基于Google Maps与CASS9.0的小区域地形图测绘方法应用分析

郝长春 ，郑攀攀 （安徽省水利水电勘测设计院勘测分院，安徽 蚌埠 233000）

1 引言

近年来，随着基础设施建设的快速发展，如何快速的测绘满足工程要求的地形图一直以来都是测绘行业研究的重要课题。地形图测绘技术的发展使测绘手段不断更新，从全站仪配合电子平板模式、GPS-RTK配合草图模式、大型航空摄影模式，到低空无人机模式。针对使用频率高、更新速度快、植被覆盖率低、资金投入少的小区域地形测绘，上述方法均有不足之处。探寻采用高清高分辨率的Google Maps卫星影像结合GPS-RTK及CASS9.0技术解决小区域大比例尺地形测绘的方法，能有效的降低生产成本，提高作业效率，加快地形图的更新速度。

2 Google Maps和南方CASS9.0技术介绍

2.1 Google Maps技术介绍

卫星地图又称卫星遥感地图，是通过卫星在太空中探测地表物体的电磁波，从中提取物体的位置、几何形状及部分属性信息，再将这些信息通过转换、识别，得到对应物体的图像，即卫星地图[1]。Google Maps是Google公司在2005年推出的电子地图产品，能提供不同分辨率的卫星影像[2]。与传统地图不同，卫星地图是以卫星为媒介，向用户及时反馈地球表面真实面貌的图像，具有更强的时效性、直观性和更高的精确度。Google卫星影像地图为WGS84大地坐标系，分辨率0.5～10m，可以下载1～19级的各种影像，高清影像的精度达到0.5m[3]。卫星地图还具有更新速度快的特点，Google Maps区域地图每一个季度更新一次，全球地图每18个月跟新一次，在线卫星地图每天更新一次，每季度全部跟新一次，非常适合于地形图的调绘和更新。

2.2 南方CASS9.0技术介绍

CASS9.0是广东南方数码科技股份公司2018年全新发布的地籍地形成图软件，是基于全球公认的最优秀的图形与设计平台AutoCAD软件的基础上通过二次开发完成的[4]。针对栅格图像，南方CASS提供了图像的插入、纠正、裁剪等诸多功能。本文将基于南方CASS在栅格图像处理方面的技术支持，讨论Google影像在地形测绘中的应用。

3 Google Maps影像与南方CASS9.0技术的结合

3.1 Google Maps影像的获取

根据测绘工程项目的特点和要求从Google卫星影像客服端下载相应级别和范围的影像。本文以成都水经注信息科技有限公司推出的水经注万能地图下载器为例，该软件是基于谷歌、天地图等数十种地图服务器的多线程卫星地图下载器。通过该下载器可以实现测区规划(在线规划或者导入下载范围)、中央经线设置、坐标转换参数计算(WGS-84与国家坐标系之间的七参数)、影像级别选择、自动下载拼接等功能完成影像图的下载工作[5]。影像在拼接导出的过程中有多中影像格式可供选择，如GeoTIF、GeoJPG、PNG等。随同影像一起下载的还有.TXT格式的WGS-84大地坐标文件，它是影像所在矩形边框4个拐角的坐标（通常为十进制格式）。通过七参数投影转换，可将WGS-84坐标转换为国家标准的高斯平面直角坐标，该成果可以用于后期图像的纠正。

3.2 在CASS9.0中加载卫星影像

南方CASS9.0不但具有地形成图、地籍成图、工程测量等强大功能，而且还提供了栅格影像的处理功能。影像加载的基本步骤如下[6]。

①打开CASS9.0的绘图桌面，按照工程要求在“绘图处理”中设置作业区域的比例尺。

②通过“绘图处理”中的“展野外测点点号”将影像4个拐角的高斯平面直角坐标和采集的野外地物平面特征点展绘在绘图区，作为影像纠正的依据和检验点。

③在“工具”中选择“光栅图像”，点击“插入图像”，打开“图像管理器”，单击“附着”，找到影像所在的位置，加载“.tif”格式的影像，进入“图像”对话框，勾选“插入点”和“缩放比例”，点击“确定”进入绘图区域，在影像拐点和野外采集的特征点附近任意选择影像的插入点和缩放比例。

