Google Earth卫星影像无偏移下载及处理

2016-04-13王义

铁道勘察 2016年1期

关键词：椭球投影坐标系

王　义

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都　610031)

Google Earth卫星影像无偏移下载及处理

王义

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)

Earth Google SatelliteImage without Offset Download and Processing

WANG Yi

摘要通过专业软件实现无偏移Google Earth卫星影像下载，并利用Global mapper软件重投影及Erdas Imagine软件纠正等方法，可得到高精度的正射影像。用于地物的更新修测，高山地区可满足1∶10 000地形图的修测精度，丘陵及平坦地区可满足1∶2 000地形图的修测精度。

关键词Google Earth无偏移重投影纠正

1Google Earth卫星影像国内部分无偏移下载的实现

基于Google Earth影像地物平面精度的研究，成为时下的热点。下载GoogleEarth影像有两种方法，一种是拷屏下载后拼接，该方法下载速度慢，拼接容易出错，精度差；另一种方法是利用下载工具基于Google服务器的下载，并进行拼接、裁剪及投影转换等工作，该方法可设置多线程下载，下载速度快，多张影像无缝拼接，精度好。若用于制图作业，利用普通软件下载Google Earth影像国外部分无偏差，可以直接制图，但Google Earth影像国内部分出于多种原因，其服务器影像做了偏差处理(即火星坐标)，下载后即使通过控制点和DEM结合的方法都无法进行纠正。因此，需要研究国内部分无偏移影像获取方式，满足国内项目制图需求。

通过多种下载工具比对，最后选择全能下载软件，实现了GoogleEarth影像无偏移下载。

1.1影像下载范围坐标系及格式转换

通过自主开发的转换软件将下载范围由工程独立坐标转换到国家标准坐标，并利用Global mapper投影转换为地理坐标，即为基于WGS84椭球的经纬度坐标。若椭球不同，可以通过公共点计算参数并转换至WGS84坐标。转换后的经纬度坐标范围为DXF格式，在AutoCAD中可以读出各拐点坐标，生成坐标文本文件。以下是全能下载软件支持的下载范围格式：

118.144 6，25.204 7，118.159 3，25.205 0，118.164 6，25.188 2，118.159 7，25.166 7，118.159 6，25.159 4，118.170 7，25.137 8，118.185 0，25.118 4，118.218 6，25.103 8，118.219 2，25.086 9，118.202 4，25.071 8，118.209 5，25.055 6，118.231 0，25.055 8，118.245 2，25.061 5，118.264 2，25.057 3，118.310 7，25.041 1，118.334 2，25.027 8，118.369 0，25.003 7，118.386 0，25.003 9，118.403 3，24.998 3，118.419 3，25.011 7，118.435 8，25.020 8，118.459 6，25.013 8，118.460 1，25.005 0，118.450 5，25.000 4，118.438 1，24.997 8，118.419 5，24.983 9，118.414 2，24.978 5，118.399 2，24.977 7，118.349 7，24.988 3，118.310 5，25.019 5，118.289 0，25.028 4，118.267 1，25.034 0，118.254 6，25.041 3，118.223 7，25.036 3，118.196 1，25.038 7，118.191 2，25.044 8，118.180 0，25.076 8，118.175 5，25.094 8，118.160 0，25.111 7，118.137 1，25.152 3

具体为：第一个点的经度、纬度；下一个点经度、纬度，中间以逗号隔开。文本范围数据中无点号，无空格，无换行符。去掉换行符可以在word平台实现，通过替换“^p”为“^z”。

1.2影像下载设置

打开全能下载软件，复制粘贴下载范围文本数据，设置下载地图级数，1∶2 000地物修测精度选择18级影像，分辨率约为0.5 m；1∶10 000地物修测精度选择17级影像，分辨率约为1.2 m。下载影像设置为谷歌地图混合图无偏移下载。经多个项目实验，与既有地形图比较，通过该方法下载的Google Earth影像不经纠正，仅作简单的平移，可基本满足1∶10 000修测地物精度；用于1∶2 000地形图则需要进行后续影像纠正。图1是全能下载软件下载影像截图。

