基于AutoCAD的Google Earth图像信息提取及应用

郑平元，杨武年

(成都理工大学地球科学学院，成都610059)

Google Earth是一款美国Google公司于2005年推出的虚拟地球仪软件，用户可以通过它免费浏览全球各地的高清晰度卫星图像［1－2］。AutoCAD 是美国 Autodesk公司首次于1982年生产的自动计算机辅助设计软件，界面友好、操作灵活，主要应用于土木建筑、规划设计及地图制作等诸多领域［3－4］。传统的地图获取方法，即采用野外地面测图方法，不但耗费大量的人力、物力、财力，而且需要较长的时间。以成都理工大学主校区为例，提出了利用Google Earth免费高精度影像和少量的地面量测，结合AutoCAD强大的图形编辑功能，进行 Google Earth图像信息提取及应用的方法，实现了低成本、高精度和高效益解决人们日常用图的需要。

1 图像获取

为了获取Google Earth图像，用户需要在电脑上安装 Google Earth 免费软件［5］。

首先打开Google Earth，在主界面左侧“搜索面板”先单击“搜索(Search)”后单击“前往(Fly To)”，接着输入名称“成都理工大学”或者经纬度“30°40′32.77″N，104°08′15.67″E”，回车后自动找到目标位置。执行下拉菜单“文件(File)保存(Save)保存图像(Save Image)”命令，在弹出的对话框中选择途径并输入文件名后保存即可［6－7］。如果想获得放大后的清晰图像，可以先分成几部分保存，然后利用Photoshop软件进行拼接，这里不再赘述。图1为成都理工大学主校区Google Earth图像。

图1 成都理工大学主校区Google Earth图像Fig.1 Google Earth image of Chengdu University of Technology

2 图像尺寸校正

2.1 测量尺寸

为了计算出插入图像的正确缩放比例，同时提高测量精度，首先在AutoCAD里直接量测具有代表性的线段的长度，然后到实地用钢尺测量相应的实际水平长度，记录在表1中。选择需要量测的线段时，应注意:(1)线段应清晰易量测。(2)线段应位于比较平坦的地方。(3)线段应均匀分布于图像内，尽量朝向不同的方位。(4)房屋边长应量测墙基平面上的长度。

2.2 校正尺寸

在AutoCAD中选中图像，执行下拉菜单“修改缩放”命令，捕捉到图像西南角后单击，在命令行提示“指定比例因子或［参照(R)］:”后面输入平均缩放系数“1.170 6”回车即可［8］。至此，直接在 AutoCAD 里测量的尺寸就与实际尺寸吻合了。

表1 AutoCAD量测长度与实际长度比较Tab.1 Comparison of AutoCAD measuring length and actual length

2.3 精度分析

为了保证比例因子(或缩放系数)的可靠性，必须对经校正后的图像进行尺寸复核。参照“2.1测量尺寸”中的方法，在校正好的图像上选择地势平坦、分布均匀的6条线段，分别在AutoCAD里和相应的实地量测出它们的水平距离，其相对误差一般不超过1/100即可。为此，在图上直接量测线段时，应尽量将图像放大到适合肉眼屏幕瞄准的大小，提高鼠标采点的精度。野外实测长度时，应保持钢尺水平。

Google Earth图像插入AutoCAD后，虽然经过尺寸校正后具有正确的尺寸，但还是栅格图像，不便于进行分层处理、精确定位和统计分析等。因此，需要将栅格图像通过矢量化转换成矢量图形，即图像矢量化。

3 图像数字化及整饰

为了便于分层处理、精确定位和统计分析，还应将Google Earth图像转换为矢量图形，即图像数字化。在AutoCAD里，将Google Earth图像作为底图，用二维多段线命令(PLINE)直接在上面描图。为了方便管理和易于分析，在AutoCAD里建立9个图层(教学建筑、公共建筑、教师宿舍、学生宿舍、铺装、水系、绿化、运动场及道路)，并赋予各层不同的色彩，如图2所示。

3.1 面状地物的数字化

建筑物的数字化即把建筑物墙基的外轮廓用闭合的二维多段线画出来。由于Google Earth图像采用的是中心投影，造成建筑物墙基的外轮廓部分信息被阴影遮盖。解决办法可以分两步进行:第一步，先根据建筑顶部的外轮廓形状画图，然后将画好的建筑外轮廓线平移到墙基对应的位置上;第二步，对于部分被遮盖的轮廓点或变形较大的部位可以结合实地丈量的方法加以弥补或改正。面状水系(如湖泊、池塘等)的数字化与建筑物的数字化类似。由于绿化、铺装及运动场均为面状，要求其外轮廓线一定要闭合。它们的外轮廓线常常为道路、建筑及池塘等的边界线，所以，必须注意与其他地物边界的重合。

