Google Earth在境外水電工程規劃中的應用

白少云

（1.云南省水利水電勘測設計研究院，云南 昆明 650021）

Google Earth在境外水電工程規劃中的應用

白少云1

（1.云南省水利水電勘測設計研究院，云南 昆明 650021）

基于Google Earth和SRTM數據，采用虛擬像控點定位技術，制作1∶1萬地形圖。結果表明，Google Earth可滿足境外水電工程前期規劃方案比選的要求。

境外水電工程；基礎資料；Google Earth；像控點；影像糾正；測圖

目前境外水電勘測設計項目越來越多。與國內項目不同的是，勘測設計企業對境外作業區域了解很少，幾乎不可能收集到地形圖等資料[1,2]。隨著航天技術與數字遙感技術的發展，衛星遙感影像質量不斷提高[3]。本文主要研究如何利用 Google Earth影像制作1∶1萬地形圖，為境外水電工程前期規劃設計提供基礎測繪資料。

1 境外水電項目測繪資料現狀分析

在國內項目設計中，前期設計規劃工作往往是先收集已有基礎測繪資料（如1∶1萬或1∶5萬地形圖及相關區域地質圖），然后利用這些資料在圖紙上進行位置初選和方案比選工作，確定需要開展野外勘測工作的范圍和內容，勘測人員根據確定的方案進行相應的勘測工作。實際應用中存在以下問題: ①地形圖成圖時間較早，實際地面地物變化較大，時效性較差；②由于沒有影像等信息，部分地段地物、地質和環保等資料缺少或失真；③對于資料匱乏區域，尤其是海外項目，小比例尺地形圖的收集極其困難，水利前期規劃設計工作難以開展。

目前境外水電項目前期規劃設計通常在踏勘時采用手持GPS粗略測定少量特征點作為規劃設計的參考資料，但由于地形資料缺乏整體的認識，再加上手持GPS高程精度不能滿足要求，導致規劃確定方案與實際情況存在較大出入。因此，如何獲得可靠的基礎測繪資料以輔助前期規劃設計工作，就成了亟待解決的問題。

2 基于衛星影像數據的測圖方法研究

2.1 軟件介紹

用戶可以通過Google Earth軟件免費瀏覽全球各地的高清晰衛星影像。Google Earth可以為全球多個主要城市提供分辨率為1 m、視角高度約為500 m和分辨率為0.6 m 、視角高度約為350 m的高精度影像圖，在非主要居民地或山區，分辨率相對要低一些。即便這樣，也可以清晰地判讀地形、地貌和地表植被。目前，Google Earth在國內地理教學、水利工程、林業調查、電力通信、建筑工程設計及工程測繪等領域應用廣泛。

Global Mapper是一款地圖繪制軟件，不僅能夠將數據顯示為光柵地圖、高程地圖、矢量地圖，還可以提供地圖編輯、轉換、打印、記錄GPS及基本GIS功能，即可以瀏覽、合成、輸入、輸出掃描點陣圖、等高線、矢量數據集，也可以編輯、轉換、打印各類地圖圖形文件，還具有一些高級功能，如圖像校正、通過地表數據進行輪廓生成、通過地表數據觀察分水嶺、將3Dpoint數據轉換為三角多邊形和網格化等。

GetScreen軟件是專門針對Google Earth的下載工具，打開Google Earth后將當前視圖定位到目標區域，然后開啟GetScreen，就可以直接將Google Earth視圖“截獲”到GetScreen的界面中，然后通過兩點定位和截圖功能就可下載所選區域的影像圖。

2.2 基于Global Mapper的地形圖制作

本文利用 Google Earth、GetScreen、Global Mapper等軟件制作地形圖的方法為：①從 SRTM 下載工程范圍的地形數據包；②采用GetScreen 截圖軟件在 Google Earth 上截取工程范圍內的圖片數據；③采用地形圖矢量化軟件對截取的影像進行地物矢量化；④利用 Global Mapper軟件打開以上2種數據并疊加一起，導出工程范圍內的高程數據，高程數據通過處理后整理為CASS格式，經過 CASS 成圖軟件快速生成地形圖[4-6]。

2.2.1 虛擬像控點及影像數據準備

在Google Earth上標注測區范圍（采用4個點較為合適），并讀取標注點經緯度坐標，然后利用大地正算方法計算這些點的高斯平面坐標，把這4個平面點坐標展繪在矢量化軟件環境中，依據測繪范圍利用矢量化軟件進行圖幅劃分，讀取圖幅中格網交叉點的坐標（為保證影像定位精度，每幅圖建議讀取9～12點作為定向點），作為相片糾正的虛擬像控點，利用大地反算方法計算這些虛擬像控點經緯度坐標，并在Google Earth上把虛擬像控點按經緯度輸入方式標注在影像上；然后再運行GetScreen軟件，標注的虛擬像控點和影像數據一起被截獲在GetScreen屏幕上（如圖1所示）。再到國際科學數據服務平臺網站（http://datamir-ror. csdb.cn/dem/search.jsp）手工輸入經緯度范圍下載相應測區的SRTM 地形數據包。

在Google Earth標注虛擬像控點，經緯度有效坐標只能精確到0.01″。通常來說，在中緯度地區經度相差1″，北坐標約差23.6 m；緯度相差1″，東坐標約差30.9 m，在Google Earth上標注虛擬像控點時，標注估算誤差小于0.005″，相當于平面坐標定位誤差約±15 cm。因此在采用虛擬像控點進行影像嚴密糾正時，需要對影像上標注的虛擬像控點進行坐標正算，并在矢量化軟件中根據重新計算后的坐標進行影像糾正，保證影像糾正的精度。

