薛雄飞，张博龙

(陕西有色榆林煤业有限公司，陕西 榆林 719000)

0 引言

矿井野外地质调查工作，作为矿井设计、建设、开采、隐蔽致灾地质因素普查、地表沉降观测、水土保持和采空区治理等的重要基础，对安全生产和环境保护起着至关重要的作用[1-2]。一般情况下，矿井野外地质测量调查工作大都采用GIS、GPS 和RTK进行现场测量的方式来获取数据，然后在室内通过计算机对观测数据进行处理和分析[3-6]，从而达到野外调查的目的，但是这种观测方法受地形、天气和人员等因素的影响容易产生较大误差[7-9]。为此，通过谷歌地球(Google Earth)和Global Mapper软件坐标转换和偏移校准，以期在足不出户的情况下，轻松获取野外目标地物的位置信息，提高工作效率。

1 传统野外调查方法的局限性

传统情况下，矿井野外地测调查的主要方式以现场调查为主，其主要工作流程大致可以分为选定测量目标地物、利用手持GPS或RTK进行现场数据采集、将采集的数据进行汇总和整理，并导出到计算机、将整理好的数据填绘到图纸上、提交测量成果。传统的调查方法必须以野外实地采集数据为前提，对人员、设备、车辆、地形条件和安全状况的要求较高，主要特点有外业工作量大、受地形和气候条件影响、需要占用人员和车辆、工作效率低等缺点。因此，为提高地测野外调查工作的效率，减小人力、物力和财力等方面不必要的支出，有必要针对矿井井田地物调查的特点，研究提出更加便捷和高效的技术方案。

2 方案介绍

2.1 软件介绍

谷歌地球(Google Earth)是一款谷歌公司开发的虚拟地球软件，它把高清卫星照片、航空照相和WGS84坐标系统紧密布置在一个地球的三维模型上，只要打开电脑客户端就可以浏览全球任何地方的高清卫星图片，并实现目标物面积、长度、高度、角度、方位角等参数的测量和标定以及经纬度坐标的导入和导出卫星图片的打印和输出等功能。

谷歌地球(Google Earth)上的全球地貌影像的有效分辨率至少为100 m，通常为30 m(例如中国大陆)，在分辨率为30 m的情况下，测量精度基本可以满足日常的野外调查要求[10-14]。

2.2 方法介绍

研究项目以谷歌地球(Google Earth)的经纬度导入和导出功能为基础，利用Global Mapper的WGS84经纬度坐标与Beijing 1954大地坐标之间的相互转换。以矿井工业广场已知标志性地物为基准，计算该已知地物的实际坐标与经纬度转换坐标之间的偏差值，利用该偏差值校准转换坐标，最后通过南方CASS 7.0成图系统。将转换后的坐标填绘到矿井采掘工程平面图和井上下对照图等图纸上，从而达到精准确定目标地物的目的。

2.3 方法优势和应用范围

该技术方案有效地避免了野外实际调查中地形、天气、人员、设备、车辆、工作环境安全状况等因素对调查工作的影响，在足不出户的情况下，实现对野外目标地物的调查和填图工作，经过实际验证该调查手段对地物测量的最大误差不超过5 m，精度超过了手持GPS的测量精度，完全满足矿井野外调查的精度要求，可以在矿井、地质勘查、林业、土地资源调查、环境治理等其他相关行业和领域进行推广和应用。

3 技术方案

该技术方案可以调查的地物目标包括井田范围内及周边的建筑物、厂房、道路、耕地、林地、河流、水库、池塘、人工湖等明显的地物目标。下面通过实例说明该技术方案的主要操作流程、步骤及结果验证。

3.1 圈定目标物

假设需要实测某公司联建楼的具体位置，在不进行现场实测的情况下，仅在室内完成坐标采集，并将结果填绘在采掘工程平面图上。以此为任务，首先打开谷歌地球(Google Earth)，利用路径工具将煤业公司联建楼的主体轮廓描绘出来，如图1所示。

图1 目标地物路径Fig.1 Path of target surface object

3.2 采集目标物经纬度

将描绘出联建楼的路径，另存为.KML文件格式，并将其后缀名更改为.TXT，用记事本打开后线框中的数据即为联建楼各拐点的经纬度坐标，如图2所示。

按照第1列经度、第2列纬度和第3列点号的格式，将经纬度坐标进行汇总和整理，另存为以逗号分隔的CSV格式文件，并命名为“联建楼”备用，如图3所示。

3.3 经纬度转换

将联建楼各拐角的WGS84经纬度坐标，转换为矿井使用的Beijing 1954大地坐标。打开Global Mapper软件，将文件名称为“联建楼”的CSV文件导入Global Mapper中，投影设置选择“地理经纬度(Geographic Latitude /Longitude)”，基准选择“WGS84”，如图4所示。

