开展重要成矿区带地形图更新.doc

开展重要成矿区带地形图更新 为地质找矿提供基础保障服务王怀念（河南省地矿局测绘队，高级工程师 总工办主任）1 河南省重要成矿区带地形图现状豫西南地区集中分布着优势金属矿产，是我国实现地质找矿突破的16个重要成矿区带之一。该地区大地构造位置优越，成矿条件有利，矿产资源丰富，深部找矿潜力巨大。近年来，在渑池、新安等地200m以下发现了隐伏大型富铝土矿床，在小秦岭金矿区2000m深部发现了新的金矿床，在新蔡等地740m以下发现了厚达107m的大型磁铁矿床，栾川、卢氏等地钼、铅锌、银深部找矿工作也取得了重要进展。在郑州召开的“豫西南地区优势金属矿产深部找矿部署方案论证会”上，确定了河南省深部找矿工作应首先在豫西南地区进行找矿示范，从而带动全省深部找矿工作。争取在57年时间内，在该区提交中到大型矿产地10处，提交铁矿石10亿吨、铝土矿1.5亿吨、铅锌100万吨、银1000吨、钼50万吨。然而就是在这个重要成矿区带上，因为历史原因，基本比例尺地形图存在空白或者缺乏现势性，而且图件全为纸质形式，各种要素缺乏属性信息，不能编辑和深加工，不利于数字化、信息化管理，不利于地质调查专题内容的连接和扩展，难以满足现代地质勘查的需求。现有万分之一和更大比例尺的地形图集中在河南省地矿局测绘队、河南省测绘局和煤田地质局物探队手中。尤其是豫西和豫西南部的万分之一地形图，全部是上世纪六十年代、特别是七十年代步入航空摄影测量以后，由地矿局测绘队测绘而成。主要分布在三门峡市、洛阳市、南阳市和信阳市，面积1万多平方公里，合计424幅，大部分处于河南省重要成矿区带上。地质调查更多的是使用15000比例尺，而原有的万分之一地形图资料可为15000地形图的测绘提供基础和参考。2 地形图更新的方法河南省地矿局的HNGICS（地质连续采集运行系统）将在09年6月投入运行，可以全天候跟踪GPS卫星，随时随地提供河南省范围内的三维大地坐标。利用IMU（惯性测量单元）和在分机上装载的能够获取HNGICS定位信息构成的组合导航系统可以获取摄影相机的外方位元素和飞机的绝对位置，实现定点摄影成像和无地面控制的高精度对地直接定位。能直接获取真实地表的高精度三维信息。减少了大量的控制点的布设，减轻了野外工作量，提高作业质量、提高工作效率，是现有情况下测绘基本比例尺地形图的最佳手段，具有较高的社会效益与经济效益。2.1 各种传统的地形图测绘方法比较目前，传统的的测绘成图技术有多种，包括全野外数字化成图、航空摄影测量成图、采用高分辨率卫星影像进行测图等方法。全野外数字化成图方法需要大量的人力资源和仪器设备，并且受天气、地形、地貌诸多条件的限制，在作业过程中工作进度易受影响；航空摄影测量成图方法因太阳高度角、天气原因等易导致成图周期过长，并且需要布设大量的高等级控制点、像控点等，并且不能克服地表植被的影响；采用高分辨率卫星影像进行测图是近几年应用起来的新方法之一，同样该方法受到高空云层的影响，因不能穿透云层而不能获得地面信息，又受地面植被覆盖的影响，不能获得精准的地表模型，而且该方法不能满足15000的地质勘查专用图件的精度要求。本项目的作业区域为河南省西部、西南部地区，属于山高林密、地形较为复杂、经济不发达地区，以上这些方法实施起来都不同程度的受到影响，不能把握工作的进度。2.2 新技术方法的优势相对于多种传统的制图方法，机载激光雷达航测技术具有穿透能力强、数据精度高、周期短等多方面的优势。(1) 强大的穿透能力。传统的成图方法受地面植被的影响，不能准确获取精确地面的信息。而激光雷达技术具有很强的穿透烟雾、植被的能力，通过观测多重反射（multiple echoes）的观测值，测出地表及树顶的高度模型，直接获取地面点信息，因此，对于植被覆盖区域，具有非常重要的应用价值。(2) 高精度DEM产品的获取。激光雷达航测可直接获取高精度的地表三维空间信息，激光点云的平均密度达到每平方4个或更多点，激光点的高程精度一般可控制在0.1米以内。(3) 较短的产品制作周期。由于LIDAR可以直接获取地表的三维空间信息，并且数据处理算法的自动化程度高，因此基于LIDAR技术的航测方法具有较短的产品制作周期。3 技术路线和技术方法3.1 技术路线(1) 机载激光雷达飞行采集数据包括点云数据和数码航片；(2) 利用机载激光雷达获取的数据制作数字高程模型（DEM）和数字正射影像图（DOM）；(3) 利用现有的航测内业全数字航空摄影测量工作站，在立体模型上，采用航片室内判读技术，直接采集数据，生成内业数字线划图（DLG）；(4) 经外业调绘，在计算机上进行修改、编辑，生成国际标准图幅；(5) 最后经过专业处理，加注地质专业要素，形成地质勘查专用图件；(6) 对制作好的DEM和DOM进行处理，生产出工作区三维景观可视化成果。