Google Earth在境外水电工程规划中的应用

白少云

（1.云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021）

Google Earth在境外水电工程规划中的应用

白少云1

（1.云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021）

基于Google Earth和SRTM数据，采用虚拟像控点定位技术，制作1∶1万地形图。结果表明，Google Earth可满足境外水电工程前期规划方案比选的要求。

境外水电工程；基础资料；Google Earth；像控点；影像纠正；测图

目前境外水电勘测设计项目越来越多。与国内项目不同的是，勘测设计企业对境外作业区域了解很少，几乎不可能收集到地形图等资料[1,2]。随着航天技术与数字遥感技术的发展，卫星遥感影像质量不断提高[3]。本文主要研究如何利用 Google Earth影像制作1∶1万地形图，为境外水电工程前期规划设计提供基础测绘资料。

1 境外水电项目测绘资料现状分析

在国内项目设计中，前期设计规划工作往往是先收集已有基础测绘资料（如1∶1万或1∶5万地形图及相关区域地质图），然后利用这些资料在图纸上进行位置初选和方案比选工作，确定需要开展野外勘测工作的范围和内容，勘测人员根据确定的方案进行相应的勘测工作。实际应用中存在以下问题: ①地形图成图时间较早，实际地面地物变化较大，时效性较差；②由于没有影像等信息，部分地段地物、地质和环保等资料缺少或失真；③对于资料匮乏区域，尤其是海外项目，小比例尺地形图的收集极其困难，水利前期规划设计工作难以开展。

目前境外水电项目前期规划设计通常在踏勘时采用手持GPS粗略测定少量特征点作为规划设计的参考资料，但由于地形资料缺乏整体的认识，再加上手持GPS高程精度不能满足要求，导致规划确定方案与实际情况存在较大出入。因此，如何获得可靠的基础测绘资料以辅助前期规划设计工作，就成了亟待解决的问题。

2 基于卫星影像数据的测图方法研究

2.1 软件介绍

用户可以通过Google Earth软件免费浏览全球各地的高清晰卫星影像。Google Earth可以为全球多个主要城市提供分辨率为1 m、视角高度约为500 m和分辨率为0.6 m 、视角高度约为350 m的高精度影像图，在非主要居民地或山区，分辨率相对要低一些。即便这样，也可以清晰地判读地形、地貌和地表植被。目前，Google Earth在国内地理教学、水利工程、林业调查、电力通信、建筑工程设计及工程测绘等领域应用广泛。

Global Mapper是一款地图绘制软件，不仅能够将数据显示为光栅地图、高程地图、矢量地图，还可以提供地图编辑、转换、打印、记录GPS及基本GIS功能，即可以浏览、合成、输入、输出扫描点阵图、等高线、矢量数据集，也可以编辑、转换、打印各类地图图形文件，还具有一些高级功能，如图像校正、通过地表数据进行轮廓生成、通过地表数据观察分水岭、将3Dpoint数据转换为三角多边形和网格化等。

GetScreen软件是专门针对Google Earth的下载工具，打开Google Earth后将当前视图定位到目标区域，然后开启GetScreen，就可以直接将Google Earth视图“截获”到GetScreen的界面中，然后通过两点定位和截图功能就可下载所选区域的影像图。

2.2 基于Global Mapper的地形图制作

本文利用 Google Earth、GetScreen、Global Mapper等软件制作地形图的方法为：①从 SRTM 下载工程范围的地形数据包；②采用GetScreen 截图软件在 Google Earth 上截取工程范围内的图片数据；③采用地形图矢量化软件对截取的影像进行地物矢量化；④利用 Global Mapper软件打开以上2种数据并叠加一起，导出工程范围内的高程数据，高程数据通过处理后整理为CASS格式，经过 CASS 成图软件快速生成地形图[4-6]。

2.2.1 虚拟像控点及影像数据准备

在Google Earth上标注测区范围（采用4个点较为合适），并读取标注点经纬度坐标，然后利用大地正算方法计算这些点的高斯平面坐标，把这4个平面点坐标展绘在矢量化软件环境中，依据测绘范围利用矢量化软件进行图幅划分，读取图幅中格网交叉点的坐标（为保证影像定位精度，每幅图建议读取9～12点作为定向点），作为相片纠正的虚拟像控点，利用大地反算方法计算这些虚拟像控点经纬度坐标，并在Google Earth上把虚拟像控点按经纬度输入方式标注在影像上；然后再运行GetScreen软件，标注的虚拟像控点和影像数据一起被截获在GetScreen屏幕上（如图1所示）。再到国际科学数据服务平台网站（http://datamir-ror. csdb.cn/dem/search.jsp）手工输入经纬度范围下载相应测区的SRTM 地形数据包。

在Google Earth标注虚拟像控点，经纬度有效坐标只能精确到0.01″。通常来说，在中纬度地区经度相差1″，北坐标约差23.6 m；纬度相差1″，东坐标约差30.9 m，在Google Earth上标注虚拟像控点时，标注估算误差小于0.005″，相当于平面坐标定位误差约±15 cm。因此在采用虚拟像控点进行影像严密纠正时，需要对影像上标注的虚拟像控点进行坐标正算，并在矢量化软件中根据重新计算后的坐标进行影像纠正，保证影像纠正的精度。

