利用GoogleEarth影像测制.doc

2012 年 2 月第 1 期城 市 勘 测Urban Geotechnical Investigation SurveyingFeb 2012No 1文章编号: 16728262( 2012) 015704中图分类号: P217，P231. 5文献标识码: B利用影像测制地形图GoogleEarth1 2000张书华* ，刘云生，张梅( 山东省鲁南地质工程勘察院，山东 兖州272100)摘 要: 为减轻地形测量的外业工作量，更快更好地完成地形图测绘任务，本文提出了利用 Google Earth 影像进行地形图测绘的方法，并介绍了具体的测量方案、步骤，统计了精度。测量结果表明，在有 Google Earth 清晰影像的地区，只要采取一定的质量控制措施，利用 Google Earth 影像测图，其精度可以满足 1 2 000 地形图的精度要求。该方法简单快捷、可操作性较强。关键词: Google Earth; 1 2 000 地形图; 测绘方法; 精度臻成熟。有关研究表明1，采用 Quick Bird 高分辨率全色遥感影像，并采取多项式纠正法进行纠正，可实现较为平坦城区的 1 2 000比例尺地形图的更新，条件理想 的地 区 甚 至 可 更 新 1 1 000 比 例 尺 地 形 图。Google Earth 集成了遥感( RS) 、地理信息系统( GIS) 和全球定 位系统( GPS) 三种高新技术的功能，部分地区影像分辨 率高达 0. 5 m，可在全球范围内周期性地更新。卫星遥1引言地形测量是传统测量的主要项目，长期以来，大比例尺地形图的测量方法是从最初的平板仪测量发展到 全站仪测量。面积较大时，可采用航空摄影测量的 方 法。野外工作量大，作业周期长，成本高; 而 航 空 摄 影 测量虽野外工作量较小，但只较适合大面积地形测量， 对于小面积地形测绘，由于其航摄成本高，航摄要求较 苛刻，故小面积作业不便采用。近年来，随着航天技术与数字影像技术的发展，卫 星遥感影像质量不断提高，空间分辨率从原来的几十米 发展到今天的 0. 41 m( GeoEye1，全色) ，影像处理技术 也发生了质的飞跃，卫星影像资料种类繁多，影像处理 软件层出不穷，影像清晰度不断提高，处理影像技术日感影像具有获取周期短、成本低、野外工作量小的特点，因而具有广阔的应用前景。本文主要探讨 Google Earth影像在大比例尺地形测量中的应用。测 区 兖 州 市 的Google Earth 影 像 分 辨 率 为 0. 5 m，影像拍摄时间为 2009 年 12 月 21 日，影像清晰，放大到 1 1 600，道路、房屋等影像边沿依旧清晰可见，可与航摄影像相媲美。图 1 放大到 1 1 600，Google Earth 影像依旧清晰，可矢量化出地貌、地物收稿日期: 20110629*2测区简介及测绘工艺流程特征的像片控制点，选择依据是: 要均匀分布在整个校正区域、特征要固定而明显、数量要足够。控制点应是 在原始影像中均匀分布并能正确识别和定位，在地形 图上可精确定位的特征点、特征线( 取其中点) 。如固 定的地形地物交叉点、河流拐弯处或交叉处、塔尖、桥 梁、铁路、水坝和交叉路口等。( 2) 用全站仪或 RTK 测量像控点; 用水准仪测量 像控点的高程。( 3) 用 ERDAS 软件，以像控点为基准，纠正 GoogleEarth 影像图为 1 2 000正射影像图( DOM) 。( 4) 以 1 2 000 正射影像图为底 图，在 内 业 用 矢量化方法制作 1 2 000平面图。( 5) 将 1 2 000 平面图分幅打印，在 野 外 加 测 平2. 1 测区简介及测图要求兖州市隶属济宁市，位于山东省西南部，东南与邹城市接壤，西南与济宁市任城区相邻，西与济宁市汶上 县相接，北邻泰安市宁阳县，东临曲阜市，这里交通发 达，京沪铁路在兖州市市区东部穿过，327 国道环绕兖 州市市区西北。测区位于兖州市城区西部，为平原 地 区，测区面积 28. 6 km2 ，区内主要种植小麦、玉米等作 物，耕地全部为水浇地; 测区内村庄有 38 个，大小企业 有 20 多 家，区内乡村公路四通八达，交 通 较 为 便 利。 测区树木较多，植被覆盖较好，通视不便，困难类别为 类。主要测图要求:( 1) 测图比例尺为 1 2 000，坐标系统为 1980 西 安坐标系，高程系为 1985 国家高程基准;( 2) 本次测绘测区内的道路、河流、沟渠、桥梁，村 庄内主要道路，主房、连体房屋可一并绘出;( 3) 测区内厂矿企业要测绘出外围墙、厂 房 等 建 筑物，地物地貌按工程测量规范要求测量;( 4) 测区 内 林 地、坟 地、果园等类别要实测 分 清， 沿道路两侧单体建筑物实测分清;( 5) 高程注记标注到 0. 01 m，等高距为 0. 5 m。面图的高程，检查平面图的精度，纠正平面图的 错 误，补测漏绘地物和新增地物。( 6) 将外业实测高程展绘在 1 2 000 平 面 图 上，勾绘等高线，最终完成 1 2 000比例尺地形图制作。3. 1控制点的布设与测量控制点对于几何精校正精度的影响，主 要 表 现 在控制点( GCP) 的数量、分布和其定位精度。校正 方 法( 包括数学模 型、确 定 亮 度 值 的 方 法) 不 同，影 响 也 不同。GCP 数量的增加可以提高校正精度，但也使得寻 找 GCP 的难度加大。