基于Google Earth影像測(cè)制大比例尺地形圖

文宏軍，卜綠葉

（洛陽(yáng)城市建設(shè)勘察設(shè)計(jì)院有限公司，河南洛陽(yáng)471000）

0 引言

地形測(cè)量指的是測(cè)繪地形圖的作業(yè)。即對(duì)地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程進(jìn)行測(cè)定，并按一定比例縮小，用符號(hào)和注記繪制成地形圖的工作。常規(guī)地形圖測(cè)量方法有：地面數(shù)字測(cè)圖和航空攝影測(cè)圖。地面數(shù)字測(cè)圖野外工作量大，作業(yè)周期長(zhǎng)，成本高，而航空攝影測(cè)量雖野外工作量較小，但只較適合大面積地形測(cè)量，對(duì)于小面積地形測(cè)繪，由于其航攝成本高，航攝要求較苛刻，故小面積作業(yè)不便采用。近年來(lái)，隨著航天技術(shù)與數(shù)字影像技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星遙感影像質(zhì)量不斷提高，空間分辨率從原來(lái)的幾十米發(fā)展到今天的 0.41 m(GeoEye－1，全色)，影像處理技術(shù)也發(fā)生了質(zhì)的飛躍，衛(wèi)星影像資料種類(lèi)繁多，影像處理軟件層出不窮，影像清晰度不斷提高。GoogleEarth集成了遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)三種高新技術(shù)的功能、部分地區(qū)影像分辨率高達(dá) 0.5 m，可在全球范圍內(nèi)周期性地更新。衛(wèi)星遙感影像具有獲取周期短、成本低、野外工作量小的特點(diǎn)，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。本文通過(guò)工程實(shí)例介紹了基于Google Earth影像測(cè)制大比例尺地形圖的生產(chǎn)流程。

1 測(cè)區(qū)概況及技術(shù)設(shè)計(jì)方案

1.1 測(cè)區(qū)概況

該項(xiàng)地形圖測(cè)量主要用于新蔡縣黃樓鎮(zhèn)總體規(guī)劃。黃樓鎮(zhèn)位于新蔡縣西部，號(hào)稱(chēng)“西大門(mén)”，距縣城21 km處，西與平輿縣萬(wàn)金店鄉(xiāng)相鄰。駐新公路橫貫全境，北臨小洪河、小清河，黃樓鎮(zhèn)交通便利，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，駐新公路穿境而過(guò)，大廣高速、新陽(yáng)高速在境內(nèi)交叉，形成黃金十字架，鎮(zhèn)政府所在地東距大廣高速出口5 km，西距新陽(yáng)高速出口15 km。境內(nèi)有戚橋港、團(tuán)結(jié)港，黃余路、黃李路、黃石路、黃化路呈放射狀覆蓋全境。屬淮北沖擊湖積平原，地勢(shì)低平，地面高程一般在海拔32～41 m之間，相對(duì)高差10 m左右。西北略高，東南稍低，自西北向東南呈微傾斜狀。

1.2 技術(shù)方案設(shè)計(jì)

1.2.1 生產(chǎn)流程（見(jiàn)圖1）

圖1 生產(chǎn)流程圖

1.2.2 成圖規(guī)格

采用高斯-克呂格投影,按3°分帶。平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用1980西安坐標(biāo)系，中央子午線(xiàn)為114°，位于第38度帶；高程采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，高程注記標(biāo)注到 0.01 m，等高距為 1 m。

1.2.3 成圖精度

（1）內(nèi)業(yè)加密點(diǎn)對(duì)附近野外控制點(diǎn)的平面位置中誤差以圖比例尺計(jì)不得大于0.5 mm；

（2）地物點(diǎn)對(duì)附近野外控制點(diǎn)的平面位置中誤差以圖比例尺計(jì)不得大于0.75 mm。

1.2.4 成圖內(nèi)容

制作鎮(zhèn)區(qū)1：5000比例尺數(shù)字化現(xiàn)狀地形圖。測(cè)區(qū)內(nèi)的道路、街道、河流、溝渠、橋梁、高層建筑、公建單位、小區(qū)、村莊內(nèi)主要道路需要詳細(xì)繪出，地形圖規(guī)格和精度滿(mǎn)足鎮(zhèn)區(qū)總體規(guī)劃要求。

