郝長春，鄭攀攀

（安徽省水利水電勘測設(shè)計院勘測分院，安徽 蚌埠 233000）

0 引言

近年來，隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，如何快速的測繪滿足工程要求的地形圖一直以來都是測繪行業(yè)研究的重要課題。地形圖測繪技術(shù)的發(fā)展使測繪手段不斷更新，從全站儀配合電子平板模式、GPS-RTK 配合草圖模式、大型航空攝影模式，到低空無人機(jī)模式。針對使用頻率高、更新速度快、植被覆蓋率低、資金投入少的小區(qū)域地形測繪，上述方法均有不足之處。探尋采用高清高分辨率的Google Maps 衛(wèi)星影像結(jié)合GPS-RTK 及CASS9.0 技術(shù)解決小區(qū)域大比例尺地形測繪的方法，能有效的降低生產(chǎn)成本，提高作業(yè)效率，加快地形圖的更新速度。

1 Google Maps 和南方 CASS9.0 技術(shù)

1.1 Google Maps 技術(shù)

衛(wèi)星地圖又稱衛(wèi)星遙感地圖，是通過衛(wèi)星在太空中探測地表物體的電磁波，從中提取物體的位置、幾何形狀及部分屬性信息，再將這些信息通過轉(zhuǎn)換、識別，得到對應(yīng)物體的圖像，即衛(wèi)星地圖[1]。Google Maps 是 Google 公司在 2005 年推出的電子地圖產(chǎn)品，能提供不同分辨率的衛(wèi)星影像[2]。與傳統(tǒng)地圖不同，衛(wèi)星地圖是以衛(wèi)星為媒介，向用戶及時反饋地球表面真實面貌的圖像，具有更強(qiáng)的時效性、直觀性和更高的精確度。Google 衛(wèi)星影像地圖為WGS84 大地坐標(biāo)系，分辨率0.5 m～10 m，可以下載1～19 級的各種影像，高清影像的精度達(dá)到0.5 m[3]。衛(wèi)星地圖還具有更新速度快的特點，Google Maps 區(qū)域地圖每一個季度更新一次，全球地圖每18 個月跟新一次，在線衛(wèi)星地圖每天更新一次，每季度全部跟新一次，非常適合于地形圖的調(diào)繪和更新。

1.2 南方CASS9.0 技術(shù)

CASS9.0 是廣東南方數(shù)碼科技股份公司2018 年全新發(fā)布的地籍地形成圖軟件，是基于全球公認(rèn)的最優(yōu)秀的圖形與設(shè)計平臺AutoCAD 軟件的基礎(chǔ)上通過二次開發(fā)完成的[4]。針對柵格圖像，南方CASS 提供了圖像的插入、糾正、裁剪等諸多功能。本文將基于南方CASS 在柵格圖像處理方面的技術(shù)支持，討論Google 影像在地形測繪中的應(yīng)用。

2 Google Maps 影像與南方CASS9.0 技術(shù)的結(jié)合

2.1 Google Maps 影像的獲取

根據(jù)測繪工程項目的特點和要求從Google 衛(wèi)星影像客服端下載相應(yīng)級別和范圍的影像。以成都水經(jīng)注信息科技有限公司推出的水經(jīng)注萬能地圖下載器為例，該軟件是基于谷歌、天地圖等數(shù)十種地圖服務(wù)器的多線程衛(wèi)星地圖下載器。通過該下載器可以實現(xiàn)測區(qū)規(guī)劃(在線規(guī)劃或者導(dǎo)入下載范圍)、中央經(jīng)線設(shè)置、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)計算(WGS-84 與國家坐標(biāo)系之間的七參數(shù))、影像級別選擇、自動下載拼接等功能完成影像圖的下載工作[5]。影像在拼接導(dǎo)出的過程中有多中影像格式可供選擇，如GeoTIF、GeoJPG、PNG 等。隨同影像一起下載的還有.TXT 格式的WGS-84 大地坐標(biāo)文件，如圖1，它是影像所在矩形邊框4個拐角的坐標(biāo)(通常為十進(jìn)制格式)。通過七參數(shù)投影轉(zhuǎn)換，可將WGS-84 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為國家標(biāo)準(zhǔn)的高斯平面直角坐標(biāo)，如圖2，該成果可以用于后期圖像的糾正。

圖1

圖2

2.2 在CASS9.0 中加載衛(wèi)星影像

南方CASS9.0 不但具有地形成圖、地籍成圖、工程測量等強(qiáng)大功能，而且還提供了柵格影像的處理功能。影像加載的基本步驟如下[6]，如圖3。

（1）打開CASS9.0 的繪圖桌面，按照工程要求在“繪圖處理”中設(shè)置作業(yè)區(qū)域的比例尺。

（2）通過“繪圖處理”中的“展野外測點點號”將影像4 個拐角的高斯平面直角坐標(biāo)和采集的野外地物平面特征點展繪在繪圖區(qū)，作為影像糾正的依據(jù)和檢驗點，如圖4。

圖3

圖4

（3）在“工具”中選擇“光柵圖像”，點擊“插入圖像”，打開“圖像管理器”，單擊“附著”，找到影像所在的位置，加載“.tif”格式的影像，進(jìn)入“圖像”對話框，勾選“插入點”和“縮放比例”，點擊“確定”進(jìn)入繪圖區(qū)域，在影像拐點和野外采集的特征點附近任意選擇影像的插入點和縮放比例。

2.3 基于CASS9.0 的衛(wèi)星圖像糾正

根據(jù)影像拐點的高斯平面坐標(biāo)(GJ+序號)和野外采集的平面特征點坐標(biāo)(JZ+序號)，對插入的Google 衛(wèi)星影像進(jìn)行糾正，使影像上地物的位置和幾何形狀與實際趨于一致，使平面精度達(dá)到地形測繪的要求。

