以中山石岐水道電子海圖制作為例，結合Google Earth影像與GIS制作地形圖

李偉

摘 要：自從Google Earth問世以來，隨著技術的不斷發展，使其在多個領域得到了廣泛應用。利用Google Earth提供的海量地理信息數據，以其為三維地理信息平臺，進行地理信息提取，經過GIS軟件系列處理從而獲得高精度的數字化地形圖是一種簡單可行的方法。

關鍵詞：Google Earth影像 GIS 地形圖

1.前言

Google Earth（簡稱GE）是谷歌公司2005年向全球推出的一款虛擬地球軟件，將衛星影像、航拍圖片和GIS布置在一個地球的三維模型上，被形象地稱為“上帝之眼”。GE擁有不同分辨率的衛星影像及航拍數據，提供免費的基礎地理地圖。GE有兩種類型的地標文件，分別是KML文件和KMZ文件。KML文件采用XML描述語言，且為文本格式，因此KML格式的地標文件非常利于GE應用程序的開發。KMZ文件是一個經過ZIP格式壓縮過的KML文件。此外針對調用Google地圖資源的問題，GE還推出了Google Maps API，任何人都能夠通過簡單的API調用來開發自己的Google地圖服務，開發基于GE的GIS應用項目。

傳統的地形圖獲取方法，即采用野外實測的方法，費時費力。近些年由于衛星遙感、航空攝影、GPS、數字成像等技術的不斷發展，而且GE目前可以提供解析度小于1米的高精度影像，這使人們通過影像生成高精度地形圖提供了基礎。本文通過在中山石岐水道外業測量及制圖工作中，提出在GE中獲取高精度二維影像地圖的方法，通過影像下載、圖片拼接等步驟生成地理影像柵格文件，能夠在開發GIS平臺中使用，制作所需的地形圖。影像地圖數據來源免費，獲取方法簡單快速，這樣我們在實際工作中節省了大量的人力，物力與財力，縮短了工作周期。

2.影像地圖的生成

2. 1影像下載

影像地圖最常見的方法就是打開GE軟件，找到你所需要下載的區域，選擇保存圖像即可。這種方法適用于小面積的截圖。如果需要獲取大面積的高分辨率的地圖時，這種方法就比較耗時耗力了。為了影像地圖的方便快捷下載，目前很多在Google公司提供的API接口基礎上開發的GIS軟件實現影像自動定位、截圖下載的功能。具體步驟如下：

（1）首先輸入所需下載影像地圖四個邊界的經緯度坐標，截圖參數。不同軟件有著不同的參數表述，主要包括影像地圖顯示的比例尺、層級、圖片的分辨率大小、截圖高度和延遲時間等等。

（2）軟件根據設置的截圖參數，將整個范圍的影像圖切分成若干個小的地圖切片。

（3）開始截圖時，截圖方框依次移動，逐個截取地圖切片的影像，將截取的影像保存為圖片格式的文件，同時會生成一個同名的文本文件，里面保存的截取圖片四個角點的經緯度坐標，以便圖片的后續拼接處理工作。

2.2圖片拼接與輸出

圖片拼接，即通過photoshop等位圖軟件將下載的圖片按照依次排序，同時去掉圖片重疊部分，拼接形成一副完整的影像圖片。如果通過人工截取地圖圖片，無法保證每次是在同一比例下截圖，這樣截取的圖片就會大小不一，產生重疊部分，而通過GIS軟件下載影像圖片時，已經將所需下載的范圍自動等分成若干個地圖切片，所以各圖片間不存在重疊部分。通過GIS軟件打開這些圖片文件，系統會讀取截圖產生包含切片四角地理坐標的文本文件，將圖片放置在對應的位置，形成一幅完整的地圖圖片。最后選擇輸出圖像格式將拼接完整的圖片導出保存。常用的地圖柵格文件格式包括GeoTIFF、JPG、BMP等。

Google Earth采用的坐標系統是WGS84坐標系，截取的影像地圖文件也同樣為WGS84坐標系。實際工作中可能需要其他坐標系統的圖片文件，這就需要對完成的圖片進行坐標系轉換。目前基于GE的GIS軟件大多提供坐標系轉換的功能，可以根據自己實際工作需要，選擇對應的坐標系，按操作轉換輸出即可。