2 作業(yè)過(guò)程

2.1 Google Earth影像獲取

在Google Earth上利用截圖工具，截取測(cè)區(qū)Google Earth影像。測(cè)區(qū)新蔡縣黃樓鎮(zhèn)Google Earth影像分辨率為 1.5 m，影像拍攝時(shí)間為2015年2月 11日，道路、房屋、溝渠、田間小路等影像清晰可見(jiàn)（見(jiàn)圖2）。

圖2 測(cè)區(qū)Goog le Earth影像

2.2 像控點(diǎn)的選取

在 Google Earth影像圖上選擇具有明顯影像特征的像片控制點(diǎn)，選擇依據(jù)是；要均勻分布在整個(gè)校正區(qū)域、特征要固定而明顯、并能正確識(shí)別和定位。如：固定的建筑物的角點(diǎn)、圍墻的拐點(diǎn)、河流拐彎處或交叉處、橋梁和交叉路口等。

2.3 像控點(diǎn)的測(cè)量

像控點(diǎn)測(cè)量采用網(wǎng)絡(luò)GPS-RTK測(cè)量技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)GPS-RTK具有精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，各類(lèi)研究報(bào)告顯示，RTK測(cè)量精度與常規(guī)測(cè)量的I級(jí)導(dǎo)線(xiàn)、IV等水準(zhǔn)相當(dāng)，可以滿(mǎn)足各類(lèi)測(cè)量的圖根控制精度要求。

2.4 影像糾正

傳統(tǒng)的圖像幾何校正是先打開(kāi)圖像，在圖像上選好點(diǎn)后再輸入對(duì)應(yīng)點(diǎn)的地面坐標(biāo)，這樣不但容易將點(diǎn)號(hào)及坐標(biāo)輸錯(cuò)，而且點(diǎn)多時(shí)非常繁瑣。因此，該項(xiàng)目采用南方CASS軟件進(jìn)行影像糾正。首先將RTK采集的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)在CASS軟件的繪圖區(qū)展繪出來(lái)；然后根據(jù)控制點(diǎn)的分布，再將GoogleEarth影像插入和放大，就可以直接在圖像上選定控制點(diǎn)并捕捉對(duì)應(yīng)的地面控制點(diǎn)。這樣就完成了地面控制點(diǎn)與圖像上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的匹配關(guān)系，最后執(zhí)行“糾正”命令即可。圖像幾何校正的效果與控制點(diǎn)的位置、數(shù)量、分布、糾正方法及圖像上采點(diǎn)的準(zhǔn)確度有關(guān)。因此，在控制點(diǎn)選好后，應(yīng)特別注意提高在圖像上采點(diǎn)的精度，最好將圖像適當(dāng)放大，并且在AutoCAD的“選項(xiàng)”框中將“十字光標(biāo)大小”調(diào)到適合大小。圖像幾何糾正后的點(diǎn)位誤差不超過(guò)1m即可達(dá)到滿(mǎn)意的效果。

2.5 影像矢量化

首先在CASS里建立13個(gè)圖層（地貌和土質(zhì)層、工礦建筑物及其它設(shè)施層、控制點(diǎn)和高程點(diǎn)層、居民地和垣柵層、交通及附屬設(shè)施層等）并賦予各層不同的顏色；然后將GoogleEarth影像作為底圖，用CASS制圖工具直接在上面矢量化。建筑物的矢量化，其點(diǎn)位選取以建筑物的地基為準(zhǔn)，若地基位置不清，可以其他影像代替，如房屋的房檐，根據(jù)該項(xiàng)目實(shí)際的情況，可酌情減去 30cm～50 cm。溝渠等地貌以實(shí)地影像邊線(xiàn)為準(zhǔn)矢量化。若有樹(shù)木覆蓋，以樹(shù)木邊沿繪出，若林帶較寬(超過(guò)圖上2mm)，則林帶單獨(dú)繪出；水塘、道路等邊線(xiàn)，以《地形測(cè)量規(guī)范》方法繪出，即水塘繪出水崖線(xiàn)，水塘邊線(xiàn)，道路繪出路邊線(xiàn)、路肩線(xiàn)、路溝兩邊線(xiàn)。對(duì)于面狀地物（如建筑物、湖泊等）一定要使其外輪廓線(xiàn)閉合。對(duì)于圖像上被陰影遮擋的信息，可以通過(guò)地面測(cè)量來(lái)彌補(bǔ)。

