利用Google Earth影像测制1∶2 000地形图

张书华，刘云生，张梅

(山东省鲁南地质工程勘察院，山东兖州 272100)

1 引言

地形测量是传统测量的主要项目，长期以来，大比例尺地形图的测量方法是从最初的平板仪测量发展到全站仪测量。面积较大时，可采用航空摄影测量的方法。野外工作量大，作业周期长，成本高;而航空摄影测量虽野外工作量较小，但只较适合大面积地形测量，对于小面积地形测绘，由于其航摄成本高，航摄要求较苛刻，故小面积作业不便采用。

近年来，随着航天技术与数字影像技术的发展，卫星遥感影像质量不断提高，空间分辨率从原来的几十米发展到今天的0.41 m(GeoEye－1，全色)，影像处理技术也发生了质的飞跃，卫星影像资料种类繁多，影像处理软件层出不穷，影像清晰度不断提高，处理影像技术日臻成熟。有关研究表明［1］，采用 Quick Bird高分辨率全色遥感影像，并采取多项式纠正法进行纠正，可实现较为平坦城区的1∶2 000比例尺地形图的更新，条件理想的地区甚至可更新 1∶1 000比例尺地形图。Google Earth集成了遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)三种高新技术的功能，部分地区影像分辨率高达0.5 m，可在全球范围内周期性地更新。卫星遥感影像具有获取周期短、成本低、野外工作量小的特点，因而具有广阔的应用前景。本文主要探讨Google Earth影像在大比例尺地形测量中的应用。测区兖州市的Google Earth影像分辨率为 0.5 m，影像拍摄时间为2009年12月21日，影像清晰，放大到1∶1 600，道路、房屋等影像边沿依旧清晰可见，可与航摄影像相媲美。

图1 放大到1∶1 600，Google Earth影像依旧清晰，可矢量化出地貌、地物

2 测区简介及测绘工艺流程

2.1 测区简介及测图要求

兖州市隶属济宁市，位于山东省西南部，东南与邹城市接壤，西南与济宁市任城区相邻，西与济宁市汶上县相接，北邻泰安市宁阳县，东临曲阜市，这里交通发达，京沪铁路在兖州市市区东部穿过，327国道环绕兖州市市区西北。测区位于兖州市城区西部，为平原地区，测区面积28.6 km2，区内主要种植小麦、玉米等作物，耕地全部为水浇地;测区内村庄有38个，大小企业有20多家，区内乡村公路四通八达，交通较为便利。测区树木较多，植被覆盖较好，通视不便，困难类别为Ⅱ类。

主要测图要求:

(1)测图比例尺为1∶2 000，坐标系统为1980西安坐标系，高程系为1985国家高程基准;

(2)本次测绘测区内的道路、河流、沟渠、桥梁，村庄内主要道路，主房、连体房屋可一并绘出;

(3)测区内厂矿企业要测绘出外围墙、厂房等建筑物，地物地貌按《工程测量规范》要求测量;

(4)测区内林地、坟地、果园等类别要实测分清，沿道路两侧单体建筑物实测分清;

(5)高程注记标注到0.01 m，等高距为0.5 m。

2.2 测绘工艺流程

图2 1∶2 000地形测量工作流程图

3 测图实施过程及要点

采用以下测量方案:

(1)在Google Earth影像图上选择具有明显影像特征的像片控制点，选择依据是:要均匀分布在整个校正区域、特征要固定而明显、数量要足够。控制点应是在原始影像中均匀分布并能正确识别和定位，在地形图上可精确定位的特征点、特征线(取其中点)。如固定的地形地物交叉点、河流拐弯处或交叉处、塔尖、桥梁、铁路、水坝和交叉路口等。

(2)用全站仪或RTK测量像控点;用水准仪测量像控点的高程。

(3)用ERDAS软件，以像控点为基准，纠正Google Earth影像图为1∶2 000正射影像图(DOM)。

(4)以1∶2 000正射影像图为底图，在内业用矢量化方法制作1∶2 000平面图。

(5)将1∶2 000平面图分幅打印，在野外加测平面图的高程，检查平面图的精度，纠正平面图的错误，补测漏绘地物和新增地物。

(6)将外业实测高程展绘在1∶2 000平面图上，勾绘等高线，最终完成1∶2 000比例尺地形图制作。

3.1 控制点的布设与测量

控制点对于几何精校正精度的影响，主要表现在控制点(GCP)的数量、分布和其定位精度。校正方法(包括数学模型、确定亮度值的方法)不同，影响也不同。GCP数量的增加可以提高校正精度，但也使得寻找GCP的难度加大。GCP的数量也不宜过多，因为过多不会显著提高校正精度，却使计算量大大增加。几何精校正要求GCP均匀分布。若GCP分布不均匀，则在GCP密集的区域影像校正较好，而在GCP分布稀疏的区域，则会出现较大的误差。GCP的位置精度越高，校正效果越好。几何精校正的技术指标是:校正后的图面中误差一般不大于0.5 mm。