目前，在Google Earth API基礎上開發的GIS軟件實現了下載，拼接與輸出于一體的軟件，無需過多的人工處理，可以下載完成你需要的任意影像圖片。本文結合中山石岐水道電子海圖制作為例，選取了Goody GIS軟件對測區的影像進行了下載、拼接與輸出。石岐水道位于中山市中部，全長46公里。根據測區范圍進行圖幅的分幅，確定好每幅圖幅范圍的經緯度坐標，在軟件中設置好截圖高度等參數，選擇輸出國家2000平面坐標系，獲取影像完成拼接并輸出。如圖1所示。

3.圖片糾正

由于受到傳感器成像方式、地球曲率、大氣折射、地球起伏引起的像點位移和地球自傳的影響，以及下載影像時選擇不同層級或者分辨率、拼圖、文件格式轉換和坐標系通轉換，都會造成下載的影像地圖與實際的矢量地形圖存在一個坐標誤差或者偏移，這種誤差與偏移沒有規律特性，通常在1米～30米之間。所以當我們需要更高精度的影像圖片時，還需要對其進行幾何糾正處理。

圖像幾何糾正也就是通過計算機將離散結構的圖像像元逐個進行校正處理的方法，主要分為幾何粗糾正和幾何精糾正，我們日常所做的為幾何精糾正。幾何精糾正即通過地面控制點將衛星圖片的像元與實際位置建立一個數學關系，把原圖片上像元轉換到標準空間上去。其主要有兩個環節：圖像像元空間的位置轉換和像元灰度值的重采樣。影像到糾正精度的幾個因素主要有地面控制點、重采樣方法以及圖像本身質量。

本次實際測量中，結合海圖性質，其對陸地要素的精度要求相對較低。我們采用廣東CORS系統信號，其測量精度達到厘米級，使用RTK對范圍內比較明顯的特征點進行測量，例如道路拐點、橋梁、碼頭和河流兩岸的石堤等等。將測量的特征點作為地面控制點對衛星影像進行幾何糾正。糾正后的影像同部分實測地形比較，誤差在1米左右，滿足制圖的需要。目前影像處理軟件很多，常用的有ER Mapper等等。

4.影像地圖的數字化

糾正后的影像我們即可對其進行數字化處理。影像地圖數字化主要分為面狀地物的數字化和線狀地物的數字化，以及等高線的提取與矢量化。常用的數字化方法有很多種，比如采用ArcGIS軟件，在軟件中打開我們下載完成的影像地圖，利用ArcCatalog建立不同屬性的圖層，圖層創建完，可以從arcmap加載圖層，分層矢量化各圖層。矢量化完成后進行設置字段及屬性錄入，最后進行地圖的修飾和輸出。

結合本次工作實際情況，海圖所需的地物要素不需要很詳細，我們將糾正后的圖片嵌入到CAD中去了。再利用CASS軟件打開CAD文件，根據我們所需地物要素，比如道路、橋梁、河堤等等，選擇相應的線性進行描繪。

在精度要求不高的情況下，GE利用三維模擬功能，即在GE上建立一定海拔的平面，使之與起伏的地表相切，就能得到等高面范圍線。目前大多基于GE開發的GIS軟件能自動完成等高線的提取與輸出。例如在GOODGIS中，首先在需要提取等高線的地方用多邊形進行圈定，然后設置好采樣點間隔及等高距參數，這樣就可以對多邊形范圍內的地形就行等高線的提取，設置好坐標系統，即可將成果輸出CAD格式的文件。再于之前數字化的成圖合并，即可完成相應的地形圖。再對圖形交接部分不合理的地方及圖形要素發生改變的地方進行修改，這樣我們所需的外業成圖即完成（如圖2），在此基礎上進行加工修飾完成電子海圖的制作。

5.結束語

目前GE提供地形圖精度糾正后平面精度接近1∶2000，高程精度相對比較粗糙。隨著GE的不斷豐富與發展，衛星影像的精度越來越高，以及更新頻率周期的縮短，使其在測繪方面的應用也越來越廣泛。利用GE來制圖，大大提高了測量工作的實效性。筆者多次采用此方法進行測量制圖，發現經過糾正后得到的數字化地形圖均能滿足工作所需，提高了測繪工作生產效率，減少了成本投入。

參考文獻：

[1]莫平浩，胡茂林.利用Google Earth制作衛星影像圖[J].勘測設計，2008（2）：30.

[2]寧瑩，金水祥.影像數據在導航電子地圖中的應用[J].測繪與空間地理信息，2011，34（5）：103-106.

[3]方昆，邱小波，金宏斌.基于Google Earth影像地圖數據獲取的研究[J]信息技術，2014，04-0096-04.