CASS 8.0在绘制地质工作部署图坐标转换中的应用

徐 阳

(山东省煤田地质局第一勘探队，山东青岛 266555)

0 引言

在多金属矿勘探过程中，往往采用磁法勘探和激电中梯的方法进行工作区域的勘探(崔东郓和王伟建，2009；管志宁，2015；王猛和梁中朋，2015)，或运用综合物探方法分区域探测多金属矿在测区的分布状况(李荣亮等，2017)。多金属矿往往分布在地理环境较为复杂的地域，因此寻找创新型的找矿方法成为了重要的研究对象(任为望等，2012；郭世强，2013；王晓军等，2013；林斌，2018；邰文星等，2019；李俊杰等，2019)。而地质勘探往往处在人烟稀少的地段，环境比较恶劣，严重威胁到野外工作人员的生命安全，因此需要寻找合适的方法以大大降低野外工作环境的危险程度(苑立清和赵金凯，2009)。因而，施工前的工作部署图的合理规划以及坐标点的布置成为了重中之重(曾群望，1985；刘励慎和汪津华，1987；臧忠淑和蒋树一，2003；艾斯卡尔和李华，2010；王宝江，2010；张建恩等，2010)，而将测绘遥感等技术合理应用到地质勘探工作部署图的规划中可以大大提高工作效率(包世泰等，2004；康世英和张宏伟，2006；胡志文等，2012；张维宽等，2012；何辉等，2014；徐力峰，2014；狄广礼和刘剑英，2015；周朝宪等，2015；李飞等，2018；王浩峰等，2019)。在众多测绘软件中，CASS具有非常强大的地质图编辑功能，及坐标点导入导出的功能，因此运用CASS软件对多金属矿的工作部署图进行转换具有十分强大的优点(李得基等，2006；韦晶珠，2010；李丙法，2017)。

结合以往的研究发现，本文首次提出运用测绘程序CASS 8.0来直接绘制地质勘查类的工作部署图，并利用测绘学科软件与地质学科知识的交叉应用优势，使数据导入导出操作简便化，易于掌握，并且绘图精确度提高，使点坐标直接呈现在图形上，便于后期修改调整。

针对大面积比例尺坐标点导出导入的困难问题，本文尝试直接运用测绘软件CASS 8.0中对高程点的绘制和输出，直接转换为带有测点线号的点坐标。该点坐标无须经过再次变换，经Excel调整变换即可按线号批量导入手持GPS定位仪中。

CASS 8.0在地貌、地物绘制，点坐标的绘制、提取等方面具有明显的优势。为了有效解决坐标点批量生成及导入问题，本文首次提出运用测绘软件CASS 8.0的点阵排列工具及有编码高程点的批量输出的功能，输出带有线号以及序号的点坐标。此方法操作简单快捷，无需通过编程或应用Excel表格方程式，即可得出直观并且方便测绘仪器使用的数据及工作部署图，可极大提高坐标点提取的可操作性及简便性。