3.2 像控点的测量

像控点的测量包括平面和高程两个方面。测量采用RTK法。为了达到RTK平高一体化测量的目的，必须首先布设高程控制网，用高程控制网控制RTK的高程精度。具体做法是:首先用水准测量的方法测出各基本控制点的高程，将RTK基准站架设在测区中部海拔较高的地方，例如高楼顶部或测区的制高点上，基准站周围应视野开阔，树木较少，便于RTK信号的传播。测出高程与坐标，然后供内业纠正之用。内业纠正用分片纠正配准的方法，分片应主要以地物密集程度大的片区为整体，即分片接边地物较少，接边简单为原则，通常以自然村为单位，采用村周围控制点纠正配准，再将分片配准的图像进行无缝镶嵌，无缝镶嵌以控制点为准进行，若镶嵌过程中存在误差，将误差按最小二乘法进行分配，将镶嵌后的图像以像控点为准进行图上检核，检核方法为:在每片影像中筛选精度较高、匹配较好的3个像控点，以选中的像控点为准进行影像镶嵌，以镶嵌配准后的影像为基础，量取相邻不同影像上同名像控点的坐标，并计算其距离ds;同法量取同名影像重合点并计算距离ds，检核结果如表1所示。

内业矢量化控制点及影像重合点检核结果 表1

将镶嵌配准后的影像图进行内业矢量化，矢量化的原则如下:

(1)建筑物的矢量化，其点位选取以建筑物的地基为准，若地基位置不清，可以其他影像代替，如房屋的房檐，根据本地区的情况，可酌情减去 0.3 m～0.5 m。

(2)沟渠等地貌以实地影像边线为准矢量化，若有树木覆盖，以树木边沿绘出，若林带较宽(超过图上2 mm)，则林带单独绘出。

(3)水塘、道路等边线，以地形测量《规范》方法绘出，即水塘绘出水崖线，水塘边线，道路绘出路边线、路肩线、路沟两边线。将矢量化后的平面图拿到实地检查并加测高程。该项工作是分3个外业组分头进行的，每组约合十整幅图，各组仅用了5 d的时间就完成了外业工作，极大地提高了工作效率。

4 野外精度检查

首先以平面图为草图，在村庄及树木密集区用全站仪、在视野开阔信号较好的地区用RTK进行实地测量，实地测量目的有三个，一是补充测量高程点，二是检核地物、地貌点的精度，三是对照平面图判定实地有无错误，经实地检测，地物、地貌点的较差如表2和表3所示。由表2按同精度双观测值统计计算得控制点点位中误差为 3.0 cm，影像重合点点位中误差为0.59 m;由表3按同精度双观测值统计计算得控制点高程中误差为3.1 cm，地形点高程中误差为1.01 dm，符合测量《规范》中有关对地形测量控制点及地形点的精度要求。

外业实测控制点及影像重合点平面精度检核结果 表2

野外实测高程点精度检核结果 表3

5 结论

利用Google Earth测制 1∶2 000地形图，在较严格的精度控制措施下，所测地形图的精度可以满足1∶2 000地形图的精度要求，虽然利用Google Earth测制1∶2 000大比例尺地形图过程还比较复杂，高程点仍需野外实测，但就大比例尺地形测量而言，还是大大减少了野外工作量，缩短了工期。就以本案例而言，若不利用Google Earth影像而全部采用野外数据采集的测量方法，投入3个野外作业组，野外工作需60 d，内业工作量需25 d;而采用先进行Google Earth影像矢量化，再到外业检查补测的方法进行测量，外业工作时间大大缩短，外业控制仅用10 d，检查及加测高程仅用15 d，共野外工作一个月，野外工作量减少一半，内业工作量虽略有增加(增加5 d)，但和全野外数据采集的测量方法相比，总工期还是提前了10 d，取得了明显的经济效益。

［1］杨泽运，康家银，赵广东.利用Quick Bird全色遥感影像更新城市大比例尺地形图［J］.测绘工程，2005，14(2)，29～31

［2］胡旭伟，王昌翰.利用SPOT一5卫星遥感影像更新1∶10000地形图初探［J］.测绘与空间地理信息，2007，30(3)，23 ～25

［3］万幼川，宋杨.基于高分辨率遥感影像分类的地图更新方法［J］.武汉大学学报·信息科学版，2005，30(2)，105～109

［4］刘瑞敏，李华，王思锴等.基于 Google Earth的地铁亦庄线 GPS控制网布设［J］.测绘通报，2008(11)，47～49

［5］彭和强，张有能.基于Google Earth的地形图制作技术［J］.测绘通报，2009(10)，56～58

［6］周园，关卫军，佟胤铮.基于ERDAS IMAGINE的遥感图像更新地形图［J］.辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2009，28(3)，376 ～378