以中山石岐水道电子海图制作为例，结合Google Earth影像与GIS制作地形图

李伟

摘 要：自从Google Earth问世以来，随着技术的不断发展，使其在多个领域得到了广泛应用。利用Google Earth提供的海量地理信息数据，以其为三维地理信息平台，进行地理信息提取，经过GIS软件系列处理从而获得高精度的数字化地形图是一种简单可行的方法。

关键词：Google Earth影像 GIS 地形图

1.前言

Google Earth（简称GE）是谷歌公司2005年向全球推出的一款虚拟地球软件，将卫星影像、航拍图片和GIS布置在一个地球的三维模型上，被形象地称为“上帝之眼”。GE拥有不同分辨率的卫星影像及航拍数据，提供免费的基础地理地图。GE有两种类型的地标文件，分别是KML文件和KMZ文件。KML文件采用XML描述语言，且为文本格式，因此KML格式的地标文件非常利于GE应用程序的开发。KMZ文件是一个经过ZIP格式压缩过的KML文件。此外针对调用Google地图资源的问题，GE还推出了Google Maps API，任何人都能够通过简单的API调用来开发自己的Google地图服务，开发基于GE的GIS应用项目。

传统的地形图获取方法，即采用野外实测的方法，费时费力。近些年由于卫星遥感、航空摄影、GPS、数字成像等技术的不断发展，而且GE目前可以提供解析度小于1米的高精度影像，这使人们通过影像生成高精度地形图提供了基础。本文通过在中山石岐水道外业测量及制图工作中，提出在GE中获取高精度二维影像地图的方法，通过影像下载、图片拼接等步骤生成地理影像栅格文件，能够在开发GIS平台中使用，制作所需的地形图。影像地图数据来源免费，获取方法简单快速，这样我们在实际工作中节省了大量的人力，物力与财力，缩短了工作周期。

2.影像地图的生成

2. 1影像下载

影像地图最常见的方法就是打开GE软件，找到你所需要下载的区域，选择保存图像即可。这种方法适用于小面积的截图。如果需要获取大面积的高分辨率的地图时，这种方法就比较耗时耗力了。为了影像地图的方便快捷下载，目前很多在Google公司提供的API接口基础上开发的GIS软件实现影像自动定位、截图下载的功能。具体步骤如下：

（1）首先输入所需下载影像地图四个边界的经纬度坐标，截图参数。不同软件有着不同的参数表述，主要包括影像地图显示的比例尺、层级、图片的分辨率大小、截图高度和延迟时间等等。

（2）软件根据设置的截图参数，将整个范围的影像图切分成若干个小的地图切片。

（3）开始截图时，截图方框依次移动，逐个截取地图切片的影像，将截取的影像保存为图片格式的文件，同时会生成一个同名的文本文件，里面保存的截取图片四个角点的经纬度坐标，以便图片的后续拼接处理工作。

2.2图片拼接与输出

图片拼接，即通过photoshop等位图软件将下载的图片按照依次排序，同时去掉图片重叠部分，拼接形成一副完整的影像图片。如果通过人工截取地图图片，无法保证每次是在同一比例下截图，这样截取的图片就会大小不一，产生重叠部分，而通过GIS软件下载影像图片时，已经将所需下载的范围自动等分成若干个地图切片，所以各图片间不存在重叠部分。通过GIS软件打开这些图片文件，系统会读取截图产生包含切片四角地理坐标的文本文件，将图片放置在对应的位置，形成一幅完整的地图图片。最后选择输出图像格式将拼接完整的图片导出保存。常用的地图栅格文件格式包括GeoTIFF、JPG、BMP等。

Google Earth采用的坐标系统是WGS84坐标系，截取的影像地图文件也同样为WGS84坐标系。实际工作中可能需要其他坐标系统的图片文件，这就需要对完成的图片进行坐标系转换。目前基于GE的GIS软件大多提供坐标系转换的功能，可以根据自己实际工作需要，选择对应的坐标系，按操作转换输出即可。