1 技术方法

1.1 测线坐标点的生成

在勘探野外工作中，采用手持GPS定位仪所需要的测点坐标包括四个部分：横坐标、纵坐标、线号、点号。文件格式为(李荣亮等，2017)：

横坐标 纵坐标 线号 点号

4654445.415 48860.885 100 001

4654485.957 48860.609 100 002

4654524.640 48861.241 100 003

……

首先使用CASS 8.0绘制出需要的测点布阵图，打开CASS软件，点击“绘图处理”中的“展野外测点点号”，利用GPS定位仪测出的工区边界点坐标绘制出工区边界。运用CASS中的对象捕捉功能，将边界点连成线，绘制首条测线，并运用阵列复制功能绘制工区的所有测线，在每条测线端点处输入测线号，输入命令g，捕捉每条测线与边界点的交点，并输入相应的测线号来作为高程点高程，选中所绘制高程点，点击“阵列复制”输入角度、间距、数目等信息，删除工区边界外高程点。绘制一条闭合的边界线将所有高程点包含在内，点击“工程应用”——“高程点生成数据文件”——“有编码高程点”，此时操作平台上会自动弹出“输入数据文件名”的对话框，选择相应文件并点击“打开”按钮，输入数据文件名后出现请选择(1)选取高程点范围(2)直接选取高程点或控制点，输入1，点击回车按钮，此时命令栏出现“请选取建模区域边界”的命令，点击绘制的闭合边界，即可生成所需坐标文件(*.dat格式)(林斌，2018)。文件格式为：

测点序号 纵坐标 横坐标 高程点

1， ，48860.885 4654445.415 1

2， ，48860.609 4654485.957 1

3， ，48861.241 4654524.640 1

……

对于CASS 8.0导出的坐标文件，利用Microsoft Excel对数据进行处理，即可得到野外勘探工作的坐标文件。具体步骤如下：①打开生成的测点坐标；②对数据进行分裂；③按高程点的数值对整个表格进行重新排序，并改为测线序号；④将测点序号调整到最后一列，并重新按照测线的线号更改对应的序号；将纵坐标列与横坐标列互换。具体操作流程图如图1所示：

图1 CASS 8.0生成坐标流程Fig.1 Flowchart of CASS 8.0 coordinate generation

1.2 工作部署图的绘制

将生成的坐标文件按照以下格式重新修改并保存，文件格式为：

测点序号 纵坐标 横坐标 高程点

1， ，48860.885 4654445.415 1

2， ，48860.609 4654485.957 1

3， ，48861.241 4654524.640 1

……

具体步骤如下：①利用Microsoft Excel打开生成的测点坐标；②将测点序号调到第一列，并在后面插入新的一列；③将横坐标与纵坐标对调；④将文件保存为*.csv格式；⑤将*.csv格式的文件修改为*.dat格式文件。

在CASS 8.0中打开相应的地形地质图，点击“绘图处理”——“展野外测点点号”，此时操作平台上会自动弹出“输入坐标数据文件名”的对话框，选择以上生成的*.dat格式文件，并点击“打开”，即可将野外测点点号展到图上。继续点击“绘图处理”——“展高程点”，此时操作平台上会自动弹出“输入坐标数据文件名”的对话框，再次选择以上生成的*.dat格式文件并点击“打开”，即可将测线的线号展到地形地质图上。具体操作流程图如图2所示。

图2 CASS 8.0绘制工作部署图流程Fig.2 Flowchart of drawing work deployment map by CASS 8.0

2 应用实例

2.1 1∶1万高精度磁测工作中坐标点生成及工作部署

在内蒙古自治区额济纳旗黑鹰山南区铅多金属矿普查项目中，勘查区位于内蒙古自治区西部额济纳旗的达来呼布镇西偏北约200 km处，地理极值坐标为：东经98°51′56″—98°59′36″，北纬42°01′31″—42°04′01″，勘查区面积20.14 km2。

勘查过程中，首先在该区进行了1∶1万地质草测，1∶1万高精度磁法测量，然后选择位于F1、F2断层附近的成矿有利部位，进行了1∶1万激电测量、槽探、激电测深工作。

(1)GPS卫星定位仪参数的设置

磁测扫面测网以本地区国家三角点为起算点，施测GPS(E级)控制网作为该工区的首级控制。

测网基线在首级控制网的基础上发展，采用动态GPS(RTK)进行，其相应的参数设置如下：

坐标系统：选择西安80坐标系，高程采用1985高程系。

(2)测网布置

测区内测线按照0°方位角布置。

点、线号的编排方法原则是：测线号与测点号从南到、北从西向东由小至大。

(3)测量网度(100×40)