3.3 基于CASS9.0的卫星图像纠正

根据影像拐点的高斯平面坐标(GJ+序号)和野外采集的平面特征点坐标(JZ+序号)，对插入的Google卫星影像进行纠正，使影像上地物的位置和几何形状与实际趋于一致，使平面精度达到地形测绘的要求。

①进入“工具”，“光栅图像”，选择“图像纠正”，根据提示选取要纠正的图像，进入“图像纠正”对话框。

②在“图像纠正”对话框的“图面”项，点击“拾取”，选取影像边框左上角拐点的坐标，再在“图像纠正”对话框的“实际”项，点击“拾取”，选取影像边框左上角对应的GJ1点的高斯平面直角坐标，最后点击“添加”，将该组点添加到“已采集控制点”的列表里。以此类推，将其余组的拐角点加入到“已采集控制点”列表里面。

③针对野外采集的平面特征点，拾取图面坐标时，只需将卫星影像适当放大，找到野外采集时特征点的平面位置，拾取该点图面坐标。“实际”坐标即是野外实地采集的特征点的坐标，如JZ1等，以此类推，加载剩余野外控制点的坐标。

④纠正方法包括赫尔默特法、仿射变换、线性变换、二次变换、三次变换，其中赫尔默特要求至少3个控制点，仿射变换至少4个控制点，线性变换至少5个控制点，二次变换至少7个控制点，三次变换至少11个控制点，这些方法均包括1个多余控制点。在实际工作中可根据控制点情况进行选择。

⑤“误差”主要是给出图像纠正的精度。

4 实例分析

4.1 工程概括

为了保障安徽段淮河在汛期的行洪安全，现对该段的保庄圩堤防的达标进行勘测。胡姚保庄圩是其中的一个圩子，因现有基础资料缺乏，相关地形、地貌资料不足，为满足本工程科研报告设计需要，要对该圩的堤防进行测量，提供工程需要的1∶2000地形图。目前收集到的资料主要是该圩2005年的1∶5000竣工数字化地形图，坐标系为1954北京坐标系。由于该资料年代较久，现时性差，成图不够规范，根据工程需要，拟采用卫星影像为底图，对原有地形图进行修测。

4.2 影像加载精度分析

根据测区范围应用谷歌卫星地图下载器X2下载测区卫星影像及影像4个拐角WGS84坐标，通过测区的布尔莎七参数模型，将其转换为测区1954北京坐标系，如表1。在野外，应用GPS-RTK连接省CORS系统，设置好测区七参数，采集测区影像范围内清晰明显的平面特征点，如低矮的房角，围墙拐角，水泥地拐角等。从中选取8个控制点用于卫星影像的纠正，其中包括4个影像拐角点和4个实测平面特征点，采用二次变换的方法进行纠正，纠正误差均为0，满足纠正要求。

首先将收集到的数字化地形图与纠正好的卫星影像图进行融合叠加。对照影像图，对发生变化的地图部分进行内业修测。对修测好的地形图进行打印，并进行外业调绘，高程采取全外业模式。为了检验修测部分地形图的平面精度，采用GPS-RTK进行实地检测，采集的平面位置检验点，如表2。

根据下面公式计算地形图的地物点平面位置中误差，

表1 卫星影像纠正点

表2 平面位置检验点坐标

由公式计算得到点位中误差为m=1.53m。参照航空摄影测量规范GB-T 15967-2008相关规定，如表3，可知1∶2000平地、丘陵地地物点的允许误差为±2.4m。因此该地形图的平面位置精度满足规范要求。该方法可以用于简单地形的地形图测绘。

表3 物点相对于最近控制点的图上点位中误差（单位：mm）

5 结束语

随着技术的发展，卫星影像的分辨率在提高，更新速度在加快。研究利用卫星影像结合CASS技术进行成图的方法具有一定的意义，它具有投入成本低，技术简单，便于掌握等特点，在地形测绘、道路规划设计、导航、工程选址等行业和领域得到广泛应用。在采用该方法进行地形测绘，主要从以下几个方面提高地形图的平面精度：

①下载分辨率足够高，足够清晰的卫星影像；

②卫星影像4个拐角的原始WGS84坐标的精度，转换模型的算法；

③选择影像上清晰的地物的拐角，尽量选择没有高度的地物，如道路拐角、球场拐角、围墙拐角等；

④实测地物平面特征点的数量和分布，数量足够，分布要均匀。