图1 在Google Earth上布设虚拟像控点

2.2.2 地物绘制

利用GetScreen软件对选定区域进行影像截获，如果截获的图片分为几张，可利用PS软件对图片进行拼接。把拼接好的图片调入矢量化软件，然后依据开始选定的格网点坐标和影像图上对应的像控点进行影像纠正，以纠正好的正射影像图作为矢量化底图，在内业用矢量化方法绘制地物。如采用350 m截图高度，可清楚地从影像判断测区内的道路、河流、沟渠、地类边线、坎子、桥梁、村庄内主要道路、主房、连体房屋等地物，矢量化时依据相应的符号进行绘制，如图2。

2.2.3 等高线绘制

打开 Global Mapper 软件并导入SRTM 地形数据包，然后导入经矢量化软件纠正后的工程范围图片，以便确认输出高程数据的范围。点击 Global Mapper菜单上的“文件”→“输出栅格与高程数据” →“输出XYZ文件”，最后得到高程数据(.xyz)。将高程数据整理成南方 CASS 格式(.dat)，利用南方 CASS软件，得到等高线地形图[5]。

2.2.4 多源数据叠加

在CASS软件中完成等高线地形图制作后，调入矢量化后的地物平面图，对照影像图片和矢量化后的数字地物图，对地形图进行编辑，并把三维影像数据叠加到地形图上，最终制作成三维地形图，如图3。

图2 影像纠正后矢量化底图

图3 制作完成的1∶1万三维地形图

采用SRTM 地形数据包配合Google Earth影像制作的地形图，采用虚拟像控点进行影像纠正，能解决卫星影像资料没有像控点的难题，平面精度基本能满足1∶1万比例尺地形成图的需要。

3 卫星影像制作地形图的优势

境外项目通常采用假定的坐标和高程系统，对地形图的相对精度要求较高。利用Google Earth影像数据制作1∶1万地形图，能顾及整个测区的整体效果，满足前期用图需要。

在缅甸喃果河电站前期规划用图中，利用该方法制作的1∶1万地形图，通过实地打点检测进行精度分析，利用纠正后的影像图绘制的道路和沟坎等地物与实际测量的相应地物吻合良好，平面

精度可达到±0.8 m。在平坦地区，利用Google制作的地形图高程检测综合精度能达到±1.0 m以内，但在地形切割激烈的山区，高程精度明显下降，高程综合评定精度能达到±2.1 m，仍能满足1∶1万地形图的高程精度要求，完全满足境外水电项目前期规划用图需要。该方法简单易行、成本较低，能在保证满足地形图精度的前提下，提高测量工作效率，为境外水电项目前期规划用图提供必须的基础资料。

利用卫星影像，还能够直观地判断泥石流、滑坡区域等不良地质，明显识别开矿区山体，根据相关特征，结合其他资料确定开采区位置，分析地质条件不良区域大致范围，并予以绕避。如东川坝塘水库跨大白河倒虹吸设计中，由于东川地区是泥石流爆发的重灾区，在卫星影像上进行线路方案研究，能够比较清晰地识别出发生过泥石流区域的痕迹，设计人员可在三维影像地形图上分析河流、山川、道路和居民地的现状，直观地判断较大地质断层或地质灾害并避开[5]。

[1] 吴长彬,燕乔,许小东.水利工程项目境外投资风险分析及预防措施的研究[J].西北水电,2009(6):80-92

[2] 杨洪志,万爱华,黄军明,等.遥感影像地图在境外电力工程设计中的应用[J].工程地球物理学报,2010(3):113-117

[3] 张书华,刘云生,张梅.利用Google Earth影像测制1∶ 2 000地形图[J].城市勘测,2012(1):57-60

[4] 黄振卫.Google Earth 在巴基斯坦国道公路网N55北段道路修复工程中的应用[J].铁道勘察,2012(3):7-8

[5] 殷继兴,胡光常.Google Earth 在铁路前期规划设计中的应用[J].高速铁路技术,2012(2):5-8

[6] 刘东,施昆.利用 Google Earth 影像辅助大比例尺地形图测量的方法[J].测绘通报,2013(1):68-69

[7] 莫善军,李志凛,陈成江,等.利用Google Earth 建立等高线三维地形模型[J].测绘通报,2012(10):39-42

[8] 王一波,邵伟伟,罗新宇.Google Earth数据精度分析及在铁路选线设计中的应用[J].铁道勘察,2010(5):68-71

[9] 陈隽敏.利用ASTER Global DEM和Google Earth卫星遥感影像辅助电力工程选址选线[J].湖北电力,2011(10):71-74

[10] 赵成铭.Google Earth 在输电线路工程中的应用研究[J].测绘通报,2012(5):71-73

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B

1672-4623（2015）03-0079-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.028

白少云，高级工程师，从事水利水电勘测工作和大型精密工程测量方法的研究及应用。

2014-09-11。

项目来源：2012年度云南省哲学社会科学规划资助项目（YB2012022）。