每条测线的测点插卫生筷子标记，并用记号笔清楚写明点线号，以便后续工作时能在野外现场识别。测地工作依据执行GB/T18314-2009《全球定位系统(GPS)测量规范》、GB/T18314-2001《地质矿产勘查测量规范》、DZ/T0153-95《物化探工程测量规范》、《物化探测量规范》，严格遵守有关规范和设计要求。对外业测量采用不定时的自检、互检、确保测量质量。为保证点位相对误差小于5 m，工作中卫星数量不少于5颗。

普查区高精度磁测测线方位角0°点、线号的编排方法原则是：测线号与测点号从南到北、从西向东由小至大。测网网度100 m×40 m，每条测线的测点插卫生筷子标记，并用记号笔清楚写明点线号，以便后续工作时能在野外现场识别。该工区边界4个点的坐标分别为：

4657687.170，488859.530

4657685.430，499360.740

4654445.420，488860.890

4654445.280，499361.040

按照1.1的方法得到的前10个点的坐标如下：

横坐标 纵坐标 线号 点号

4654445.42, 488860.89, 1, 1

4654485.96, 488860.61, 1, 2

4654524.64, 488861.24, 1, 3

4654565.46, 488860.98, 1, 4

4654605.28, 488860.93, 1, 5

4654645.43, 488861.03, 1, 6

4654685.39, 488861.1, 1, 7

4654725.23, 488861.01, 1, 8

4654765.97, 488861.09, 1, 9

4654805.61, 488861.25, 1, 10

将该方法产生的坐标文件生成*.csv格式后导入GPS高精度手持仪器(合众思壮MG838)即可进行野外定点。该方法的优点是能利用CASS 8.0的专业性绘图工具直观、精准、简洁地绘制工区坐标点的位置。在勘探工区中若存在不可逾越的障碍物时，如河流、湖泊、陡崖等，亦可根据地形地质图及时调整测点位置，合理规划路线，提高工作效率，降低野外工作风险，迅速准确输入输出测点坐标。

将以上文件转变为CASS 8.0使用的*.dat文件如图3所示。

图3 1∶1万磁测测点转换后的dat文件格式Fig.3 Dat file of 1∶10000 magnetic measurement points after transformation

将以上文件展到CASS打开的地形地质图中，调整坐标点的格式、大小等特性，便可得到相应的工作部署图，如图4所示。本次应用共生成测线106条，测点坐标8693个，使用天宝R4 GPS差分定位系统复测，精确度达到mm级别。

2.2 1∶1万高精度激电中梯工作中坐标点生成及工作部署

普查区激电区测线方位角45°，测网网度100 m×20 m，线号、点号均以1 m为单位编号，线号由南向北、点号由西向东增大。每条测线的测点插卫生筷子标记，并用记号笔清楚写明点线号，以便后续工作时能在野外现场识别。该工区边界6个点的坐标分别为：

图4 黑鹰山南区铅多金属矿普查1∶1万磁测测点坐标投影到地图上效果Fig.4 Map projection of coordinates of 1∶10000 magnetic survey points for lead polymetallic ore survey in the south of Heiyingshan district

4656292.976，490727.507

4656294.945，494406.776

4657708.181，494406.058

4657708.181，494406.058

4654455.492，495071.401

4654455.191，490729.890

按照1.1的方法得到的前10个点的坐标如下：

横坐标， 纵坐标， 线号， 点号

4655799.580， 490730.022, 1300.000， 1

4655813.722， 490744.164, 1300.000， 2

4655827.864， 490758.306， 1300.000， 3

4655842.006， 490772.448， 1300.000， 4

4655856.148， 490786.590， 1300.000， 5

4655870.290， 490800.732， 1300.000， 6

4655884.433， 490814.875， 1300.000， 7

4655898.575， 490829.017， 1300.000， 8

4655912.717， 490843.159， 1300.000， 9

4655926.859， 490857.301， 1300.000， 10

将该方法产生的坐标文件生成*.csv格式后导入GPS高精度手持仪器(合众思壮MG838)即可进行野外定点，将以上文件转变为CASS 8.0使用的*.dat文件,如图5所示。