图1　影像下载设置

1.3影像拼接

全能下载软件影像以瓦片形式下载，下载完成后，选择工具地图拼接。由于拼接后的影像较大，一般输出为GeoTIFF格式，并输出*.tfw坐标文件。

2Google Earth卫星影像重投影及纠正

2.1Google Earth卫星影像重投影

Google Earth影像经下载拼接完后，导入Globalmapper，其投影坐标为地理坐标，即为WGS84椭球经纬度坐标。若制图要求坐标系基准在相同椭球下，通过设置投影，添加自定义坐标系，中央子午线设置为独立坐标的中央经线，椭球长半轴设置为WGS84椭球的长半轴加上投影面大地高，就可将下载影像转为WGS84椭球下的工程独立坐标，图2是影像坐标转换截图。

图2　影像坐标转换

若坐标系基准为不同椭球，可通过公共点转换到目标椭球投影坐标系。打开Globalmapper控制中心，选择基于文件转换坐标，选择公共点文件。公共点文件格式如下：

390 202.604，3 359 073.972，199 505.852，183 931.924，"K1"，0

389 735.569，3 359 530.439，199 035.123，184 384.506，"K2"，0

389 518.437，3 360 188.057，198 812.619，185 040.268，"K3"，0

389 525.148，3 360 844.547，198 813.940，185 696.738，"K4"，0

389 152.384，3 361 714.470，198 434.076，186 563.502，"K5"，0

389 081.522，3 362 506.184，198 356.721，187 354.545，"K6"，0

389 312.579，3 363 127.723，198 582.648，187 977.910，"K7"，0

389 184.623，3 363 584.937，198 450.949，188 434.021，"K8"，0

388 924.323，3 364 464.422，198 183.452，189 311.267，"K9"，0

389 541.875，3 366 777.697，198 781.921，191 629.357，"K10"，0

文件中，前面两列为转换前坐标，后面两列为转换后坐标，坐标系为数学坐标系。

通过以上两种方法即可完成相同或者不同椭球下的影像重投影。

2.2Google Earth卫星影像纠正

将投影转换后的Google Earth影像导入Erdas Imagine软件进行纠正。纠正模型选择Projective Transform，该模型可以基于DEM和控制点结合进行纠正。DEM由既有地形图中等高线和高程点生成，控制点在既有地形图中选择明显地物点，平面及高程坐标在图中读出。由于Google Earth影像无RPC参数文件，Projective Transform是最优模型，精度较好，该方法要求控制点至少15个。为了保证纠正后影像与原始影像对比度一致，影像对比度调节方法设置成Min-Max，图3是Erdas Imagine参数设置及纠正界面。

图3　参数设置及纠正界面

下载的GoogleEarth原始影像可能为不同景卫星影像拼接而成，故往往在拼接缝处有错开的现象，解决办法是沿着错开区域将影像裁剪成多块进行纠正，再将纠正后的影像进行拼接，缺少区域利用微软等卫星影像进行填补。

2.3Google Earth影像分幅裁剪

纠正完的宽幅Google Earth卫星影像数据量较大，在AutoCAD中无法处理，可以利用AutoCAD制作图幅，并将分幅图框导入Globalmapper中，选择闭合的面域图框进行影像分幅裁剪。

2.4AutoCAD自动加载影像

通过AutoCAD插件自动加载GeoTIFF影像，若影像较大，全部加载会导致CAD运行缓慢，甚至卡死，可以将影像特性显示设置为“否”，需要某一块就显示该幅影像为“是”。

Google Earth影像经插入AutoCAD后，可进行地物的修测更新。

2.5精度统计

通过对Google Earth卫星影像进行重投影、沿错开处裁剪、分块纠正、重新拼接等处理后，与既有地形图叠加，进行精度统计分析。图4是某项目无偏移下载的GoogleEarth卫星影像经以上方法处理后，与外业实测1∶1 000地形图叠加情况。

图4　卫星影像与1∶2 000图叠加

在纠正后的影像上量测明显标志地物点与实测地物点比较，精度统计如表1。

表1　卫星影像量测地物点与实测地物点比例　m

从表1可见，纠正后的影像与实测地物点比较，平面精度优于1 m。

3结论

通过全能下载软件实现无偏移下载Googleearth影像，对影像实施重投影及坐标转换等工作，其后沿影像错开缝隙处裁剪，并利用大比例尺地形图生成的DEM与量测明显地物点作控制，对分块影像进行纠正，从而得到高精度正射影像，可用于地物的更新修测工作。经多个项目试验，高山地区可满足1∶10 000地物修测精度，丘陵及平坦地区可满足1∶2 000地物修测精度。该技术流程具有较大的实用性，值得推广应用。

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中图分类号：P237