葉育松，張雄天

(1.甘肅三昌礦業有限公司，甘肅 隴南 742500；2.蘭州有色冶金設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

在日常野外測繪工作中，面對一個新的工作區域，在沒有現成的可滿足一定精度級別要求的控制點的情況下；或在有控制點但沒有測量工具或找不到測繪專業技術人員的情況下；或因測量成本太高，工程單位無力請專業測繪單位進行測繪工作的情況下；或因時間比較緊，實地測繪工程工期不能允許的情況下；或在有控制點，但非國家系統，又得不到準確的坐標系統轉換參數等情況下[1-10]。如何利用現成的網絡上可得到的數據通過一系列的坐標系統轉換過程得到我們所需的數據，并完成地形圖繪制，不影響后續工作的開展呢？這是我們經常會遇到的情況。本人經多次工程實踐，探索出一個行之有效的方法，介紹如下。

1 地形圖繪制方法

我們知道，自從有了全球衛星定位系統（GPS），人們對數字高程模型（Digital Elevation Model，簡稱DEM)的研究就開始了，它是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型，是數字地形模型(Digital Terrain Model，簡稱DTM)的一個分支，其它各種地形特征值均可由此派生。DEM分辨率是DEM刻畫地形精確程度的一個重要指標，同時也是決定其使用范圍的一個主要的影響因素。DEM的分辨率是指DEM最小的單元格的長度。因為DEM是離散的數據，所以（X，Y）坐標其實都是一個一個的小方格，每個小方格上標識出其高程。這個小方格的長度就是DEM的分辨率。分辨率數值越小，分辨率就越高，刻畫的地形程度就越精確，同時數據量也呈幾何級數增長。2000年，美國太空總署（NASA）和國防部國家測繪局（NIMA）以及德國與意大利航天機構共同合作完成聯合測量,由美國發射的“奮進”號航天飛機上搭載SRTM系統獲取了北緯60度至南緯60度之間總面積超過1.19億平方公里的雷達影像數據，覆蓋地球80%以上的陸地表面。谷歌地球的原始DEM，國內區域采用的是SRTM3，也就是90m分辨率的數據。國外區域有些地方是用的30m分辨率的數據。運用90m分辨率的數據，做一些地形起伏不大的平原地區的地形圖在精度要求不高的情況下尚可勉強使用，但對地形切割嚴重，起伏較大，較為復雜的地形，其網度顯然是太大了。因為，利用下載的谷歌地形數據作地形圖，不管你提取數據時選擇的級別有多大，改變不了它的原始數據采集的網度，因此，誤差較大，不能準確反映較復雜地形條件下的地形的實際情況。

故雖然SRTM3應用廣泛，但精度有限。美國航空航天局（NASA）和日本經濟產業省（METI）聯合發布的全球數字高程數據產品ASTER Global Digital Elevation Model（ASTER GDEM），該DEM數據是根據NASA新一代對地觀測衛星TERRA的觀測結果完成，是由ASTER（Advanced Space borne Thermal Emission and Reflection Radio meter）傳感器搜集的130萬個立體像對數據制作，覆蓋范圍超過了地球99%陸地表面。

該數據水平精度1″（約30m，置信度95%），高程精度為20米（置信度95%）。比之前的SRTM3 DEM和GTOPO30數據有明顯的提高。ASTER GDEM有兩個版本，第一個版本（V1）于2009年6月發布，第二個版本（V2）于2011年10月發布。V2比V1，數據在水域覆蓋和偏差去除等方面有了進一步的進展，數據的質量得到了很大的提高。對SRTM3與ASTER進行對比，效果見下圖。可明顯看出，ASTER在細節上比SRTM3要豐富很多。

圖1 區域表面模型對比圖

放大到局部區域，生成等高線，如圖2所示。

圖2 SRTM3等高線生成

圖3 ASTER等高線生成

宏觀上看，可以發現，同樣是2m線間距等高線，SRTM3細節很差，只能總體反應山勢，而很多小陡崖都已經被忽略掉。再放大看看細節：

圖4 SRTM3等高線細節

圖5 ASTER等高線細節

由此可以明確看出，SRTM3可以作為宏觀地形地貌的參考，但并不能滿足大比例尺制圖需求，細節丟失嚴重。

鑒于ASTER GDEM數據是目前世界上取點網度最密，精確度最高并由先進的空間熱發射和反射無線電儀 表（Advanced Space borne Thermal Emission and Reflection Radio meter）傳感器搜集的立體像對數據制作而成，所以，在不能實地測量的情況下，利用該數據繪制地形圖是最好的也是唯一的選擇。下面便將繪制的步驟敘述如下：

（1）利用global mapper軟件做UTM坐標系統地形圖

1，首先打開global mapper，選擇connect to online data并點擊，（為作圖方便，也可以打開事先下載存盤好了的ALOS Global Digital Surface Model“ALOS World 3D-30m”（AW3D30）表面模型數據），彈出窗口如下圖：

在“選擇數據源（Select Data Source）”欄目下選擇“ASTER GDEM v2Worldwide Elevation Data[1.5-arc-second Resolution”，再到下面的“選擇區域內經緯度 邊 界（Specify latitude/longitude bounds of area）”欄目下填上東西南北四個方向的經緯度邊界，按“Connect（連接）”后即可慢慢地呈現出該區域的表面模型圖（Surface Model drawing）如圖6。

