郭麗萍，肖圣海，杜為財(cái)

(61175部隊(duì)，江蘇 南京 210049)

0 引 言

地形圖更新是通過修測(cè)或重測(cè)使地形圖表示的內(nèi)容與現(xiàn)時(shí)地面狀況和當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展要求相適應(yīng)的工作[1]。隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的加快以及海岸、河流、湖泊等自然環(huán)境變遷，居民地、道路、水系等地形要素變化越來越快，地形圖的快速更新問題變得尤為重要。目前，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展，航天傳感器地面分辨率大幅度提高[2]，高德地圖、衛(wèi)星影像等互聯(lián)網(wǎng)地圖已廣泛進(jìn)入商業(yè)和民用領(lǐng)域。由于互聯(lián)網(wǎng)地圖具有覆蓋范圍廣、更新速度快，精度可控等優(yōu)勢(shì)，使其成為地形圖更新的重要現(xiàn)勢(shì)資料。合理高效利用這些現(xiàn)勢(shì)資料為地形圖快速更新開辟了一條有效途徑。

1 互聯(lián)網(wǎng)地圖

1.1 互聯(lián)網(wǎng)地圖定義

互聯(lián)網(wǎng)地圖[3]是指登載在互聯(lián)網(wǎng)上或者通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送的基于服務(wù)器地理信息數(shù)據(jù)庫形成的具有實(shí)時(shí)生成、交互控制、數(shù)據(jù)搜索、屬性標(biāo)注等特性的電子地圖。簡(jiǎn)而言之，互聯(lián)網(wǎng)地圖就是Internet上的電子地圖，它采用當(dāng)前主流通信、應(yīng)用協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)，不但具有傳統(tǒng)電子地圖的瀏覽、查詢功能，還具有Internet開放性功能。海量地圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于服務(wù)器端，客戶端可通過瀏覽器訪問服務(wù)器上的地圖瓦片，實(shí)現(xiàn)地圖搜索、位置服務(wù)、地圖下載和地圖復(fù)制等功能?；ヂ?lián)網(wǎng)地圖一般包括二維地圖、影像地圖、三維虛擬現(xiàn)實(shí)地圖和實(shí)景(街景)地圖4種類型[4]。

1.2 互聯(lián)網(wǎng)地圖分析

目前互聯(lián)網(wǎng)上流行的電子地圖主要有高德地圖、百度地圖、凱立德地圖、必應(yīng)地圖、雅虎地圖、騰訊地圖、天地圖及Google earth提供的谷歌地圖和谷歌影像等。這些地圖有各自特點(diǎn)：如高德地圖和百度地圖是使用較廣的導(dǎo)航電子地圖，主要針對(duì)交通導(dǎo)航，關(guān)注道路數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新，可在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行實(shí)地核實(shí)并上線；谷歌影像含有豐富的高分辨率衛(wèi)星影像，其空間分辨率一般分為20個(gè)級(jí)別[5](國外部分重點(diǎn)區(qū)域可達(dá)22級(jí))，理論上級(jí)別越高影像的分辨率越高(表1)。經(jīng)觀察分析，目前在國內(nèi)城區(qū)19級(jí)以上谷歌影像比較模糊，其實(shí)際清晰度并沒有隨級(jí)別增大而更高，一般選擇下載至19級(jí)即可，其他區(qū)域一般下載至18級(jí)即可。

互聯(lián)網(wǎng)地圖資料的分析主要集中在地圖現(xiàn)勢(shì)性和地圖精度分析2方面，可采用指標(biāo)建筑物對(duì)比法和第三方資料驗(yàn)證等分析方法。一方面通過道路、地標(biāo)建筑比對(duì)或不同時(shí)期地圖資料比照來評(píng)估地圖現(xiàn)勢(shì)性，另一方面通過疊加成果數(shù)據(jù)或其他可靠資料，利用檢測(cè)同名要素精度的方法來評(píng)估地圖精度。經(jīng)分析，互聯(lián)網(wǎng)地圖的更新周期快、精度可控，能較好滿足地形圖更新資料的準(zhǔn)確性和現(xiàn)勢(shì)性要求。如高德地圖的交通要素較為直觀、準(zhǔn)確、詳細(xì)，可作為地形圖更新公路、鐵路、車站、高速公路出入口、立交橋等交通要素位置和屬性的主要資料，衛(wèi)星影像能真實(shí)反映現(xiàn)實(shí)存在，更新速度快、現(xiàn)勢(shì)性高，是更新道路軌跡、居民地和水系要素的位置及輪廓范圍線的主要依據(jù)。另外，對(duì)于高德地圖、百度地圖缺失的境外制圖區(qū)域，可參考使用谷歌線劃地圖來更新交通要素。