2.6 高程點(diǎn)測(cè)量和精度檢查

目前Google Earth影像只能提供平面坐標(biāo)，其高程精度還不能滿(mǎn)足地形圖測(cè)量要求，因此高程需要實(shí)地測(cè)量。高程測(cè)量在視野開(kāi)闊信號(hào)較好的地區(qū)利用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行，在建筑區(qū)及樹(shù)木密集區(qū)可以用全站儀或水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測(cè)量。根據(jù)規(guī)范要求高程注記點(diǎn)應(yīng)選在明顯的地物點(diǎn)和地形特征點(diǎn)上，其密度為圖上每100 cm2內(nèi)，平地、丘陵地10～20個(gè)；山地、高山地及地形特征點(diǎn)稀少地區(qū)8～15個(gè)。等高線(xiàn)注記圖上每100 cm2內(nèi)1～3個(gè)。測(cè)量高程同時(shí)也可對(duì)地物、地貌點(diǎn)的平面精度進(jìn)行檢核。

2.7 地形圖數(shù)據(jù)編輯

地形圖編輯前，先要進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，清除冗余，檢查斷線(xiàn)并連接，理清圖層、圖色。全圖數(shù)據(jù)整理完后，一般先編輯等高線(xiàn)。等高線(xiàn)應(yīng)真實(shí)表示地貌，走向合理，連續(xù)光滑，在山頭、洼地要適當(dāng)加繪示坡線(xiàn)。地物的編輯須相當(dāng)仔細(xì)，一定要認(rèn)真按照外業(yè)檢測(cè)資料，準(zhǔn)確運(yùn)用圖式符號(hào)編輯。各種文字注記和數(shù)字注記準(zhǔn)確無(wú)誤。地物、地貌編輯完，還須進(jìn)行矢量的三維數(shù)據(jù)檢查。之后，圖幅接邊，圖外整飾。

2.8 檢查驗(yàn)收

一幅圖經(jīng)過(guò)編輯后,還不能立即交付使用，必須經(jīng)過(guò)質(zhì)檢部門(mén)100%的檢查。檢查的內(nèi)容主要有兩項(xiàng)，即圖面檢查和上機(jī)檢查。圖面檢查是檢查圖面線(xiàn)劃是否規(guī)范，地物、地貌表示是否合理，注記是否正確，是否有錯(cuò)漏等。上機(jī)檢查主要檢查圖層、圖色是否正確，是否有斷線(xiàn)、冗余數(shù)據(jù),圖幅之間是否接邊等。圖幅檢查合格，才可交付。

3 優(yōu)越性

Google Earth影像測(cè)制地形圖與其它成圖方法相比，具有許多優(yōu)越性：（1）外業(yè)工作量少。Google Earth影像測(cè)制地形圖主要工作是內(nèi)業(yè)測(cè)圖，外業(yè)只需要做少量控制、高程點(diǎn)測(cè)量、檢測(cè)和補(bǔ)測(cè)。這樣野外工作量就大大減少了，勞動(dòng)強(qiáng)度也降低了。（2）成圖速度快。一般的野外測(cè)量要受天氣影響，要受到各種險(xiǎn)要地形影響。這些因素對(duì)Google Earth影像測(cè)制地形圖影響極小。對(duì)大面積測(cè)圖，Google Earth影像測(cè)制地形圖優(yōu)勢(shì)更明顯，成圖速度相比更快。（3）資金投入少。相對(duì)于其它成圖方法，Google Earth影像測(cè)制地形圖資金投入少，經(jīng)濟(jì)效益高。

4 結(jié)語(yǔ)

基于Google Earth影像測(cè)制地形圖這一測(cè)圖方法，應(yīng)用于新蔡縣黃樓鎮(zhèn)總體規(guī)劃地形圖測(cè)量中，取得了良好的效果，成圖質(zhì)量滿(mǎn)足鎮(zhèn)區(qū)總體規(guī)劃要求。實(shí)施證明在Google Earth影像比較清晰的區(qū)域，在嚴(yán)格的精度控制措施下，所測(cè)地形圖的精度完全可以達(dá)到1∶5 000地形圖的精度要求，甚至更高。雖然高程點(diǎn)仍需實(shí)測(cè)，但就大比例尺地形測(cè)量而言，還是大大減少了野外工作量，縮短了工期，節(jié)約了成本。因此此種大比例尺測(cè)圖方法可以在城鎮(zhèn)規(guī)劃，工程項(xiàng)目的前期方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目的選址等領(lǐng)域地形圖測(cè)繪中推廣應(yīng)用。