薛雄飛，張博龍

(陜西有色榆林煤業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

礦井野外地質調查工作，作為礦井設計、建設、開采、隱蔽致災地質因素普查、地表沉降觀測、水土保持和采空區(qū)治理等的重要基礎，對安全生產和環(huán)境保護起著至關重要的作用[1-2]。一般情況下，礦井野外地質測量調查工作大都采用GIS、GPS 和RTK進行現(xiàn)場測量的方式來獲取數據，然后在室內通過計算機對觀測數據進行處理和分析[3-6]，從而達到野外調查的目的，但是這種觀測方法受地形、天氣和人員等因素的影響容易產生較大誤差[7-9]。為此，通過谷歌地球(Google Earth)和Global Mapper軟件坐標轉換和偏移校準，以期在足不出戶的情況下，輕松獲取野外目標地物的位置信息，提高工作效率。

1 傳統(tǒng)野外調查方法的局限性

傳統(tǒng)情況下，礦井野外地測調查的主要方式以現(xiàn)場調查為主，其主要工作流程大致可以分為選定測量目標地物、利用手持GPS或RTK進行現(xiàn)場數據采集、將采集的數據進行匯總和整理，并導出到計算機、將整理好的數據填繪到圖紙上、提交測量成果。傳統(tǒng)的調查方法必須以野外實地采集數據為前提，對人員、設備、車輛、地形條件和安全狀況的要求較高，主要特點有外業(yè)工作量大、受地形和氣候條件影響、需要占用人員和車輛、工作效率低等缺點。因此，為提高地測野外調查工作的效率，減小人力、物力和財力等方面不必要的支出，有必要針對礦井井田地物調查的特點，研究提出更加便捷和高效的技術方案。

2 方案介紹

2.1 軟件介紹

谷歌地球(Google Earth)是一款谷歌公司開發(fā)的虛擬地球軟件，它把高清衛(wèi)星照片、航空照相和WGS84坐標系統(tǒng)緊密布置在一個地球的三維模型上，只要打開電腦客戶端就可以瀏覽全球任何地方的高清衛(wèi)星圖片，并實現(xiàn)目標物面積、長度、高度、角度、方位角等參數的測量和標定以及經緯度坐標的導入和導出衛(wèi)星圖片的打印和輸出等功能。

谷歌地球(Google Earth)上的全球地貌影像的有效分辨率至少為100 m，通常為30 m(例如中國大陸)，在分辨率為30 m的情況下，測量精度基本可以滿足日常的野外調查要求[10-14]。

2.2 方法介紹

研究項目以谷歌地球(Google Earth)的經緯度導入和導出功能為基礎，利用Global Mapper的WGS84經緯度坐標與Beijing 1954大地坐標之間的相互轉換。以礦井工業(yè)廣場已知標志性地物為基準，計算該已知地物的實際坐標與經緯度轉換坐標之間的偏差值，利用該偏差值校準轉換坐標，最后通過南方CASS 7.0成圖系統(tǒng)。將轉換后的坐標填繪到礦井采掘工程平面圖和井上下對照圖等圖紙上，從而達到精準確定目標地物的目的。

2.3 方法優(yōu)勢和應用范圍

該技術方案有效地避免了野外實際調查中地形、天氣、人員、設備、車輛、工作環(huán)境安全狀況等因素對調查工作的影響，在足不出戶的情況下，實現(xiàn)對野外目標地物的調查和填圖工作，經過實際驗證該調查手段對地物測量的最大誤差不超過5 m，精度超過了手持GPS的測量精度，完全滿足礦井野外調查的精度要求，可以在礦井、地質勘查、林業(yè)、土地資源調查、環(huán)境治理等其他相關行業(yè)和領域進行推廣和應用。

3 技術方案

該技術方案可以調查的地物目標包括井田范圍內及周邊的建筑物、廠房、道路、耕地、林地、河流、水庫、池塘、人工湖等明顯的地物目標。下面通過實例說明該技術方案的主要操作流程、步驟及結果驗證。

3.1 圈定目標物

假設需要實測某公司聯(lián)建樓的具體位置，在不進行現(xiàn)場實測的情況下，僅在室內完成坐標采集，并將結果填繪在采掘工程平面圖上。以此為任務，首先打開谷歌地球(Google Earth)，利用路徑工具將煤業(yè)公司聯(lián)建樓的主體輪廓描繪出來，如圖1所示。

圖1 目標地物路徑Fig.1 Path of target surface object

3.2 采集目標物經緯度

將描繪出聯(lián)建樓的路徑，另存為.KML文件格式，并將其后綴名更改為.TXT，用記事本打開后線框中的數據即為聯(lián)建樓各拐點的經緯度坐標，如圖2所示。

