互联网地图在地形图更新中的应用

2018-05-14郭丽萍肖圣海杜为财

现代测绘 2018年2期

郭丽萍，肖圣海，杜为财

(61175部队，江苏南京 210049)

0 引言

地形图更新是通过修测或重测使地形图表示的内容与现时地面状况和当代科学技术发展要求相适应的工作[1]。随着城镇化建设步伐的加快以及海岸、河流、湖泊等自然环境变迁，居民地、道路、水系等地形要素变化越来越快，地形图的快速更新问题变得尤为重要。目前，互联网技术迅猛发展，航天传感器地面分辨率大幅度提高[2]，高德地图、卫星影像等互联网地图已广泛进入商业和民用领域。由于互联网地图具有覆盖范围广、更新速度快，精度可控等优势，使其成为地形图更新的重要现势资料。合理高效利用这些现势资料为地形图快速更新开辟了一条有效途径。

1 互联网地图

1.1 互联网地图定义

互联网地图[3]是指登载在互联网上或者通过互联网发送的基于服务器地理信息数据库形成的具有实时生成、交互控制、数据搜索、属性标注等特性的电子地图。简而言之，互联网地图就是Internet上的电子地图，它采用当前主流通信、应用协议和体系结构，不但具有传统电子地图的浏览、查询功能，还具有Internet开放性功能。海量地图数据存储于服务器端，客户端可通过浏览器访问服务器上的地图瓦片，实现地图搜索、位置服务、地图下载和地图复制等功能。互联网地图一般包括二维地图、影像地图、三维虚拟现实地图和实景(街景)地图4种类型[4]。

1.2 互联网地图分析

目前互联网上流行的电子地图主要有高德地图、百度地图、凯立德地图、必应地图、雅虎地图、腾讯地图、天地图及Google earth提供的谷歌地图和谷歌影像等。这些地图有各自特点：如高德地图和百度地图是使用较广的导航电子地图，主要针对交通导航，关注道路数据的实时动态更新，可在最短时间内进行实地核实并上线；谷歌影像含有丰富的高分辨率卫星影像，其空间分辨率一般分为20个级别[5](国外部分重点区域可达22级)，理论上级别越高影像的分辨率越高(表1)。经观察分析，目前在国内城区19级以上谷歌影像比较模糊，其实际清晰度并没有随级别增大而更高，一般选择下载至19级即可，其他区域一般下载至18级即可。

互联网地图资料的分析主要集中在地图现势性和地图精度分析2方面，可采用指标建筑物对比法和第三方资料验证等分析方法。一方面通过道路、地标建筑比对或不同时期地图资料比照来评估地图现势性，另一方面通过叠加成果数据或其他可靠资料，利用检测同名要素精度的方法来评估地图精度。经分析，互联网地图的更新周期快、精度可控，能较好满足地形图更新资料的准确性和现势性要求。如高德地图的交通要素较为直观、准确、详细，可作为地形图更新公路、铁路、车站、高速公路出入口、立交桥等交通要素位置和属性的主要资料，卫星影像能真实反映现实存在，更新速度快、现势性高，是更新道路轨迹、居民地和水系要素的位置及轮廓范围线的主要依据。另外，对于高德地图、百度地图缺失的境外制图区域，可参考使用谷歌线划地图来更新交通要素。

表1 谷歌地球不同级别影像所对应的分辨率

1.3 互联网地图的处理与应用方式

由于通过网络下载的高德地图、谷歌地图和谷歌影像等互联网地图，其投影和坐标信息与地形图存在差异，尤其是谷歌影像还存在坐标加密与偏差的情况[6]，所以通常需要根据地形图本身图幅的数学基础信息，将下载到本地计算机的互联网地图经拼接裁切、格式转换、投影变换、几何纠正、坐标改正等处理后，才能作为底图与地形图矢量数据准确叠加使用。由于传统的分幅图像纠正操作复杂，且加载图像数量受计算机内存大小制约，使用非常不便。为此，我们利用瓦片技术和网络技术，将下载的互联网地图以瓦片形式存储在服务器上，在多种制图软件中嵌入自主开发的“地图自动加载”模块，可随时连接服务器，根据当前地图显示比例尺，实现在线地图瓦片的显示级别确定、行列范围计算、实时转换(投影转换、几何纠正、坐标修正)和拼接显示，动态调用在线互联网地图。

以下为地图自动加载对话框(图1)。利用“路径设置”可选择互联网地图在服务器上的存储路径；利用“投影参数设置”可根据制图需要选择合适的地图投影和参数。在获得正确数据源和投影信息后，选择需要加载的各类地图，点击“自动加载”按钮，即可实现各类地图的自动加载和快速切换。对于存在坐标加密和偏差的境内谷歌影像，软件提供“境内影像纠偏处理”，纠偏后的影像精度经分析检核，能较好满足1∶5万以下比例尺地形图的精度要求。

图1 地图自动加载对话框

2 利用互联网地图更新数字地形图

居民地、交通和水系要素是地形图更新的重要内容，下面以1∶25万地形图更新为例，应用上述互联网地图加载方式，重点利用第13、14、15层高德地图和谷歌影像对这3类要素进行更新，提高要素的准确性和现势性。

2.1 居民地更新

居民地的变化主要表现为居民地范围改变、合并以及等级变化。卫星影像是反映居民地变化最直接有效的资料，可利用卫星影像修改街区轮廓和点状居民地位置。在采集街区轮廓时，需调用恰当分辨率的卫星影像，以便能更好把握更新指标和综合指标(图2)。另外，当原图上用点状居民地表示的居民地范围扩展到一定面积指标时，应改用面状街区表示。

图2 利用谷歌影像更新街区轮廓

2.2 陆地交通更新

陆地交通主要包括铁路、公路、桥梁、服务区等要素。高分辨率卫星影像能较清晰地显示铁路和公路轨迹及其道路附属物位置，因此可根据最新卫星影像更新以上要素位置。高德地图、百度地图等导航电子地图的道路交通信息更新较快，不同级别道路实现分级显示，且标注了高速公路名称、编号等属性信息，较卫星影像更为直观、清晰，可作为陆地交通要素位置和属性更新的基本参考资料。当卫星影像与导航电子地图的道路轨迹不一致时，应分析是否是由资料的现势性原因导致的，并利用最新交通图集等第三方资料进行检核。

陆地交通要素的变化主要表现为建筑中道路改成建成道路、新增道路、道路改道和道路属性变化。这些变化内容都可根据卫星影像和高德地图进行更新(图3)。

图3 利用高德地图更新后的公路及其附属设施

2.3 水系更新

水系要素主要包括河流、沟渠、海洋、水库和湖泊等。水系要素的变化主要表现为岸线位置变化、新增或消失池塘和水库等。若河流整体改道或常水位岸线变化超过规定限差，与实际相差较大，且判断不是由于蓄水期与枯水期以及水位涨落引起的水位变化时，应根据卫星影像进行更新；新增水库超过规定面积应重新采集；消失的水库、湖泊和池塘等应删除(图4)。