BIGEMAP在礦山地形測量中的應用分析

宋英倫

（秦皇島華勘地質工程有限公司，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雜性，表現在地形大多山高谷深，地形與環境有著雙重的復雜性。項目開展前這一復雜背景，決定了在保證時間效率和空間便利的基礎上，盡量利用新方法進行地形測量，做好這方面的探索，在實際應用中有重要意義。在礦山地形測量項目中，雖然項目所在位置山高林密、精度要求沒有地籍測量等精度高，但是在為項目提供基礎的地形數據方面不能忽視必要的精度。而如何做好精度評定工作，在基礎地形圖數據提供時，必須加以考慮。

提供礦區附近基礎地形圖數據，結合項目的地域性和特殊性要求以及地形數據可靠性、現勢性、效率性要滿足礦山具體的規劃要求，我們在礦山地形測量項目開展前，必須利用各種有效方法，對項目區位置、地形情況進行分析研究，并利用行之有效的軟件和方法對項目區所在地形進行綜合預判后正確繪制，做到有的放矢，確保項目順利實施。

與眾多的同類軟件相比，奧維、水經注、91衛圖等軟件雖然也能提供清晰的影像圖，但往往現勢性不強，而BIGEMAP軟件所獲得的數據更具現勢性，界面操作更為便利，且軟件中所列功能更加人性化。結合青龍滿族自治縣某處礦山地形測量項目開展情況，對該軟件在項目開展中所起的作用進行詳細分析，著重分析影像所提供的地形圖數據與實測數據之間的差異性，避免影響數據生成的不利因素，最終實現為項目提供快捷高精度用圖的目的。

1.項目區域概況及重難點分析

項目區位于青龍縣境內北側，總面積約5平方千米，區域內道路較為崎嶇，山路較為狹窄且行車不便，且此區域山高林密，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際高程數據較難。區內地勢起伏較大，西南側海拔最高，約700米，北側及東南側海拔較低，約350米。

綜合上述判斷，區域內地形地勢較為復雜，詳情如圖1所示。如何順利開展項目并保質保量完成，應對項目區地形、地勢、自然環境等進行綜合預判并實地踏勘后，制定合理方案。

圖1 用BIGEMAP軟件下載的谷歌衛星地圖

根據項目區的特點，以往類似情況會考慮兩種辦法進行數據采集：（1）利用人工，通過全站儀和RTK相互配合的方法進行數據采集，但因為山高林密，全站儀通視和RTK信號受灌木山體的影響情況會很嚴重，此方案可行性不大，且效率不高；（2）利用無人機航測方法，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，無疑會加重內業數據處理的難度，對數據的可靠性產生不利影響。項目開展要嚴格依據其目標進行。此項目開展的目的是初步勘測項目區域內地形情況，為項目區提供基礎地形數據，并為前期規劃提供初步項目用圖。同時因項目推進時間已經滯后，甲方要求快速完成本項目，時間緊迫、刻不容緩。經過綜合對比分析，并結合現場數據初步比對，起初利用軟件提供的歷史數據進行分析，發現數據的現勢性對數據的結果產生的影響頗大，即現勢性不同，則產生的最終結果也不同。針對這一情況，最終決定利用BIGEMAP軟件所提供的最佳現勢性的數據結合現場驗核的方法，為本次測量提供最終的基礎數據和圖件。

2.方案選定及技術處理流程

根據幾種方案的對比，最終采用BIGEMAP軟件擬合高程數據與現場高程數據相結合的解決方案。此方案充分利用軟件提供的高程和地形數據，利用Global Mapper V14.1軟件對形成的基礎數據進行處理，形成最終圖件，再經過現場主要的地物特征點與軟件生成的坐標數據進行比對，對數據進行擬合分析處理，最終形成基礎數據并繪制成圖，主要技術流程如圖2所示。

圖2 主要技術流程

最新影像和高程數據下載前，要注意影像的更新時間以及拍攝的時間節點，對項目開展的時間節點進行對比分析，著重對特征地物進行比對。在高程數據下載前，對圖源的選擇至關重要，同時選擇現勢性最佳的數據，即距離項目開展時拍攝時間最近的數據。

數據坐標轉換過程中，先要對影像數據進行UTM坐標轉換，之后方可進行相應坐標轉換，本次測量所采用的是CGCS 2000國家大地坐標系統，故最終進行CGCS 2000國家大地坐標轉換。為了高程數據與影像數據相匹配，同樣要進行高程數據的上述轉換。

現場坐標和高程數據與影像數據進行比對分析時，要選取地物主要特征點，點位盡量分布在測區周邊，而且高程數據的差異性要均勻，比對數據不能同高同低，這樣能避免高程數據的擬合誤差。

數據擬合方法，利用回歸分析的方式進行，對所形成的坐標和高程數據進行差異化擬合，構建回歸差異性分析模型，以解決數據最終擬合問題。

3.BIGEMAP軟件在項目中的應用

3.1 高程數據二次渲染效果

為了全面掌握項目區內高程數據的變化情況，了解區域地勢特征，根據軟件下載的數據成果，利用Global Mapper V14.1軟件進行數據處理，在最終的結果上進行二次渲染如圖3所示，可以增強高程數據的整體效果，對項目區高程進行整體把控，增強數據的展現效果。

圖3 高程數據二次渲染效果圖

軟件提供了多種渲染效果，根據高程數據的分布特點，利用軟件的自動匹配功能，結合現場實際情況，根據數據的色差、角度、顏色等因素進行對比分析，對整個測區的高程變化情況進行直觀把控，更加快捷與便利地突出數據主要特征。