表1 谷歌地球不同級(jí)別影像所對(duì)應(yīng)的分辨率

1.3 互聯(lián)網(wǎng)地圖的處理與應(yīng)用方式

由于通過網(wǎng)絡(luò)下載的高德地圖、谷歌地圖和谷歌影像等互聯(lián)網(wǎng)地圖，其投影和坐標(biāo)信息與地形圖存在差異，尤其是谷歌影像還存在坐標(biāo)加密與偏差的情況[6]，所以通常需要根據(jù)地形圖本身圖幅的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)信息，將下載到本地計(jì)算機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)地圖經(jīng)拼接裁切、格式轉(zhuǎn)換、投影變換、幾何糾正、坐標(biāo)改正等處理后，才能作為底圖與地形圖矢量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確疊加使用。由于傳統(tǒng)的分幅圖像糾正操作復(fù)雜，且加載圖像數(shù)量受計(jì)算機(jī)內(nèi)存大小制約，使用非常不便。為此，我們利用瓦片技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將下載的互聯(lián)網(wǎng)地圖以瓦片形式存儲(chǔ)在服務(wù)器上，在多種制圖軟件中嵌入自主開發(fā)的“地圖自動(dòng)加載”模塊，可隨時(shí)連接服務(wù)器，根據(jù)當(dāng)前地圖顯示比例尺，實(shí)現(xiàn)在線地圖瓦片的顯示級(jí)別確定、行列范圍計(jì)算、實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換(投影轉(zhuǎn)換、幾何糾正、坐標(biāo)修正)和拼接顯示，動(dòng)態(tài)調(diào)用在線互聯(lián)網(wǎng)地圖。

以下為地圖自動(dòng)加載對(duì)話框(圖1)。利用“路徑設(shè)置”可選擇互聯(lián)網(wǎng)地圖在服務(wù)器上的存儲(chǔ)路徑；利用“投影參數(shù)設(shè)置”可根據(jù)制圖需要選擇合適的地圖投影和參數(shù)。在獲得正確數(shù)據(jù)源和投影信息后，選擇需要加載的各類地圖，點(diǎn)擊“自動(dòng)加載”按鈕，即可實(shí)現(xiàn)各類地圖的自動(dòng)加載和快速切換。對(duì)于存在坐標(biāo)加密和偏差的境內(nèi)谷歌影像，軟件提供“境內(nèi)影像糾偏處理”，糾偏后的影像精度經(jīng)分析檢核，能較好滿足1∶5萬以下比例尺地形圖的精度要求。

圖1 地圖自動(dòng)加載對(duì)話框

2 利用互聯(lián)網(wǎng)地圖更新數(shù)字地形圖

居民地、交通和水系要素是地形圖更新的重要內(nèi)容，下面以1∶25萬地形圖更新為例，應(yīng)用上述互聯(lián)網(wǎng)地圖加載方式，重點(diǎn)利用第13、14、15層高德地圖和谷歌影像對(duì)這3類要素進(jìn)行更新，提高要素的準(zhǔn)確性和現(xiàn)勢(shì)性。

2.1 居民地更新

居民地的變化主要表現(xiàn)為居民地范圍改變、合并以及等級(jí)變化。衛(wèi)星影像是反映居民地變化最直接有效的資料，可利用衛(wèi)星影像修改街區(qū)輪廓和點(diǎn)狀居民地位置。在采集街區(qū)輪廓時(shí)，需調(diào)用恰當(dāng)分辨率的衛(wèi)星影像，以便能更好把握更新指標(biāo)和綜合指標(biāo)(圖2)。另外，當(dāng)原圖上用點(diǎn)狀居民地表示的居民地范圍擴(kuò)展到一定面積指標(biāo)時(shí)，應(yīng)改用面狀街區(qū)表示。