GCP 的数量也不宜过多，因为过 多不会显著提高校正精度，却使计算量大大增 加。几 何精校正要求 GCP 均匀分布。若 GCP 分布不均匀，则 在 GCP 密集的区域影像校正较好，而在 GCP 分布稀疏2. 2测绘工艺流程的区域，则会出现较大的误差。GCP 的位置精度越高，校正效果越好。几何精校正的技术指标是: 校正 后 的图面中误差一般不大于 0. 5 mm。3. 2像控点的测量像控点的测量包括平面和高程两个方面。测量采用 RTK 法。为 了 达 到 RTK 平 高 一体化测量的目的，必须首先布设高程控制网，用高程控制网控制 RTK 的高程精度。具体做法是: 首先用水准测量的方法 测 出各基本控制点的高程，将 RTK 基准站架设在测区中部 海拔较高的地方，例如高楼顶部或测区的制高点上，基 准站周围应视野开阔，树木较少，便于 RTK 信号的 传 播。测出高程与坐标，然后供内业纠正 之 用。内 业 纠 正用分片纠正配准的方法，分片应主要以地物密集程 度大的片区为整体，即分片接边地物较少，接边简单为 原则，通常以自然村为单位，采用村周围控制点纠正配准，再将分片配准的图像进行无缝镶嵌，无缝镶嵌以控图 2 1 2 000 地形测量工作流程图3测图实施过程及要点采用以下测量方案:第 1 期张书华等 . 利用 Google Earth 影像测制 1 2 000 地形图59二乘法进行分配，将镶嵌后的图像以像控点为准进行图上检核，检核方法为: 在每片影像中筛选精度较高、 匹配较好的 3 个像控点，以选中的像控点为准进行影 像镶嵌，以镶嵌配准后的影像为基础，量取相邻不同影 像上同名像控点的坐标，并 计 算 其 距 离 ds; 同 法 量 取 同名影像重合点并计算距离 ds，检核结果如表 1 所示。0. 59 m; 由表 3 按同精度双观测值统计计算得 控 制 点高程中误差为 3. 1 cm，地形点高程中误差为 1. 01 dm，符合测量规 范中有关对地形 测量控制点及地形点 的精度要求。外业实测控制点及影像重合点平面精度检核结果表 2内业矢量化控制点及影像重合点检核结果表 10 2 ds0 413612 50 6 ds0 823621 71 0 ds1 211310 41 4 ds1 650 51 8 ds2 020 2野外实测高程点精度检核结果表 3将镶嵌配准后的影像图进行内业矢量 化，矢 量 化的原则如下:( 1) 建筑物 的 矢 量 化，其点位选取以建筑物的地 基为准，若地基位置不清，可以其他影像代替，如房屋 的房檐，根据本地区的情 况，可 酌 情 减 去 0. 3 m 0. 5 m。( 2) 沟渠等地貌以实地影像边线为准矢量化，若有树木覆盖，以树木边沿绘出，若林带较宽 ( 超过图上2 mm) ，则林带单独绘出。( 3) 水塘、道路等边线，以地形测量规范方法绘出，即水塘绘出水崖线，水塘边线，道路绘出路边线、路肩线、路沟两边线。将矢量化后的平面图拿到实地 检 查并加测高 程。该 项 工 作 是 分 3 个外业组分头进行 的，每组约合十整幅图，各组仅用了 5 d的时间就完成 了外业工作，极大地提高了工作效率。5结论利用 Google Earth 测 制 1 2 000 地 形 图，在 较 严格的精 度 控 制 措 施 下，所 测地形图的精度可以满足 1 2 000地形图的精度要求，虽然利用 Google Earth 测 制 1 2 000大比例尺地形图过程还比较复杂，高程点 仍需野外实测，但就大比例尺地形测量而言，还是大大 减少了野外工作量，缩短了工期。就以本案例而言，若 不利用 Google Earth 影像而全部采用野外数据采集的 测量方法，投入 3 个野外作业组，野外工作需 60 d，内 业工 作 量 需 25 d; 而 采 用 先 进 行 Google Earth 影 像 矢 量化，再到外业检查补测的方法进行测量，外业工作时 间大大 缩 短，外 业 控 制 仅 用 10 d，检 查 及 加 测 高 程 仅 用 15 d，共野外工作一个月，野外工作量减少一半，内 业工作量虽略有增 加 ( 增 加 5 d) ，但和全野外数据采 集的测 量 方 法 相 比，总工期还是提前了 10 d，取 得 了4野外精度检查首先以平面图为草图，在村庄及树木密 集 区 用 全站仪、在视野开阔信号较好的地区用 RTK 进行实地测量，实地测量目的有三个，一是补充测量高程点，二是检核地物、地貌点的精度，三是对照平面图判定实地有 无错误，经实地检测，地物、地貌点的较差如表 2 和表3 所示。由表 2 按同精度双观测值统计计算得控制点控制点高程检核地形点高程检核备注高程较差 / dm 点数高程较差 / dm 点数dh0 2160 2 dh0 4250 4 dh0 650 6 dh0 820 8 dh1 011 0 dh1 211 2 dh1 4050dh0 5100 5 dh1 0111 0 dh1 5571 5 dh2 0182 0 dh2 542 5 dh3 003 0 dh4 00100全站仪及 RTK 数据控制点检核影像重合点检核点位较差 / dm 点数 %点位较差 / m点数 %ds0 211548 70 2 ds0 47632 20 4 ds0 6239 80 6 ds0 8166 80 8 ds1 031 31 0 ds1 210 41 2 ds1 410 41 4 ds1 610 41 6 ds1 8001 8 ds2 000ds2 000236100ds0 