基于Google Earth的面積快速測量法

摘要：Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ是目前最流行的虛擬地球軟件，具有十分強大的功能。通過２個實例，詳細介紹了如何快速便捷地測量面積，在農業、林業、地質勘探等諸多方面具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ；面積測量；實例

中圖分類號：ＴＰ３１９；Ｐ２１８文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）07－1470-03

Ｆａｓｔ Ａｒｅａ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ

ＸＩＥ Ｃｈｕｎ－ｐｉｎｇ

（Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔ Ｐｏｌｉｃｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００４６， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ waｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｐｏｐｕｌａｒ ｆｉｃｔｉｏｕｓ ｅａｒｔｈ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ２ ｅｘａｍｐｌｅｓ， ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｓｔｅｐｓ ｈｏｗ ｔｏ ｕｓｅ Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｔｈｅ ｆａｓｔ ａｒｅａ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｈａｄ ｔｈｅ ｅｘｐａｎｓｉｖｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｉｎ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ， ｆｏｒｅｓｔｒｙ， ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｇｏｏｇｌｅ Eａｒｔｈ； ａｒｅａ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ； ｅｘａｍｐｌｅ

谷歌地球（Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ，ＧＥ）是一款Ｇｏｏｇｌｅ公司開發的虛擬地球儀軟件。用戶可以通過下載到自己電腦上的客戶端軟件，免費瀏覽全球各地的高清晰度三維影像。這些數據主要來源于ＤｉｇｉｔａｌＧｌｏｂｅ、ＥａｒｔｈＳａｔ、ＢｌｕｅＳｋｙ、Ｓａｎｂｏｒｎ等以衛星、航拍、ＧＩＳ／ＧＰＳ、地理數據、空中勘測等相關業務為主的公司，能夠提供可達到５年前軍用級水平的三維地圖和匹配真實地球物理信息的高精度畫面，并且Ｇｏｏｇｌｅ公司一直積極地對其全球影像數據庫進行更新［１］。

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），視角海拔高度（Ｅｙｅ ａｌｔ）為１５ ｋｍ左右（即寬度為３０ ｍ的物品在影像上就有一個像素點），但針對大城市、著名風景區、建筑物區域會提供分辨率為１ ｍ和０．５ ｍ左右的高精度影像，視角高度分別約為５００ ｍ和３５０ ｍ［２］。目前提供高精度影像的城市多集中在北美和歐洲，其他地區往往是首都或極重要城市才提供。中國大陸有高精度影像的地區有很多。另外大壩、油田、橋梁、高速公路、港口碼頭與軍用機場等也是Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ的重點關照對象。

１Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ版本功能及界面簡介

Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ軟件版本有多個，主要分為免費版與專業版兩種，這兩個類型版本在界面上基本相同，但其中的一些附加功能有較大的差異。Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ免費版主要是針對普通人士，如為旅游出行做精確直觀的計劃安排、獲知各種交通線路示意圖、查詢某棟建筑物、查詢某些區域的商務情況、神奇地探索地球，功能較為簡單直觀，無過多的附加功能，這一版本可在Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ網上自行下載到（ｈｔｔｐ：//ｅａｒｔｈ．ｇｏｏｇｌｅ．ｃｏｍ/）。Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ專業版針對商用的付費升級版本適合專業人員與商業用途，Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ專業版會使得區域調查與表述成為一件很簡單的事情，如提供了全球的地貌影像與３Ｄ數據，通過導入道路和建筑物位置信息來設計草圖、繪制藍圖，能以線條和多邊圖形制作注釋，能分別單獨顯示各公園、學校、醫院、機場和商場等的圖層功能等。現在，我們就從綠色下載站（ｈｔｔｐ：//ｗｗｗ．ｇｒｅｅｎｄｏｗｎ．ｃｎ/ｓｏｆｔ/９９４３．ｈｔｍｌ）下載Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ Ｐｌｕｓ ５．２．１．１３２９ Ｂｅｔａ軟件進一步了解。

圖１為Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ的界面圖，從該圖可以看出該界面有眾多功能條目，其中包括搜索面板、添加地標、測量工具、導航器、三維觀察窗、路徑／線、多邊形等。但在實際的面積測量中，添加地標和面積測量工具是眾多工具中最主要的部件。

添加地標窗口（圖２）是將采集到的地理坐標輸入軟件中，這主要是在野外作業的時候，無法用手持ＧＰＳ進行完整的封閉區域行走，但可以在需要測量面積的周圍，取數個相應的點，然后再在Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ中連接成閉合區間進行測量。添加地標窗口包括名稱、經度、緯度，以及窗口下半部分的其他說明。實際應用：①對地標命名，一般輸入阿拉伯數字或其他相應的文字；②經度和緯度的輸入，在系統中默認為度分秒的格式，為了方便快捷輸入，可以在工具欄上的“工具→選項→３Ｄ視圖→顯示緯度／經度→小數度數”，將小數位格式的坐標直接輸入。