图5 1∶1万电测测点转换后的dat文件格式Fig.5 dat file format of 1∶10000 electric measuring points after transformation

将以上文件展到CASS打开的地形地质图中，

调整坐标点的格式、大小等特性，便可得到相应的工作部署图，如图6所示。本次应用共生成测线44条，测点坐标4511个，使用天宝R4 GPS差分定位系统复测，精确度达到mm级别。

2.3 工作部署图生成后测网敷设及质量评述

2.3.1 测网敷设及质量评述

物探网测线放样全部采用科力达风云K-9双频接收机进行实时定位放样，投入一个基准站、四个移动站。这样既保证了工作效率的提高，又保证了测量精度。

动态RTK测量精度指标：

平面精度：±2 cm+2 ppm

高程精度：±3 cm+1 ppm

仪器通过山东省计量科学研究院质量检测，其精度指标符合作业要求，可以投入生产。

(1)作业方法

本次物探网的布设采用网络RTK模式，即在工区内只架设一个基准站，通过GPRS网络与通讯控制中心连接，流动站也通过GPRS将自己的初始化位置传输给控制中心，并接受中心发送的差分信号，生成厘米级的位置信息。网络RTK的作业半径可达20 km，能覆盖整个工区。

图6 黑鹰山南区铅多金属矿普查1∶1万电测测点坐标投影到地图上效果Fig.6 Map projection of coordinates of 1∶10000 electric survey points for lead polymetallic ore survey in the south of Heiyingshan district

选取通视开阔，设置相对制高点作为基准站(基站架设在未知点上)，在其上安置一台接收机，连续跟踪所有的可见卫星，连接通讯控制中心，发送实时改正信息；另四台有接收GPRS网络信号的GPS接收机作为流动站，流动站的移动手簿通过在已知控制点上进行点校正，校正后便可在事先输入好的测线上进行测点的布设。在测点位置，压有写有点线号的红纸条以作标记，并且每到达一个点都在电子手薄中记录下当前的坐标位置。

(2)RTK作业要求

①至少同步观测4颗以上分布良好的卫星，并在运动过程中保持连续的跟踪。

②在实时动态状态下显示移动站的三维坐标，以及其相应的坐标分量的中误差，通过设置最大点位中误差实现对测量精度的限制，符合要求的记录，否则拒绝记录。

2.3.2 高精度磁测工作及其质量评述

普查区高精度磁测测线方位角0°点、线号的编排方法原则是：测线号与测点号从南到北、从西向东由小至大。测网网度100 m×40 m，每条测线的测点插卫生筷子标记，并用记号笔清楚写明点线号，以便后续工作时能在野外现场识别。

磁法测量使用5台GSM19T型质子磁力仪。在开工前和工作结束后对仪器性仪器一致性进行校验。

测点使用GSM19T型质子磁力仪作总场观测，每次观测时探头的高度保持一致，日变和野外磁测仪器时间调成一致。观测人员严格“去磁”，未携带任何铁磁性物品。在生产期间，避开了干扰。通过每天对日变数据的分析，未遇到磁暴。变观测点位于磁测总基点上。

日变观测使用了性能较稳定的GSM19T质子磁力仪，进行日变观测，每20秒观测一次。每天的日变观测早于各仪器的早校正点观测之前开始，迟于晚校正点观测之后结束。

当天原始记录传入计算机之后进行100%自检验收，并填写磁法资料日验收记录表,确保记录数据完整齐全，合格后保存原始观测文件。内业计算主要包括仪器一致性精度计算、测点ΔT值计算、质量检查精度计算等。