圖6 軟件操作截圖

為了能準確地圈出所要制作的地形圖的邊界范圍，先得通過“Create point/text feature”將四個范圍角點上圖。然后再點“Analysis（分析）”-“Generate contours（from terrains grid）（生成輪廓(從地形網格)）”，在圈畫好地形范圍、設置好地形等高線間距等參數后，即可自動繪制出地形等高線，完成地形圖的繪制（如圖7）。但該地形圖是經緯坐標或MERCAT（墨卡托坐標系統），為方便下一步轉換成西安80或中國大地2000坐標系統，到這一步后，就必須將已知礦區的西安80坐標數據先通過COORDzdzh軟件轉換成同系統經緯坐標（對同一坐標系統，平面直角—經緯坐標間的轉換在投影中心經度和所在緯度正確的情況下，是準確的）。

圖7 軟件操作截圖

為了利用Global mapper軟件將其WGS84經緯坐標地形圖轉換成WGS84-UTM坐標系統時，連同礦權拐點坐標一并轉換過來，因此，在進行轉換之前就必須將礦權拐點事先用其經緯值上圖，并圈連出礦權界線，如下圖8：

圖8 軟件操作截圖3

圖8 軟件操作截圖4

將經緯坐標地形圖進一步轉換成WGS84-UTM直角坐標系統（因為該系統和我國的坐標系統X，Y坐標值最接近，更利于下一步轉換到西安80系統）步驟如下：

由MERCAT（墨卡托坐標系統）或GEO（WGS84）系統—WGS84-UTM直角坐標系統可通過點擊“Tools（ 工 具 ）”-“Configure（ 設 置 ）”-“Projection（ 投 影 ）”，將“Projection”欄下的“Mercater”或“Geographic”用“UTM”取代，在“Datum（基準）”欄下填上“WGS84”，“Planar units（平面單位）”欄下填上“Meters（米）”后，按“OK（確定）”即可轉換成WGS84-UTM坐標系統（注意圖片8最底下的坐標數據已由MERCAT或Geo（WGS84）變成了UTM48N（WGS84），坐標數據都已經換過來了）。

完成這一步之后，如果想讓表面模型圖和等高線地形圖看起來更逼真、更直觀，還可通過“File（文件）”-“Rectify（Georeference）imagery（校正圖像）”將衛星影像照片校正在該表面影像圖上（也可以用SURPAC軟件在表面模型圖上貼上衛星影像實景圖，因操作方法比較繁瑣，此處不再詳述該方法），效果如下圖9：

圖9 軟件操作截圖5

從圖片最下邊顯示的數據看，上圖的坐標已經是UTM（WGS84）平面直角坐標系統，將兩圖對比來看，圖8較圖7在南北方向明顯拉長了。

（2）將UTM（WGS84）平面直角坐標地形圖轉換成AUTOCAD的＊.dwg格式圖

將Global mapper上已做好的圖通過“文件（File）”—“輸出（export）”—“輸出矢量格式（export vector）”，可將上圖轉換成＊.dwg格式圖,即可以用OutoCAD軟件打開（如下圖10），保存此＊.dwg圖以備用。

圖10 CAD軟件操作＊.dwg格式圖截圖（6）

三，將＊.dwg圖用SURPAC制圖軟件轉換成＊.str線文件，再利用兩個關鍵點進行坐標系統間的轉換校正，達到將UTM坐標系統圖轉換成我們所需要的西安80坐標系統圖。

從前面所作的UTM平面坐標系統的地形圖上可以很容易地量取礦權范圍的UTM系統拐點坐標值，數據如下：

1,418408.6842,4028829.9898

2,419032.4346,4028829.9883

3,418948.6445,4027830.4085

4,417949.0414,4027830.3925

5,418107.1999,4028357.6292

6,418360.1464,4028580.5330

將以上各點UTM坐標數據保存好，以備下一步轉換之用。

“以管理員身份運行”SURPAC軟件，打開界面后，依次點：文件—轉換，將＊.dwg圖轉換成＊.str線文件，如圖11。然后，再打開菜單欄中的“線文件工具”—“轉換”—“線文件2D轉換”，在如圖12的彈窗中將任意兩個點的UTM坐標和西安80坐標分別輸入“舊的點”和“新的點”欄目下（這里選擇了點1和點3，可對照坐標數據），轉換出來的線文件以另一個文件名保存，為了對比轉換前后兩個圖之間的差別，將兩個文件可在同一界面同時打開，如下圖12。

圖11 SURPAC軟件操作＊.str格式文件截圖7

圖11 SURPAC軟件操作過程截圖（7）

圖12 SURPAC軟件操作截圖（8）

至此，整個轉換工作已全部完成了，查詢幾個礦權拐點的“點屬性”，其坐標值和礦權許可證上的數據是一致的，雖然存在一點點小誤差，但都是小數點后兩、三位了，完全可滿足精度要求。列表如下：

所存在的誤差應當是幾個軟件、幾次轉換的累積。

2 該方法的實用性總結

以上方法是在只知道一個礦區的礦權范圍拐點坐標，其他數據一無所知的情況下，要求做出礦區坐標對應坐標系統地形圖所采取的方法。之所以要寫出來，是因為我們所能見到的所有的坐標系統轉換軟件以及所有的制圖軟件，沒有一個能在不知道坐標轉換參數的情況下準確無誤地跨系統轉換出所要的坐標；另外，到目前為止，沒有一個非軍用DTM數 據 比 此ALOS Global Digital Surface Model“ALOS World 3D-30m”（AW3D30）表面模型數據測量網度更密，精度更高的三維坐標數據可供利用；該方法所作地形圖在地形較平緩，切割不嚴重，沒有懸崖峭壁的區域內是基本準確的，在條件具備的情況下，還可在此基礎上對個別點，個別地段做補充測繪，做進一步的完善，可節省大量的時間和工作量，使測繪工作變得簡單而輕松。上面是以西安80坐標為例來講的，對北京54或國家2000大地坐標系統同樣適用。