圖2 利用谷歌影像更新街區(qū)輪廓

2.2 陸地交通更新

陸地交通主要包括鐵路、公路、橋梁、服務(wù)區(qū)等要素。高分辨率衛(wèi)星影像能較清晰地顯示鐵路和公路軌跡及其道路附屬物位置，因此可根據(jù)最新衛(wèi)星影像更新以上要素位置。高德地圖、百度地圖等導(dǎo)航電子地圖的道路交通信息更新較快，不同級(jí)別道路實(shí)現(xiàn)分級(jí)顯示，且標(biāo)注了高速公路名稱、編號(hào)等屬性信息，較衛(wèi)星影像更為直觀、清晰，可作為陸地交通要素位置和屬性更新的基本參考資料。當(dāng)衛(wèi)星影像與導(dǎo)航電子地圖的道路軌跡不一致時(shí)，應(yīng)分析是否是由資料的現(xiàn)勢(shì)性原因?qū)е碌模⒗米钚陆煌▓D集等第三方資料進(jìn)行檢核。

陸地交通要素的變化主要表現(xiàn)為建筑中道路改成建成道路、新增道路、道路改道和道路屬性變化。這些變化內(nèi)容都可根據(jù)衛(wèi)星影像和高德地圖進(jìn)行更新(圖3)。

圖3 利用高德地圖更新后的公路及其附屬設(shè)施

2.3 水系更新

水系要素主要包括河流、溝渠、海洋、水庫和湖泊等。水系要素的變化主要表現(xiàn)為岸線位置變化、新增或消失池塘和水庫等。若河流整體改道或常水位岸線變化超過規(guī)定限差，與實(shí)際相差較大，且判斷不是由于蓄水期與枯水期以及水位漲落引起的水位變化時(shí)，應(yīng)根據(jù)衛(wèi)星影像進(jìn)行更新；新增水庫超過規(guī)定面積應(yīng)重新采集；消失的水庫、湖泊和池塘等應(yīng)刪除(圖4)。

圖4 利用谷歌影像更新常水位岸線

3 結(jié) 語

(1)數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性是地圖的生命力。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)地圖的更新周期不斷縮短，但局部地區(qū)地形圖的更新速度還落后于互聯(lián)網(wǎng)地圖。試驗(yàn)證明，經(jīng)過糾正的互聯(lián)網(wǎng)地圖精度可以滿足中小比例尺地形圖更新要求，可用于地形圖快速更新。

(2)利用互聯(lián)網(wǎng)地圖定期或動(dòng)態(tài)更新地形圖數(shù)據(jù)，提高地圖數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性，可成為地形圖快速更新的一條有效途徑，該方法也同樣適用于專題地圖的編制和更新。此外，對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)地圖的應(yīng)用方式，本文僅利用瓦片技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)存儲(chǔ)和調(diào)用地圖，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)地圖數(shù)據(jù)的挖掘和使用方法還需做進(jìn)一步研究。

[1] 潘時(shí)詳.地形圖更新[M].北京：解放軍出版社，1997.

[2] 賀少帥.高分辨率衛(wèi)星影像快速幾何糾正研究[D].長沙：中南大學(xué)，2009.

[3] 國家測(cè)繪局.互聯(lián)網(wǎng)地圖服務(wù)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[EB/OL].(2010-5-10)[2015-06-11]. https://wenku.baidu.com/view/c8caa3c6be1e650e53ea994a.html.

[4] 劉福明.探討互聯(lián)網(wǎng)地圖質(zhì)量檢驗(yàn)[J].科技資訊，2014(26)：41-42.

[5] 張世富.基于Google Earth的高分辨率影像獲取方法探討[J].電子技術(shù)，2013(12)：16-17.

[6] 基于Google Earth的高清地形圖制作[J].測(cè)繪通報(bào)，2009(10)：56-58.