目前，在Google Earth API基础上开发的GIS软件实现了下载，拼接与输出于一体的软件，无需过多的人工处理，可以下载完成你需要的任意影像图片。本文结合中山石岐水道电子海图制作为例，选取了Goody GIS软件对测区的影像进行了下载、拼接与输出。石岐水道位于中山市中部，全长46公里。根据测区范围进行图幅的分幅，确定好每幅图幅范围的经纬度坐标，在软件中设置好截图高度等参数，选择输出国家2000平面坐标系，获取影像完成拼接并输出。如图1所示。

3.图片纠正

由于受到传感器成像方式、地球曲率、大气折射、地球起伏引起的像点位移和地球自传的影响，以及下载影像时选择不同层级或者分辨率、拼图、文件格式转换和坐标系通转换，都会造成下载的影像地图与实际的矢量地形图存在一个坐标误差或者偏移，这种误差与偏移没有规律特性，通常在1米～30米之间。所以当我们需要更高精度的影像图片时，还需要对其进行几何纠正处理。

图像几何纠正也就是通过计算机将离散结构的图像像元逐个进行校正处理的方法，主要分为几何粗纠正和几何精纠正，我们日常所做的为几何精纠正。几何精纠正即通过地面控制点将卫星图片的像元与实际位置建立一个数学关系，把原图片上像元转换到标准空间上去。其主要有两个环节：图像像元空间的位置转换和像元灰度值的重采样。影像到纠正精度的几个因素主要有地面控制点、重采样方法以及图像本身质量。

本次实际测量中，结合海图性质，其对陆地要素的精度要求相对较低。我们采用广东CORS系统信号，其测量精度达到厘米级，使用RTK对范围内比较明显的特征点进行测量，例如道路拐点、桥梁、码头和河流两岸的石堤等等。将测量的特征点作为地面控制点对卫星影像进行几何纠正。纠正后的影像同部分实测地形比较，误差在1米左右，满足制图的需要。目前影像处理软件很多，常用的有ER Mapper等等。

4.影像地图的数字化

纠正后的影像我们即可对其进行数字化处理。影像地图数字化主要分为面状地物的数字化和线状地物的数字化，以及等高线的提取与矢量化。常用的数字化方法有很多种，比如采用ArcGIS软件，在软件中打开我们下载完成的影像地图，利用ArcCatalog建立不同属性的图层，图层创建完，可以从arcmap加载图层，分层矢量化各图层。矢量化完成后进行设置字段及属性录入，最后进行地图的修饰和输出。

结合本次工作实际情况，海图所需的地物要素不需要很详细，我们将纠正后的图片嵌入到CAD中去了。再利用CASS软件打开CAD文件，根据我们所需地物要素，比如道路、桥梁、河堤等等，选择相应的线性进行描绘。

在精度要求不高的情况下，GE利用三维模拟功能，即在GE上建立一定海拔的平面，使之与起伏的地表相切，就能得到等高面范围线。目前大多基于GE开发的GIS软件能自动完成等高线的提取与输出。例如在GOODGIS中，首先在需要提取等高线的地方用多边形进行圈定，然后设置好采样点间隔及等高距参数，这样就可以对多边形范围内的地形就行等高线的提取，设置好坐标系统，即可将成果输出CAD格式的文件。再于之前数字化的成图合并，即可完成相应的地形图。再对图形交接部分不合理的地方及图形要素发生改变的地方进行修改，这样我们所需的外业成图即完成（如图2），在此基础上进行加工修饰完成电子海图的制作。

5.结束语

目前GE提供地形图精度纠正后平面精度接近1∶2000，高程精度相对比较粗糙。随着GE的不断丰富与发展，卫星影像的精度越来越高，以及更新频率周期的缩短，使其在测绘方面的应用也越来越广泛。利用GE来制图，大大提高了测量工作的实效性。笔者多次采用此方法进行测量制图，发现经过纠正后得到的数字化地形图均能满足工作所需，提高了测绘工作生产效率，减少了成本投入。

参考文献：

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