3.2 技术方法3.2.1 激光雷达点云数据处理激光雷达获取点云数据包含了大量的粗差和系统误差，不能直接被使用，此外，所采集的点云数据包含了大量的冗余信息，这些冗余信息对后续的数据分析帮助不大甚至没有帮助，但却要占用大量的存储空间及耗费大量的运算时间。因此，必须进行数据的预处理。地面激光雷达的数据处理步骤如下：(1) 粗差的剔除。原始点云数据包含了大量的粗差、错误和无关信息。采用人工交互操作，在交互编辑环境下，交互地实现粗差的剔除、与考察对象无关信息的剔除和系统性遗漏信息的弥补及修正。(2) 模型的拼接。地面激光雷达直接输出的数据信息是基于该摄站坐标体系的局部坐标数据，为获得研究对象的整体三维模型，不同视角获取的点云数据必须借助于重叠信息融为一体，即将不同摄站的点云数据归并到某一个摄站坐标体系里去。(3) 参考体系的统一。参考体系的统一是后续的数据处理和数据利用的前提，本项目将统一到1980西安坐标系中。(4) 数据的简化。激光雷达的采样数据包含了较多的冗余数据，这些冗余信息对模型的建立或模型特征的提取几乎没有帮助因此要进行数据的简化。本项目中采用简单重采样和对同质区域的合并及重采样两种方法相结合的方式对数据进行简化，排除冗余信息。3.2.2 DEM、DOM制作(1) DEM制作。对经过预处理的点云数据进行分类，将数据中质量较差的点从数据集中剔除，进行初步高程重建；然后将点云数据中的植被点和落在建筑物上的点云数据去掉，进行高程的二次重建以得到准确的地面高程；最后在去除了落在植被和建筑物上的激光点云数据进行地面高程重建，就获取了制作DEM 的地面数据，再利用专业软件生成DEM产品。(2) DOM制作。在制作好的高精度的DEM成果数据基础上，通过定位定向系统（POS）辅助空三加密；然后利用数字微分纠正的方法对原始影像进行微分纠正；最后对相邻数字正射影像进行接边处理，接边重叠带不允许出现明显的模糊和重影，制作出高精度的DOM产品。(3) 内业线划图测制。利用全数字摄影测量工作站进行内业测图工作，初步编辑处理后生成图形文件和野外调绘图。作业流程为：模型建立。内业数字化成图是在模型建立与恢复的基础上进行的，为了确保成图精度，建立模型时采用空三加密结果直接恢复。立体模型恢复后，再对定向点进行逐点检查，以消除系统和人眼视差并起到对加密成果的检查作用。全要素数据采集。数据采集按照内业立体模型上定位，由外业最终定性的原则进行。线状地物及等高线采集时保持连续，面状要素闭合表示，要素相交时严格捕捉。数据导出及编辑出图。内业采集过程必须做到采集与编辑结合作业，使完成的采集成果除不能定性的因素外，基本上与该要素的最终表示效果一致。内业采集的数据在提交外业调绘前，进行以下处理：图层编辑处理；批量分幅；标注图号，绘制接合图表。(4) 外业调绘。外业调绘就是对内业所测绘地物的性质调注和对遗漏、新增地物的补测。调绘时应将原图与实地逐一核对，描绘清楚，图式运用恰当，注记准确。对原图要全面进行实地检查、修测、补测。完成地理名称的调查注记及野外高程点等的测注工作。对已拆除的地物和不需要表示的要素要在调绘图上做删除标记。居民地在图上准确绘出外围轮廓的平面位置，正确显示出各种类型居民地的特点；工矿建筑物、公共设施和独立地物在图上准确表示；道路描绘要求置准确，等级分明，取舍得当、注记正确，并与其它地形要素的关系明确；对河流、沟渠等水系的表示主次分明，连成系统；当两级以上境界重合时，按高一级境界绘出，描绘境界要位置准确，正确反映出境界的等级以及其它要素的关系；正确反映地貌和土质形态和类别；正确反映出植被的种类及分布范围。(5) 制作15000地质勘查专用图件。图形编辑就是在外业调绘的基础上，将外业调绘的内容输入计算机内，加注地质专业要素，并进行名称注记、图幅整饰、分层、接边等，最后输出标准的分幅数据。编辑时采用人工干预的方法逐一修改，对内业测绘的所有线条要素都要进行编辑修改。主要目的是：精确定位，根据外业数据进行地物的改正；转换线型，正确区分各种地物、地貌；依据外业调绘数据增补地物，删除不需要的多余线；配置地物符号，交代地物关系；注记高程点并加绘出等高线；按类别填充各种植被符号；注记各种地理名称、性质说明；图幅分层、接边；图廓整饰，原则上按照15000 110000地形图图式（GB/T5791-93）中规定