图2 成都理工大学主校区平面图Fig.2 Campus plan of Chengdu University of Technology

3.2 线状地物的数字化

道路的数字化即用二维多段线绘制道路的边线。对于部分路段被遮挡的地方可以通过两固定点(如房角点等)距离交会的方法绘制。具体做法:首先，在实地丈量出道路边线点到两固定点的水平距离，然后在Auto－CAD里找到该两固定点的位置，分别以该两固定点为圆心，相应的水平距离为半径绘出两圆的交点即为所求点位。注意所求点与两固定点的方位应与实地一致。线状水系(如沟渠、河流等)的数字化方法与道路数字化的方法类似。

3.3 图形着色及整饰

Google Earth图像在AutoCAD里数字化后得到DWG格式的线划数字地图。由于地图的内容均由线划组成，所以，表现出来的效果比较单一，各功能分区对比又不鲜明。因此，可以将不同的功能分区填充易于区别的色彩。为了使用方便，还应给平面图加上图例、图框、指北针、比例尺及文字注记等，如图2所示。

4 图像信息提取及应用

在数字化好的地图上，可以进行坐标查询、距离测量、面积统计及规划设计等，而这些在Google Earth图像上却很难操作甚至根本无法进行。

4.1 课表的安排

随着校园面积的扩大，教学楼与教学楼之间、宿舍与食堂之间、宿舍与教学楼之间的距离也相应增大了，这给学校的排课带来很大的麻烦。排课已经不像以前那样，只要找个空闲时间和空闲教室就可以了，还应该考虑学生在上课路途中所需要的时间。在图2上，可以选择最近或最佳路线，量测路线长度、路线宽度，计算出所需时间、通行能力，为课表的安排提供准确可靠的参考信息。

4.2 功能分区规划设计

为了便于分析，将主校区分成教学区、宿舍区、生活区及运动区。从图2看出，东南边学生公寓紧邻教师家属区外侧，上下课时大量学生从家属区进进出出，给教师的工作和生活造成极大干扰。在东风渠以东的新区规划建设中应尽量做到:教师宿舍区与学生宿舍区分开，且避免相互穿插;运动区尽量设计在学校的外围，尤其避免干扰教学区及宿舍区。

4.3 土地分类面积统计

为了准确掌握学校各类用地面积及其功能，在数字地图上进行统计，统计结果如表2所示。

表2 土地分类面积统计表Tab.2 Statistical area of land classification

从表2可以看出，学校的绿化面积最大，不愧为成都市的绿化红旗单位。相对来讲，教师及学生宿舍的面积略为偏少，这在渠东的扩建工程中应加强。

5 结语

综上所述，利用高精度的Google Earth免费图像，结合AutoCAD的强大图形编辑功能来提取Google Earth图像信息并应用，无疑是一种高效、快捷、经济和实用的方法，特别适用于工矿、企业、机关、学校等单位制作有关图件时参考与借鉴。对于Google Earth图像上被阴影遮盖的部分信息，可以通过地面丈量的方法来解决。在制作好的数字地图上，可以进行距离测量，面积量算，土地利用类别分析统计及基本建设与规划等，还可制作各种专题地图。目前，Google Earth图像精度还不能满足大比例尺制图的需要，部分地区更新周期也相对较长。随着Google Earth图像分辨率的提高，更新周期的缩短，其产品的应用必将愈来愈广泛。

［1］王东，赵忠贤.Google Earth使用详解［J］.工程地质计算机应用，2006(1):23－31.

［2］李黎，胡晓波，李剑.Google Earth面面观［J］.中国测绘，2006(1):64－67.

［3］范幸义.建筑工程CAD制图教程［M］.重庆:重庆大学出版社，2008:138－143.

［4］吴银柱，吴丽萍.土建工程CAD［M］.2版.北京:高等教育出版社，2006:1－9.

［5］刘祥磊，马静，江涛.基于Google Earth管线巡检系统地图数据的制作方法研究［J］.测绘科学，2008，33(2):141－142.

［6］朱超平，王海滨，周亮，等.如何利用Google Earth绘制校园平面图——以湖北大学为例［J］.湖北大学学报(自然科学版)，2008，30(1):93 －96.

［7］莫平浩，胡茂林.利用Google Earth制作卫星影像图［J］.电力勘测设计，2008(2):30 －31.

［8］覃辉，伍鑫.土木工程测量［M］.3版.上海:同济大学出版社，2008:269－270.