211610 70 4 ds0 622921 10 8 ds1 015814 51 2 ds1 4867 91 6 ds1 840 4 ds2 010 11 068100dsmax = 14 6 cmdsmax = 2 3 m控制点检核影像重合点检核点位较差 / dm 点数 %点位较差 / m点数 %ds0 211548 70 2 ds0 47632 20 4 ds0 6239 80 6 ds0 8166 80 8 ds1 031 31 0 ds1 210 41 2 ds1 410 41 4 ds1 610 41 6 ds1 8001 8 ds2 000ds2 000236100ds0 211610 70 2 ds0 413612 50 4 ds0 622921 10 6 ds0 823621 70 8 ds1 015814 51 0 ds1 211310 41 2 ds1 4867 91 4 ds1 650 51 6 ds1 840 41 8 ds2 020 2ds2 010 11 068100dsmax = 14 6 cmdsmax = 2 3 m参考文献 109刘瑞敏，李华，王 思 锴 等 基 于 Google Earth 的 地 铁 亦 庄线 GPS 控制网布设J 测绘通报，2008( 11) ，47 49彭 和 强，张 有 能 基 于 Google Earth 的 地形图制作技术 1杨泽运，康家银，赵广东 利用 Quick Bird 全色遥感影像更新城市大比例尺 地 形 图J 测 绘 工 程，2005，14 ( 2 ) ，29 31胡旭伟，王昌翰 利用 SPOT 一 5 卫星遥感影像更新 1 452J测绘通报，2009( 10) ，56 5810000 地形图 初 探J( 3) ，23 25测绘与空间地理信息，2007，306周园，关卫军，佟胤铮 基 于 ERDAS IMAGINE 的 遥 感 图像更新地形 图J 辽 宁 工程技术大学学报 ( 自 然 科 学版) ，2009，28( 3) ，376 3783万幼川，宋 杨基于高分辨率遥感影像分类的地图更新 方法J 武汉大学学报信息科学版，2005，30 ( 2) ，105Surveying and Mapping 1Using Google 2000 Topographic MapEarth ImageZhang Shuhua，Liu Yunsheng，Zhang Mei( Lunan Geoengineering Exploration Institute，Yanzhou 272100，China)Abstract: In order to alleviate the workload of the field measurement and to finish the task of topographic map sur-veying and mapping quickly and smoothly，this paper puts forward a new method of using Google Earth image to finish thework，and described the specific measurement suggestion，procedures，statistical accuracy Measurement results show thatthe precision of Google Earth image can meet the needs of the1 2000 topographic map requirements as long as takingsome quality control measures in the region where there were a clear image This method is simple，quick and strong op-erationalKey words: Google Earth; 1 2000 topographic map; Surveying and mapping method; precision櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐( 上接第 56 页)2张祖勋 从数字摄影测量工作站( DPW) 到数字摄影测量网格( DPGrid) J 武汉大学学报( 信息科学版) ，2007( 7)王长进，赵海 DMC 影像在大比例尺地形测绘中的应 用J 测绘与空间地理信息，2006( 2)宋大明 DMC 影像在数字摄影测量中的 应 用J 测 绘与空间地理信息，2006( 3)中国标准出版社第四编辑室 测绘标准汇编摄影测量与遥感卷M 北京: 中国标准出版社，200953J地矿测绘，2005( 2)64韩凉，罗永新 DMC 数字航片在苏州测绘项目中的应 用The Application of Digital Mapping CameraDigital imagein The Gig Scale Geography Surveys and MapsZhou Guangping1 ，Chen Ling2( 1. LiYang Surveying and Mapping Institution，Liyang 213000，China;2. Changzhou Surve