圖1 在Google Earth上布設虛擬像控點

2.2.2 地物繪制

利用GetScreen軟件對選定區域進行影像截獲，如果截獲的圖片分為幾張，可利用PS軟件對圖片進行拼接。把拼接好的圖片調入矢量化軟件，然后依據開始選定的格網點坐標和影像圖上對應的像控點進行影像糾正，以糾正好的正射影像圖作為矢量化底圖，在內業用矢量化方法繪制地物。如采用350 m截圖高度，可清楚地從影像判斷測區內的道路、河流、溝渠、地類邊線、坎子、橋梁、村莊內主要道路、主房、連體房屋等地物，矢量化時依據相應的符號進行繪制，如圖2。

2.2.3 等高線繪制

打開 Global Mapper 軟件并導入SRTM 地形數據包，然后導入經矢量化軟件糾正后的工程范圍圖片，以便確認輸出高程數據的范圍。點擊 Global Mapper菜單上的“文件”→“輸出柵格與高程數據” →“輸出XYZ文件”，最后得到高程數據(.xyz)。將高程數據整理成南方 CASS 格式(.dat)，利用南方 CASS軟件，得到等高線地形圖[5]。

2.2.4 多源數據疊加

在CASS軟件中完成等高線地形圖制作后，調入矢量化后的地物平面圖，對照影像圖片和矢量化后的數字地物圖，對地形圖進行編輯，并把三維影像數據疊加到地形圖上，最終制作成三維地形圖，如圖3。

圖2 影像糾正后矢量化底圖

圖3 制作完成的1∶1萬三維地形圖

采用SRTM 地形數據包配合Google Earth影像制作的地形圖，采用虛擬像控點進行影像糾正，能解決衛星影像資料沒有像控點的難題，平面精度基本能滿足1∶1萬比例尺地形成圖的需要。

3 衛星影像制作地形圖的優勢

境外項目通常采用假定的坐標和高程系統，對地形圖的相對精度要求較高。利用Google Earth影像數據制作1∶1萬地形圖，能顧及整個測區的整體效果，滿足前期用圖需要。

在緬甸喃果河電站前期規劃用圖中，利用該方法制作的1∶1萬地形圖，通過實地打點檢測進行精度分析，利用糾正后的影像圖繪制的道路和溝坎等地物與實際測量的相應地物吻合良好，平面

精度可達到±0.8 m。在平坦地區，利用Google制作的地形圖高程檢測綜合精度能達到±1.0 m以內，但在地形切割激烈的山區，高程精度明顯下降，高程綜合評定精度能達到±2.1 m，仍能滿足1∶1萬地形圖的高程精度要求，完全滿足境外水電項目前期規劃用圖需要。該方法簡單易行、成本較低，能在保證滿足地形圖精度的前提下，提高測量工作效率，為境外水電項目前期規劃用圖提供必須的基礎資料。

利用衛星影像，還能夠直觀地判斷泥石流、滑坡區域等不良地質，明顯識別開礦區山體，根據相關特征，結合其他資料確定開采區位置，分析地質條件不良區域大致范圍，并予以繞避。如東川壩塘水庫跨大白河倒虹吸設計中，由于東川地區是泥石流爆發的重災區，在衛星影像上進行線路方案研究，能夠比較清晰地識別出發生過泥石流區域的痕跡，設計人員可在三維影像地形圖上分析河流、山川、道路和居民地的現狀，直觀地判斷較大地質斷層或地質災害并避開[5]。

[1] 吳長彬,燕喬,許小東.水利工程項目境外投資風險分析及預防措施的研究[J].西北水電,2009(6):80-92

[2] 楊洪志,萬愛華,黃軍明,等.遙感影像地圖在境外電力工程設計中的應用[J].工程地球物理學報,2010(3):113-117

[3] 張書華,劉云生,張梅.利用Google Earth影像測制1∶ 2 000地形圖[J].城市勘測,2012(1):57-60

[4] 黃振衛.Google Earth 在巴基斯坦國道公路網N55北段道路修復工程中的應用[J].鐵道勘察,2012(3):7-8

[5] 殷繼興,胡光常.Google Earth 在鐵路前期規劃設計中的應用[J].高速鐵路技術,2012(2):5-8

[6] 劉東,施昆.利用 Google Earth 影像輔助大比例尺地形圖測量的方法[J].測繪通報,2013(1):68-69

[7] 莫善軍,李志凜,陳成江,等.利用Google Earth 建立等高線三維地形模型[J].測繪通報,2012(10):39-42

[8] 王一波,邵偉偉,羅新宇.Google Earth數據精度分析及在鐵路選線設計中的應用[J].鐵道勘察,2010(5):68-71

[9] 陳雋敏.利用ASTER Global DEM和Google Earth衛星遙感影像輔助電力工程選址選線[J].湖北電力,2011(10):71-74

[10] 趙成銘.Google Earth 在輸電線路工程中的應用研究[J].測繪通報,2012(5):71-73

P237.9

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1672-4623（2015）03-0079-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.028

白少云，高級工程師，從事水利水電勘測工作和大型精密工程測量方法的研究及應用。

2014-09-11。

項目來源：2012年度云南省哲學社會科學規劃資助項目（YB2012022）。