（1）進(jìn)入“工具”，“光柵圖像”，選擇“圖像糾正”，根據(jù)提示選取要糾正的圖像，進(jìn)入“圖像糾正”對話框。

（2）在“圖像糾正”對話框的“圖面”項，點擊“拾取”，選取影像邊框左上角拐點的坐標(biāo)，再在“圖像糾正”對話框的“實際”項，點擊“拾取”，選取影像邊框左上角對應(yīng)的GJ1 點的高斯平面直角坐標(biāo)，最后點擊“添加”，將該組點添加到“已采集控制點”的列表里。以此類推，將其余組的拐角點加入到“已采集控制點”列表里面。

（3）針對野外采集的平面特征點，拾取圖面坐標(biāo)時，只需將衛(wèi)星影像適當(dāng)放大，找到野外采集時特征點的平面位置，拾取該點圖面坐標(biāo)?！皩嶋H”坐標(biāo)即是野外實地采集的特征點的坐標(biāo)，如JZ1 等，以此類推，加載剩余野外控制點的坐標(biāo)。

（4）糾正方法包括赫爾默特法、仿射變換、線性變換、二次變換、三次變換，其中赫爾默特要求至少3 個控制點，仿射變換至少4 個控制點，線性變換至少5 個控制點，二次變換至少7 個控制點，三次變換至少11 個控制點，這些方法均包括1 個多余控制點。在實際工作中可根據(jù)控制點情況進(jìn)行選擇。

（5）“誤差”主要是給出圖像糾正的精度。

3 實例分析

3.1 工程概況

為了保障安徽段淮河在汛期的行洪安全，現(xiàn)對該段的保莊圩堤防的達(dá)標(biāo)進(jìn)行勘測。胡姚保莊圩是其中的一個圩子，因現(xiàn)有基礎(chǔ)資料缺乏，相關(guān)地形、地貌資料不足，為滿足本工程科研報告設(shè)計需要，要對該圩的堤防進(jìn)行測量，提供工程需要的1∶2000 地形圖。目前收集到的資料主要是該圩2005 年的1∶5000 竣工數(shù)字化地形圖，坐標(biāo)系為1954 北京坐標(biāo)系。由于該資料年代較久，現(xiàn)時性差，成圖不夠規(guī)范，根據(jù)工程需要，擬采用衛(wèi)星影像為底圖，對原有地形圖進(jìn)行修測。

3.2 影像加載精度分析

根據(jù)測區(qū)范圍應(yīng)用谷歌衛(wèi)星地圖下載器X2 下載測區(qū)衛(wèi)星影像及影像4 個拐角WGS84 坐標(biāo)，通過測區(qū)的布爾莎七參數(shù)模型，將其轉(zhuǎn)換為測區(qū)1954 北京坐標(biāo)系。在野外，應(yīng)用GPS-RTK 連接省CORS 系統(tǒng)，設(shè)置好測區(qū)七參數(shù)，采集測區(qū)影像范圍內(nèi)清晰明顯的平面特征點，如低矮的房角，圍墻拐角，水泥地拐角等。從中選取8 個控制點用于衛(wèi)星影像的糾正，其中包括4 個影像拐角點和4 個實測平面特征點，采用二次變換的方法進(jìn)行糾正，糾正誤差均為0，滿足糾正要求，如表1，圖5 和圖6。

表1 衛(wèi)星影像糾正點

圖5

首先將收集到的數(shù)字化地形圖與糾正好的衛(wèi)星影像圖進(jìn)行融合疊加。對照影像圖，對發(fā)生變化的地圖部分進(jìn)行內(nèi)業(yè)修測。對修測好的地形圖進(jìn)行打印，并進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪，高程采取全外業(yè)模式。為了檢驗修測部分地形圖的平面精度，采用GPS-RTK 進(jìn)行實地檢測，采集的平面位置檢驗點，如表2。

根據(jù)下面公式計算地形圖的地物點平面位置中誤差:

由公式計算得到點位中誤差為m=1.53 m。參照航空攝影測量規(guī)范GB-T 15967-2008 相關(guān)規(guī)定，如表3，可知1∶2000平地、丘陵地地物點的允許誤差為±2.4 m。因此該地形圖的平面位置精度滿足規(guī)范要求。該方法可以用于簡單地形的地形圖測繪。

圖6

表3 物點相對于最近控制點的圖上點位中誤差 單位：mm

4 結(jié)語

隨著技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星影像的分辨率在提高，更新速度在加快。研究利用衛(wèi)星影像結(jié)合CASS 技術(shù)進(jìn)行成圖的方法具有一定的意義，它具有投入成本低，技術(shù)簡單，便于掌握等特點，在地形測繪、道路規(guī)劃設(shè)計、導(dǎo)航、工程選址等行業(yè)和領(lǐng)域得到應(yīng)用。在采用該方法進(jìn)行地形測繪，主要從以下幾個方面提高地形圖的平面精度：

（1）下載分辨率足夠高，足夠清晰的衛(wèi)星影像；

表2 平面位置檢驗點坐標(biāo)

（2）衛(wèi)星影像4 個拐角的原始WGS84 坐標(biāo)的精度，轉(zhuǎn)換模型的算法；

（3）選擇影像上清晰的地物的拐角，盡量選擇沒有高度的地物，如道路拐角、球場拐角、圍墻拐角等；

（4）實測地物平面特征點的數(shù)量和分布，數(shù)量足夠，分布要均勻。