质量检查采用“一同三不同”(同点位、不同仪器、不同日期、不同操作员)的质量检查原则进行。本区1∶10000高精度磁测工作共完成34.55 km2，全区扫面共完成物理点8693个，质检点490个，检查率5.6%，野外观测精度：±1.3 nT。野外观测质量满足《地面高精度磁测勘查技术规程》和设计的要求，质量合格。

ΔDi—第i点观测值与放样坐标的点位差；n—观测总点数，i=1,2,3,……n。

平面点位中误差：m位(剖)=±0.57 m;

m允(剖)=±6.25 m

高程点位中误差：m高(剖)=±0.41 m;

m允(剖)=±5 m

从检查结果来看，本区的测量工作精度可靠，精度指标满足设计及规范要求，为野外物探数据的采集提供了可靠的保障。

2.3.3 激电中梯工作及其质量评述

普查区激电区测线方位角45°，测网网度100 m×20 m，线号、点号均以1 m为单位编号，线号由南向北、点号由西向东增大。

使用仪器为重庆地质仪器厂生产的DFZ10-2型大功率智能发射系统和与之配套的DJS-8型数字直流激电接收机，供电电源选择为本田发电机ET12000交流发电机，配以直流稳压装置。

在野外施工过程中严格按照《时间域激发极化法技术规程(DZ/T0070-93)》、(DZ/T0153-2014)《物化探工程测量规范》执行。

激电异常是明显高于背景值的ηa变化。为减少背景值本身的波动和观测误差给异常圈定带来的影响，一般通过异常下限来划定异常，异常下限取决于背景值的大小、稳定性和ηa的观测精度。在激电中梯所测量的全部极化率数据中，剔除畸变、突变数据后去掉大于3.0%的数据，将剩余数据取算术平均值作为该测区极化率背景值。

经计算本区极化率背景值为1.45%。根据公式ηa下限=(1+3Mηa)×计算异常下限，其中Mηa=3.34%，ηa背景=1.45%，计算得ηa下限=1.60%。

在电脑上对测区所有测线起始点坐标和重复观测点坐标等资料数据进行统一整理记录。由技术人员进行100%自检及互检验收，确保记录数据完整齐全。对已检查野外数据进行室内综合处理，保证每个数据采集对畸变点进行分析并剔除，保证处理结果的高保真度和电性分布特征的客观真实性。结合数据整理激电中梯视电阻率和视极化率等值线平面图和激电测深成果图件，根据所得资料对工作区电性特征进行分析解释，并编写物探成果报告点与实际坐标相对应，计算视电阻率数值，根据实际数据采集点位整理物探工作实际材料图。

本区1∶10000激电中梯工作共完成9.00 km2，共计4644个有效物理点。质量检查按照“同点位、不同接收机、不同操作员、不同电流”的“一同三不同”原则进行，共计检查150个点，质检比例为3.1%(设计及规范要求不低于3.0%)。经统计计算，质量检查视极化率实达均方相对误差为±3.34%(设计要求低于4.0%)；视电阻率实达均方相对误差为±4.40%(设计要求低于7.0%)，表明质量满足设计及规范要求，整体工作完成情况良好。

3 结论

基于对工作中测线点坐标批量提取及输入的需求，本文提出了一种运用CASS 8.0更加简便得出工作部署图以及测线点坐标的方法，并批量输入到GPS手持定位仪中。对比结合VB6.0语言或Visual C++编程等得出坐标点数据的方法，此操作方式更加简单、直观。通过直接绘制点和提取点坐标，无需坐标转换即可获得能够批量导入GPS手持仪中的数据。同时，在绘制点阵的过程中，运用CASS 8.0带来的优势，可以在施工前结合地形地质图合理删除一些无效点，甚至可以绘制曲线型的测线来规避危险区域或者障碍物(悬崖、峭壁等)，以提高工作效率，保障工作人员的生命安全。将这些技术运用到内蒙古自治区额济纳旗黑鹰山南区铅多金属矿普查工作中，得到了较好的效果。

[附中文参考文献]

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