3.2 數字地形圖效果

對下載的數據利用Global Mapper V14.1軟件進行二次處理，根據已經處理完成的坐標數據，在利用全站儀和RTK對現場主要地物特征點進行初步驗核的基礎上，對數據進行差異化擬合分析，將分析后的數據進行融合再分析，并將數據導入上述軟件，進行繪圖分析。在選取適當的高程間距后，對區域內進行等高線繪制，并根據需要進行等高距和展示形式等功能設置，最終生成等高線并形成初步地形圖件數據，將數據進一步整飾修改后，形成最終成果圖件。

根據項目開展前的總體要求以及現場的實際情況，結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，將三種圖件進行對比分析。

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，地形不會發生變化，也就是說等高線的加密是在較大等高距的基礎上進行的。這雖然可以反映地形的整體變化，但對實際地形地貌的微小變化不能完全反映，就要借助于現場對實際地物地貌進行特征點提取和實際比對。就項目具體要求而言，盡管等高距采用不同的變化形式來表達粗略的地貌變化，但對整個項目區高程變化的宏觀把控方面，則更加突出，從而為整個區域進行整體的地形和地貌分析奠定基礎。

對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是完全統一的，這也是軟件能進行最終正確數據分析的基礎。

4.軟件形成的數據與實測數據對比分析

在上述形成的數據中，采取區域內主要地物及地形地貌特征點進行提取后進行差異化擬合分析，形成最終數據，但數據應用之前還要經過仔細的數據驗算和精度分析。根據以上方法所得到的數據，其成果的精度如何，下面對此進行分析研究。

4.1 平面坐標數據相關性分析

因軟件所下載的數據為WGS-84坐標系統下的數據，根據現場采集的主要地物角點坐標數據與軟件形成數據進行對比分析，分別從二者的折線圖和堆積折線圖上可以看出，其數據存在明顯的正相關性，如圖7—圖10所示。

圖7 軟件生成數據折線圖

圖10 數據對比堆積折線圖

圖8 實測數據折線圖

圖9 實測數據減去軟件生成數據后差值的折線圖

根據平面坐標數據分析可知：軟件模型生成后的數據和實地采集數據之間的正相關性很明顯，表明儀器的系統誤差有一定的固定性，在不同區域所采集數據的誤差相對統一，這是進行數據差異化擬合的關鍵，也是進行擬合處理的基本條件之一。換言之，如果上述兩種數據無法在數值上表現出某種聯系，則差異化擬合模型應用將無法進行，也就是說如果二者不存在相關性，則表明數據之間偶然性比較明顯，對二者的規律必將無法把控，最終無法對數據進行差異化擬合。

4.2 高程數據相關性分析

通過對高程數據進行對比分析，數據呈現出的特征較為明顯，如圖11—圖12所示。

圖11 高程數據對比堆積折線圖

圖12 高程數據對比折線圖

對軟件生成的高程數據進行實地數據采集，并在實地進行數據檢核，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系統下的高程系統與WGS-84坐標系統下存在相對固定的差值，且二者在數據走勢上也存在很明顯的正相關性，當然其數據不排除儀器在不同位置中受到周邊地物的影響，因信號不穩定等造成的誤差。但是從結果上看，無論儀器是否存在系統誤差，且無論系統誤差大與小，同一臺儀器采集的數據，系統誤差默認是相同的，但是從最終獲得的數據差值基本趨于穩定這一結論，可進一步證實數據差異化擬合及數據融合的合理性，因為此擬合方法是在差異趨于平衡的基礎上進行進一步擬合。

5.結束語

根據前文論述，軟件生成數據與實地采集的數據之間不僅存在著關聯性，且是正相關性關系，特別是平面坐標數據表現更為明顯。根據項目開展前對地形等數據的精度分析要求，規范和設計要求圖上地物點相對于臨近圖根點的點位中誤差，不應超過0.6毫米，本項目為1∶2 000地形圖，故實地點碎部點相對于圖根點的點位中誤差不應超過0.120米。細部坐標點的高程中誤差，一般建（構）筑物不超過3厘米，利用高級別儀器對現場的不利點進行抽查，其結果如表1所示。

表1 現場抽查數據和擬合數據結果對比表

經過現場抽查驗核，最不利平面點的中誤差為0.080米，最不利高程點的點位中誤差為-0.029米，滿足測圖精度要求。

對比分析經過軟件生成的高程數據和實地采集的數據，二者總體也呈現出正相關性，且所差的值比較固定，可以在小區域內對高程進行統一分析，并將數據進行二次擬合處理后提交最終數據。根據分析不難得知，因高程系統之間存在相關性，只要保證高程系統的相對統一，則對前期規劃的基礎用圖不會產生不利影響，但是為了保證數據的精度，進一步對高程數據進行差異化擬合，比對分析最終形成的數據與實地數據，得知二者之間存在弱小差值，完全能夠滿足測圖精度要求。

由BIGEMAP軟件生成的平面和高程數據，在保證現勢性的情況下，對特征地物坐標及高程數據進行提取，再利用Global Mapper V14.1軟件進行相關處理，最后將所得到的數據在原基礎上進行融合分析，特別是對高程數據處理方面利用差異化擬合模型對其進行綜合處理，形成最終數據并成功得到應用。通過案例實踐，利用此方法獲得數據及形成最終圖件，與傳統地形圖測量相比，大大縮短了不利條件下數據采集和圖件繪制的周期。經過分析和實地核驗，精度能夠滿足項目要求。近年來，隨著測繪項目的深入開展，地形和環境要素復雜的測繪項目日漸常態化，此案例的成功實踐，不僅對本項目開展有利幫助，而且對同類項目的開展也提供有益借鑒。