測量工具（圖３）亦稱為標尺，如在Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ的瀏覽視圖中可以直接找到相應需要測量的面積（一般城市綠地、農田等衛星圖片清晰度可以滿足測量需求），利用測量工具直接勾畫測量。測量工具包括線條（直接測量兩點距離）、路徑（多點測量曲折線條長度）、多邊形（測量任意形狀的面積和周長）以及圓（以某點為圓心，可任意測量圓內的半徑、周長和面積）。下文以實例來演示如何測量面積。

２面積快速測量實例

２．１已知坐標，求封閉曲線內的面積

現有一采石場，對其進行植被恢復，要對采石破壞的地表面積進行確定。由于采石廠地勢較為險峻，傳統的測繪很難進行，而利用手持ＧＰＳ進行閉合確定面積亦不太現實。因此，可利用ＧＰＳ取點，然后在Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ用多邊形量取閉合區域面積的方法進行粗略計算。具體獲得的坐標數據見表１。

點擊“添加地標”按鈕，出現圖２界面后，將相應的序號→名稱、緯度→北緯、經度→東經一一輸入。此時，Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ界面出現的是若干個分散的黃色小圖釘，點擊測量工具界面→選擇多邊形→對焦于小圖釘的針尖端，將各小圖釘連接成閉合區間。在這一操作過程中，多邊形內的周長和面積數字是在不斷變化的，直至最后完成閉合后，點擊確定，得到該區域的周長（７８６．５２ ｍ）和面積（２７ １７６．３３ ｍ２）的最后數值（圖４）。如果要想保存所制作的面積圖片，除了用Ｐｒｔｓｃ復制保存外，Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ本身帶有圖片輸出功能，根據自己的需要保存為不同的文件格式，并可做深入的二次開發利用。

從圖４不難發現另外一個問題，既然是采石場進行植被恢復，為什么在勾畫的衛星圖片中出現綠色植被區域？因為我們一般免費獲得的衛星圖片均有一定的滯后期，Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ的精度可以達到４年前軍用級水平，幾年前還是國家的絕對機密，是不允許民用的［３］。所以，當我們在２０１０年現場測量坐標輸入Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ看見的結果是有一定差別的，但這并不影響測量結果的準確性。或者，從另外一個方面亦可以看出，在這４年中，采石場對周邊植被有進一步破壞的趨勢。

２．２從衛星圖片上讀取某一區域的面積

前文已經提到Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ衛星圖片精度與更新時間的問題。對于我國而言，截至２００９年１１月，Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ上中國地貌衛星圖像的有效分辨率普遍超過３０ ｍ，部分大城市甚至達到了０．５～２.0 ｍ，大部分地級城市和主流縣級以上城市達到辨認汽車的精度；衛星圖像拍攝時間方面，主要地級以上城市更新至２００７年以后，主流縣級城市更新至２００４年以后，北京、重慶等城市甚至更新至２００９年６月以后［４］。這也就是說，一類城市衛星圖片的精度及更新足以滿足我們一般面積測繪的需求。現以測量一湖水域面積為例，進行簡單的操作說明。

點擊“測量工具→選擇多邊形”，以湖邊為邊界，通過點擊鼠標左鍵，實現一個閉合區間，而標尺上顯示的周長和面積即為所求數值，面積為

２８ ０５７．４３ ｍ２、周長為９７６．２１ ｍ（圖５，上半圖為素圖，下半圖黃色區域為測量區域閉合多邊形曲線）。此外，亦可利用上述方法，先通過坐標定位，然后再利用多邊形量取的辦法進行測量。

３小結

從以上２個實例的操作來看，Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ在面積測量方面的應用十分便捷，值得進一步的推廣。目前，Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ已經在地質勘探、道路橋梁工程、林業勘察、地質災害防治、農業系統管理、教學指導等各個方面進行了廣泛的應用，并取得了不錯的成效［５－１０］。Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ最大的優點莫過于該軟件是一個開放的平臺，只要有基本計算機操作技能的人，都可以在短時間內進行各種相關的測量操作和應用。這樣，如果在人力物力緊缺、資金緊張的情況下，要進行一定范圍的面積測量，只要有基本的地理坐標數據，均能夠快速高效地得到所需測量地的面積，并能夠生成較為精準的衛星圖片，真正做到了快、準、省的效果。

但同時我們也應注意到幾個問題。一方面衛星圖片的精度和更新是有區域和時間限制的，因此不是所有地區的測量都能夠達到比較精確的效果；在使用時應注意衛星圖片更新時間及精度的問題，如果資金允許，可以購買實時高精度衛片，其市場價格約是３０美元／ｋｍ２［５］。另外，文中所用的面積測量的方法，在點擊或連接成閉合曲線的過程中，多少會存在誤差，因此如果項目工程需要的面積十分精準，則對Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ面積測量時要加以謹慎。最后，需要注意的是，Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ軟件是實時與遠程數據庫相鏈接的，因此網絡必須處于連接狀態，否則很多地物無法展現出來。

參考文獻：

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