图3 目标物各拐点经纬度数据汇总Fig.3 Longitude and latitude data of each inflection point of the target

图4 经纬度导入Fig.4 Longitude and latitude importing graph

联建楼拐点导入后，如图5所示。

图5 目标物拐点示意Fig.5 Target inflection point

3.4 坐标转换导出

将导入的经纬度坐标，按照相应参数进行设置，如图6所示。投影选择高斯投影(Gauss-Kruger)3度带，选择目标地区所在带号，即37°带(109.5E～112.5E)，基准选择矿井通用的Beijing 1954大地坐标。

图6 坐标转换设置Fig.6 Coordinate conversion settings

设置成功后点击“确定”，就完成了WGS84经纬度坐标到Beijing 1954大地坐标的转换，最后按照以下步骤将坐标导出，如图7所示。点击“文件”选项卡→在下拉菜单中选择“输出”选项→在输出选项的弹出菜单中选择“输出矢量格式”命令→选择输出文件的格式为CSV格式→保存CSV坐标文件，将文件命名为“联建楼1954”。

图7 坐标导出设置Fig.7 Coordinate export settings

3.5 偏移量校正

将文件名为“联建楼1954”的CSV文件，再次导入Global Mapper软件中，按照以下步骤进行操作，如图8所示。

图8 坐标保存设置Fig.8 Coordinate save settings

(1)点击“选择坐标偏移/比例”选项。

(2)设置X、Y坐标的偏移量分别为-20.8和18.7(该偏移量为利用控制点计算得到的经验值)，点击确定导入偏移量。

(3)重复上一节的导出步骤，并将导出文件命名为“联建楼1954转换”。

转换完成后得到的名称为“联建楼1954转换”的CSV文件中包含的坐标，即为采掘工程平面图和井上下对照图使用的Beijing 1954坐标，如图9所示。

图9 目标物拐点坐标汇总Fig.9 Summary of target inflection point coordinates

3.6 精度验证

将转换后的坐标进行编辑，生成名称为“联建楼1954转换”的DAT坐标文件，利用南方CASS 7.0打开采掘工程平面图或井上下对照图，然后将该DAT文件导入采掘工程平面图，效果如图10所示。

图10 目标物拐点坐标位置验证Fig.10 Verification of target inflection point coordinate position

可以看出，通过谷歌地球(Google Earth)在图上采集煤业公司联建楼的经纬度，经过坐标转换和偏移处理，填绘到采掘工程平面图上的位置(黑色)与联建楼的实际位置(灰色)几乎没有偏差，水平误差和垂直误差均未超过2 m，并且超过了手持GPS的测量精度、数据精度和实际效果达到了预期的效果。因此，该技术方法可以用于矿井日常野外调查工作。

4 效益评价

4.1.1 经济效益

该科技项目突破以往传统上地测野外调查工作的方式和方法，引入了一种高效、便捷的调查方法。与传统野外调查手段相比，该手段突破了作业现场地形、气候、道路不通和视线受阻等因素的限制，只需打开谷歌地球(Google Earth)电脑客户端，就能完成数据的采集、整理和填图工作。该方法不但精度高，而且在工作效率显著提高的基础上，减小了野外调查工作的人员成本和用车成本，合理地避免了以往野外调查工作中存在的效率低、难度大以及地形复杂区域人员安全性等问题，降低了调查工作在人力、物力、财力等方面的投入和支出，经济效益十分明显。

4.1.2 社会效益

该方案在较小的投入下，为众多矿山和地质勘探企业提供了一种低投入、高效率、高精度的地测野外调查解决方案，该方案不但可以在陕西有色金属控股集团有限责任公司内部的矿山和地质勘探企业进行推广和使用，也可在地质勘查、林业、土地资源调查、环境治理等其他相关行业和领域进行推广和应用，具有较大的社会效益。

5 结语

随着无人机航拍技术的不断发展，基于无人机的高精度RTK技术、井田地物摄影测量和回采工作面巡检技术在地质调查、地质灾害防治、水文地质普查等领域广泛应用，相信今后以谷歌地球为基础的野外调查方法，将极大地提高野外地质调查的精度，让野外地质调查工作的准确性、即时性和便捷性进一步提高，应用前景广泛。