)差值基本趨于穩(wěn)定這一結(jié)論，可進(jìn)一步證實(shí)數(shù)據(jù)差異化擬合及數(shù)據(jù)融合的合理性，因?yàn)榇藬M合方法是在差異趨于平衡的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步擬合。

5.結(jié)束語

根據(jù)前文論述，軟件生成數(shù)據(jù)與實(shí)地采集的數(shù)據(jù)之間不僅存在著關(guān)聯(lián)性，且是正相關(guān)性關(guān)系，特別是平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)表現(xiàn)更為明顯。根據(jù)項(xiàng)目開展前對(duì)地形等數(shù)據(jù)的精度分析要求，規(guī)范和設(shè)計(jì)要求圖上地物點(diǎn)相對(duì)于臨近圖根點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差，不應(yīng)超過0.6毫米，本項(xiàng)目為1∶2 000地形圖，故實(shí)地點(diǎn)碎部點(diǎn)相對(duì)于圖根點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不應(yīng)超過0.120米。細(xì)部坐標(biāo)點(diǎn)的高程中誤差，一般建（構(gòu)）筑物不超過3厘米，利用高級(jí)別儀器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的不利點(diǎn)進(jìn)行抽查，其結(jié)果如表1所示。

表1 現(xiàn)場(chǎng)抽查數(shù)據(jù)和擬合數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比表

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)抽查驗(yàn)核，最不利平面點(diǎn)的中誤差為0.080米，最不利高程點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為-0.029米，滿足測(cè)圖精度要求。

對(duì)比分析經(jīng)過軟件生成的高程數(shù)據(jù)和實(shí)地采集的數(shù)據(jù)，二者總體也呈現(xiàn)出正相關(guān)性，且所差的值比較固定，可以在小區(qū)域內(nèi)對(duì)高程進(jìn)行統(tǒng)一分析，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行二次擬合處理后提交最終數(shù)據(jù)。根據(jù)分析不難得知，因高程系統(tǒng)之間存在相關(guān)性，只要保證高程系統(tǒng)的相對(duì)統(tǒng)一，則對(duì)前期規(guī)劃的基礎(chǔ)用圖不會(huì)產(chǎn)生不利影響，但是為了保證數(shù)據(jù)的精度，進(jìn)一步對(duì)高程數(shù)據(jù)進(jìn)行差異化擬合，比對(duì)分析最終形成的數(shù)據(jù)與實(shí)地?cái)?shù)據(jù)，得知二者之間存在弱小差值，完全能夠滿足測(cè)圖精度要求。

由BIGEMAP軟件生成的平面和高程數(shù)據(jù)，在保證現(xiàn)勢(shì)性的情況下，對(duì)特征地物坐標(biāo)及高程數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，再利用Global Mapper V14.1軟件進(jìn)行相關(guān)處理，最后將所得到的數(shù)據(jù)在原基礎(chǔ)上進(jìn)行融合分析，特別是對(duì)高程數(shù)據(jù)處理方面利用差異化擬合模型對(duì)其進(jìn)行綜合處理，形成最終數(shù)據(jù)并成功得到應(yīng)用。通過案例實(shí)踐，利用此方法獲得數(shù)據(jù)及形成最終圖件，與傳統(tǒng)地形圖測(cè)量相比，大大縮短了不利條件下數(shù)據(jù)采集和圖件繪制的周期。經(jīng)過分析和實(shí)地核驗(yàn)，精度能夠滿足項(xiàng)目要求。近年來，隨著測(cè)繪項(xiàng)目的深入開展，地形和環(huán)境要素復(fù)雜的測(cè)繪項(xiàng)目日漸常態(tài)化，此案例的成功實(shí)踐，不僅對(duì)本項(xiàng)目開展有利幫助，而且對(duì)同類項(xiàng)目的開展也提供有益借鑒。