BIGEMAP在矿山地形测量中的应用分析

宋英伦

（秦皇岛华勘地质工程有限公司，河北 秦皇岛 066000）

0.引言

众所周知，矿山附近的地形有着特殊性与复杂性，表现在地形大多山高谷深，地形与环境有着双重的复杂性。项目开展前这一复杂背景，决定了在保证时间效率和空间便利的基础上，尽量利用新方法进行地形测量，做好这方面的探索，在实际应用中有重要意义。在矿山地形测量项目中，虽然项目所在位置山高林密、精度要求没有地籍测量等精度高，但是在为项目提供基础的地形数据方面不能忽视必要的精度。而如何做好精度评定工作，在基础地形图数据提供时，必须加以考虑。

提供矿区附近基础地形图数据，结合项目的地域性和特殊性要求以及地形数据可靠性、现势性、效率性要满足矿山具体的规划要求，我们在矿山地形测量项目开展前，必须利用各种有效方法，对项目区位置、地形情况进行分析研究，并利用行之有效的软件和方法对项目区所在地形进行综合预判后正确绘制，做到有的放矢，确保项目顺利实施。

与众多的同类软件相比，奥维、水经注、91卫图等软件虽然也能提供清晰的影像图，但往往现势性不强，而BIGEMAP软件所获得的数据更具现势性，界面操作更为便利，且软件中所列功能更加人性化。结合青龙满族自治县某处矿山地形测量项目开展情况，对该软件在项目开展中所起的作用进行详细分析，着重分析影像所提供的地形图数据与实测数据之间的差异性，避免影响数据生成的不利因素，最终实现为项目提供快捷高精度用图的目的。

1.项目区域概况及重难点分析

项目区位于青龙县境内北侧，总面积约5平方千米，区域内道路较为崎岖，山路较为狭窄且行车不便，且此区域山高林密，杂草丛生，山体林密处多被枯木树叶遮盖，欲获得树叶覆盖处山体实际高程数据较难。区内地势起伏较大，西南侧海拔最高，约700米，北侧及东南侧海拔较低，约350米。

综合上述判断，区域内地形地势较为复杂，详情如图1所示。如何顺利开展项目并保质保量完成，应对项目区地形、地势、自然环境等进行综合预判并实地踏勘后，制定合理方案。

图1 用BIGEMAP软件下载的谷歌卫星地图

根据项目区的特点，以往类似情况会考虑两种办法进行数据采集：（1）利用人工，通过全站仪和RTK相互配合的方法进行数据采集，但因为山高林密，全站仪通视和RTK信号受灌木山体的影响情况会很严重，此方案可行性不大，且效率不高；（2）利用无人机航测方法，虽然受高山和树木的影响，地表高程受落叶及树木的较大影响，无疑会加重内业数据处理的难度，对数据的可靠性产生不利影响。项目开展要严格依据其目标进行。此项目开展的目的是初步勘测项目区域内地形情况，为项目区提供基础地形数据，并为前期规划提供初步项目用图。同时因项目推进时间已经滞后，甲方要求快速完成本项目，时间紧迫、刻不容缓。经过综合对比分析，并结合现场数据初步比对，起初利用软件提供的历史数据进行分析，发现数据的现势性对数据的结果产生的影响颇大，即现势性不同，则产生的最终结果也不同。针对这一情况，最终决定利用BIGEMAP软件所提供的最佳现势性的数据结合现场验核的方法，为本次测量提供最终的基础数据和图件。

2.方案选定及技术处理流程

根据几种方案的对比，最终采用BIGEMAP软件拟合高程数据与现场高程数据相结合的解决方案。此方案充分利用软件提供的高程和地形数据，利用Global Mapper V14.1软件对形成的基础数据进行处理，形成最终图件，再经过现场主要的地物特征点与软件生成的坐标数据进行比对，对数据进行拟合分析处理，最终形成基础数据并绘制成图，主要技术流程如图2所示。

图2 主要技术流程

最新影像和高程数据下载前，要注意影像的更新时间以及拍摄的时间节点，对项目开展的时间节点进行对比分析，着重对特征地物进行比对。在高程数据下载前，对图源的选择至关重要，同时选择现势性最佳的数据，即距离项目开展时拍摄时间最近的数据。

数据坐标转换过程中，先要对影像数据进行UTM坐标转换，之后方可进行相应坐标转换，本次测量所采用的是CGCS 2000国家大地坐标系统，故最终进行CGCS 2000国家大地坐标转换。为了高程数据与影像数据相匹配，同样要进行高程数据的上述转换。

现场坐标和高程数据与影像数据进行比对分析时，要选取地物主要特征点，点位尽量分布在测区周边，而且高程数据的差异性要均匀，比对数据不能同高同低，这样能避免高程数据的拟合误差。

数据拟合方法，利用回归分析的方式进行，对所形成的坐标和高程数据进行差异化拟合，构建回归差异性分析模型，以解决数据最终拟合问题。

3.BIGEMAP软件在项目中的应用

3.1 高程数据二次渲染效果

为了全面掌握项目区内高程数据的变化情况，了解区域地势特征，根据软件下载的数据成果，利用Global Mapper V14.1软件进行数据处理，在最终的结果上进行二次渲染如图3所示，可以增强高程数据的整体效果，对项目区高程进行整体把控，增强数据的展现效果。

图3 高程数据二次渲染效果图

软件提供了多种渲染效果，根据高程数据的分布特点，利用软件的自动匹配功能，结合现场实际情况，根据数据的色差、角度、颜色等因素进行对比分析，对整个测区的高程变化情况进行直观把控，更加快捷与便利地突出数据主要特征。