按照第1列經度、第2列緯度和第3列點號的格式，將經緯度坐標進行匯總和整理，另存為以逗號分隔的CSV格式文件，并命名為“聯(lián)建樓”備用，如圖3所示。

3.3 經緯度轉換

將聯(lián)建樓各拐角的WGS84經緯度坐標，轉換為礦井使用的Beijing 1954大地坐標。打開Global Mapper軟件，將文件名稱為“聯(lián)建樓”的CSV文件導入Global Mapper中，投影設置選擇“地理經緯度(Geographic Latitude /Longitude)”，基準選擇“WGS84”，如圖4所示。

圖3 目標物各拐點經緯度數據匯總Fig.3 Longitude and latitude data of each inflection point of the target

圖4 經緯度導入Fig.4 Longitude and latitude importing graph

聯(lián)建樓拐點導入后，如圖5所示。

圖5 目標物拐點示意Fig.5 Target inflection point

3.4 坐標轉換導出

將導入的經緯度坐標，按照相應參數進行設置，如圖6所示。投影選擇高斯投影(Gauss-Kruger)3度帶，選擇目標地區(qū)所在帶號，即37°帶(109.5E～112.5E)，基準選擇礦井通用的Beijing 1954大地坐標。

圖6 坐標轉換設置Fig.6 Coordinate conversion settings

設置成功后點擊“確定”，就完成了WGS84經緯度坐標到Beijing 1954大地坐標的轉換，最后按照以下步驟將坐標導出，如圖7所示。點擊“文件”選項卡→在下拉菜單中選擇“輸出”選項→在輸出選項的彈出菜單中選擇“輸出矢量格式”命令→選擇輸出文件的格式為CSV格式→保存CSV坐標文件，將文件命名為“聯(lián)建樓1954”。

圖7 坐標導出設置Fig.7 Coordinate export settings

3.5 偏移量校正

將文件名為“聯(lián)建樓1954”的CSV文件，再次導入Global Mapper軟件中，按照以下步驟進行操作，如圖8所示。

圖8 坐標保存設置Fig.8 Coordinate save settings

(1)點擊“選擇坐標偏移/比例”選項。

(2)設置X、Y坐標的偏移量分別為-20.8和18.7(該偏移量為利用控制點計算得到的經驗值)，點擊確定導入偏移量。

(3)重復上一節(jié)的導出步驟，并將導出文件命名為“聯(lián)建樓1954轉換”。

轉換完成后得到的名稱為“聯(lián)建樓1954轉換”的CSV文件中包含的坐標，即為采掘工程平面圖和井上下對照圖使用的Beijing 1954坐標，如圖9所示。

圖9 目標物拐點坐標匯總Fig.9 Summary of target inflection point coordinates

3.6 精度驗證

將轉換后的坐標進行編輯，生成名稱為“聯(lián)建樓1954轉換”的DAT坐標文件，利用南方CASS 7.0打開采掘工程平面圖或井上下對照圖，然后將該DAT文件導入采掘工程平面圖，效果如圖10所示。

圖10 目標物拐點坐標位置驗證Fig.10 Verification of target inflection point coordinate position

可以看出，通過谷歌地球(Google Earth)在圖上采集煤業(yè)公司聯(lián)建樓的經緯度，經過坐標轉換和偏移處理，填繪到采掘工程平面圖上的位置(黑色)與聯(lián)建樓的實際位置(灰色)幾乎沒有偏差，水平誤差和垂直誤差均未超過2 m，并且超過了手持GPS的測量精度、數據精度和實際效果達到了預期的效果。因此，該技術方法可以用于礦井日常野外調查工作。

4 效益評價

4.1.1 經濟效益

該科技項目突破以往傳統(tǒng)上地測野外調查工作的方式和方法，引入了一種高效、便捷的調查方法。與傳統(tǒng)野外調查手段相比，該手段突破了作業(yè)現(xiàn)場地形、氣候、道路不通和視線受阻等因素的限制，只需打開谷歌地球(Google Earth)電腦客戶端，就能完成數據的采集、整理和填圖工作。該方法不但精度高，而且在工作效率顯著提高的基礎上，減小了野外調查工作的人員成本和用車成本，合理地避免了以往野外調查工作中存在的效率低、難度大以及地形復雜區(qū)域人員安全性等問題，降低了調查工作在人力、物力、財力等方面的投入和支出，經濟效益十分明顯。

4.1.2 社會效益

該方案在較小的投入下，為眾多礦山和地質勘探企業(yè)提供了一種低投入、高效率、高精度的地測野外調查解決方案，該方案不但可以在陜西有色金屬控股集團有限責任公司內部的礦山和地質勘探企業(yè)進行推廣和使用，也可在地質勘查、林業(yè)、土地資源調查、環(huán)境治理等其他相關行業(yè)和領域進行推廣和應用，具有較大的社會效益。

5 結語

隨著無人機航拍技術的不斷發(fā)展，基于無人機的高精度RTK技術、井田地物攝影測量和回采工作面巡檢技術在地質調查、地質災害防治、水文地質普查等領域廣泛應用，相信今后以谷歌地球為基礎的野外調查方法，將極大地提高野外地質調查的精度，讓野外地質調查工作的準確性、即時性和便捷性進一步提高，應用前景廣泛。