3.2 数字地形图效果

对下载的数据利用Global Mapper V14.1软件进行二次处理，根据已经处理完成的坐标数据，在利用全站仪和RTK对现场主要地物特征点进行初步验核的基础上，对数据进行差异化拟合分析，将分析后的数据进行融合再分析，并将数据导入上述软件，进行绘图分析。在选取适当的高程间距后，对区域内进行等高线绘制，并根据需要进行等高距和展示形式等功能设置，最终生成等高线并形成初步地形图件数据，将数据进一步整饰修改后，形成最终成果图件。

根据项目开展前的总体要求以及现场的实际情况，结合不同用图方向的具体要求，图4—图6分别列出10米等高距、5米等高距和2米等高距地形图，将三种图件进行对比分析。

图4 10米等高距地形效果图

图6 2米等高距地形效果图

图5 5米等高距地形效果图

根据分析能够看出：所形成的地形图随着等高距的变化，地形不会发生变化，也就是说等高线的加密是在较大等高距的基础上进行的。这虽然可以反映地形的整体变化，但对实际地形地貌的微小变化不能完全反映，就要借助于现场对实际地物地貌进行特征点提取和实际比对。就项目具体要求而言，尽管等高距采用不同的变化形式来表达粗略的地貌变化，但对整个项目区高程变化的宏观把控方面，则更加突出，从而为整个区域进行整体的地形和地貌分析奠定基础。

对比分析不同等高距地形图可知：软件所提供的地形图高程系统是完全统一的，这也是软件能进行最终正确数据分析的基础。

4.软件形成的数据与实测数据对比分析

在上述形成的数据中，采取区域内主要地物及地形地貌特征点进行提取后进行差异化拟合分析，形成最终数据，但数据应用之前还要经过仔细的数据验算和精度分析。根据以上方法所得到的数据，其成果的精度如何，下面对此进行分析研究。

4.1 平面坐标数据相关性分析

因软件所下载的数据为WGS-84坐标系统下的数据，根据现场采集的主要地物角点坐标数据与软件形成数据进行对比分析，分别从二者的折线图和堆积折线图上可以看出，其数据存在明显的正相关性，如图7—图10所示。

图7 软件生成数据折线图

图10 数据对比堆积折线图

图8 实测数据折线图

图9 实测数据减去软件生成数据后差值的折线图

根据平面坐标数据分析可知：软件模型生成后的数据和实地采集数据之间的正相关性很明显，表明仪器的系统误差有一定的固定性，在不同区域所采集数据的误差相对统一，这是进行数据差异化拟合的关键，也是进行拟合处理的基本条件之一。换言之，如果上述两种数据无法在数值上表现出某种联系，则差异化拟合模型应用将无法进行，也就是说如果二者不存在相关性，则表明数据之间偶然性比较明显，对二者的规律必将无法把控，最终无法对数据进行差异化拟合。

4.2 高程数据相关性分析

通过对高程数据进行对比分析，数据呈现出的特征较为明显，如图11—图12所示。

图11 高程数据对比堆积折线图

图12 高程数据对比折线图

对软件生成的高程数据进行实地数据采集，并在实地进行数据检核，从图12不难看出，其差值均匀分布在1.45米至1.66米之间，可以推算出CORS系统下的高程系统与WGS-84坐标系统下存在相对固定的差值，且二者在数据走势上也存在很明显的正相关性，当然其数据不排除仪器在不同位置中受到周边地物的影响，因信号不稳定等造成的误差。但是从结果上看，无论仪器是否存在系统误差，且无论系统误差大与小，同一台仪器采集的数据，系统误差默认是相同的，但是从最终获得的数据差值基本趋于稳定这一结论，可进一步证实数据差异化拟合及数据融合的合理性，因为此拟合方法是在差异趋于平衡的基础上进行进一步拟合。

5.结束语

根据前文论述，软件生成数据与实地采集的数据之间不仅存在着关联性，且是正相关性关系，特别是平面坐标数据表现更为明显。根据项目开展前对地形等数据的精度分析要求，规范和设计要求图上地物点相对于临近图根点的点位中误差，不应超过0.6毫米，本项目为1∶2 000地形图，故实地点碎部点相对于图根点的点位中误差不应超过0.120米。细部坐标点的高程中误差，一般建（构）筑物不超过3厘米，利用高级别仪器对现场的不利点进行抽查，其结果如表1所示。

表1 现场抽查数据和拟合数据结果对比表

经过现场抽查验核，最不利平面点的中误差为0.080米，最不利高程点的点位中误差为-0.029米，满足测图精度要求。

对比分析经过软件生成的高程数据和实地采集的数据，二者总体也呈现出正相关性，且所差的值比较固定，可以在小区域内对高程进行统一分析，并将数据进行二次拟合处理后提交最终数据。根据分析不难得知，因高程系统之间存在相关性，只要保证高程系统的相对统一，则对前期规划的基础用图不会产生不利影响，但是为了保证数据的精度，进一步对高程数据进行差异化拟合，比对分析最终形成的数据与实地数据，得知二者之间存在弱小差值，完全能够满足测图精度要求。

由BIGEMAP软件生成的平面和高程数据，在保证现势性的情况下，对特征地物坐标及高程数据进行提取，再利用Global Mapper V14.1软件进行相关处理，最后将所得到的数据在原基础上进行融合分析，特别是对高程数据处理方面利用差异化拟合模型对其进行综合处理，形成最终数据并成功得到应用。通过案例实践，利用此方法获得数据及形成最终图件，与传统地形图测量相比，大大缩短了不利条件下数据采集和图件绘制的周期。经过分析和实地核验，精度能够满足项目要求。近年来，随着测绘项目的深入开展，地形和环境要素复杂的测绘项目日渐常态化，此案例的成功实践，不仅对本项目开展有利帮助，而且对同类项目的开展也提供有益借鉴。