Google Earth衛(wèi)星影像圖在公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

姚軍

摘?要：衛(wèi)星影像圖直觀、形象，更新快，免費(fèi)下載，逐漸在公路路線(xiàn)勘察中起著輔助設(shè)計(jì)的作用。如何使用下載好的衛(wèi)星影像圖，怎樣進(jìn)行衛(wèi)星影像圖與實(shí)測(cè)地形圖的套合，本文以專(zhuān)業(yè)提供衛(wèi)星影像圖下載服務(wù)的工具軟件為基礎(chǔ)，簡(jiǎn)述衛(wèi)星影像圖在公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)中的實(shí)踐應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星影像圖，套合，坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)，下載，精度分析，路線(xiàn)方案比選

文章編號(hào)：2095-4085（2020）02-0070-02

衛(wèi)星影像圖是衛(wèi)星拍攝的真實(shí)地理面貌，通過(guò)衛(wèi)星地圖的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)極大地便利了交通出行。自Google Earth平臺(tái)開(kāi)放衛(wèi)星影像圖免費(fèi)下載以來(lái)，其在各行各業(yè)中得到廣泛推廣和應(yīng)用，針對(duì)衛(wèi)星影像圖下載服務(wù)的工具軟件應(yīng)運(yùn)而生。91衛(wèi)圖助手，BIGEMAP地圖下載器、水經(jīng)注地圖下載器等工具軟件為衛(wèi)星影像圖下載提供了便利。下面結(jié)合公路路線(xiàn)勘察的工程實(shí)踐，借助衛(wèi)星影像圖下載工具軟件，闡述衛(wèi)星影像圖和實(shí)測(cè)地形圖的套合及使用。

1?衛(wèi)星影像圖和實(shí)測(cè)地形圖的相互套合

1.1?格式及套合釋義

衛(wèi)星影像圖是一組存儲(chǔ)了地球坐標(biāo)投影信息和坐標(biāo)信息的位圖文件組合，其坐標(biāo)系統(tǒng)采用WGS84經(jīng)緯度投影坐標(biāo)系。我國(guó)地形圖測(cè)量采用西安80坐標(biāo)系統(tǒng)，北京54坐標(biāo)系統(tǒng)、國(guó)家2000坐標(biāo)系統(tǒng)成圖，其文件成果格式為CAD支持的矢量數(shù)據(jù)格式，二者的套合是將下載好的衛(wèi)星影像圖疊加在地形圖CAD矢量文件上，使衛(wèi)星影像圖成為地形圖文件的光柵圖像參照層附著在地形圖上而實(shí)現(xiàn)矢量化。因二者采用的坐標(biāo)系統(tǒng)不同，套合前要先進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。專(zhuān)業(yè)的衛(wèi)星影像圖下載工具軟件有自帶的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換工具、衛(wèi)星影像圖導(dǎo)入電子地形圖的工具插件。使用這類(lèi)工具軟件，即可實(shí)現(xiàn)測(cè)區(qū)衛(wèi)星影像圖與對(duì)應(yīng)地形圖文件的完美疊合。

1.2?坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算

衛(wèi)圖下載工具軟件提供多種不同渠道及精度的影像圖下載服務(wù)。出于維護(hù)地理信息安全使用的目的，部分衛(wèi)星影像圖已進(jìn)行坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)偏移及坐標(biāo)參數(shù)加密，與實(shí)際地理信息存在較大的偏差，無(wú)法滿(mǎn)足公路路線(xiàn)勘察的使用要求。無(wú)偏移的GoogleEarth影像圖未進(jìn)行加密處理，下載時(shí)應(yīng)選擇無(wú)偏移的GoogleEarth影像圖進(jìn)行下載。

衛(wèi)圖下載工具軟件自帶坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算功能，只要知道共同點(diǎn)在兩個(gè)不同坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)值，導(dǎo)入工具軟件，可自動(dòng)計(jì)算生成。公共點(diǎn)需尋找衛(wèi)星影像圖中特征比較明顯，容易辨識(shí)的點(diǎn)。公共點(diǎn)WGS84坐標(biāo)系經(jīng)緯度投影轉(zhuǎn)換為西安80坐標(biāo)系高斯投影，北京54坐標(biāo)系高斯投影，國(guó)家2000坐標(biāo)系高斯投影需解出七參數(shù)，七參數(shù)分別為坐標(biāo)平移量ΔX，ΔY，ΔZ三個(gè)參數(shù)，其值為兩個(gè)空間坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)之間坐標(biāo)差值。坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)角度Δα，Δβ，Δγ三個(gè)參數(shù)，通過(guò)按順序旋轉(zhuǎn)三個(gè)坐標(biāo)軸指定角度，可以使兩個(gè)空間直角坐標(biāo)系的XYZ軸重合在一起[1]。尺度因子K值，即兩個(gè)空間坐標(biāo)系內(nèi)的同一段直線(xiàn)的長(zhǎng)度比值。

當(dāng)施測(cè)的地形圖采用的是地方獨(dú)立坐標(biāo)系時(shí)，坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)只需計(jì)算兩個(gè)不同二維平面直角系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，需解出兩個(gè)坐標(biāo)平移量ΔX，ΔY，平面直角坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度Δα，以及尺度因子K值這四個(gè)參數(shù)。

坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)在計(jì)算過(guò)程中，要選取正確的坐標(biāo)系統(tǒng)類(lèi)型。公共點(diǎn)的個(gè)數(shù)，公共點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)值直接影響衛(wèi)星影像圖疊合地形圖的精度。

1.3?衛(wèi)星影像圖下載

下載衛(wèi)星影像圖之前，先要選擇下載的圖幅大小及影像精度等級(jí)。影像等級(jí)越高，像素分辨率越清晰。導(dǎo)出設(shè)置中需導(dǎo)入坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星影像圖與地形圖的疊合。

1.4?衛(wèi)星影像圖與地形圖疊合

衛(wèi)星影像圖下載軟件配備有專(zhuān)門(mén)的工具插件，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星影像圖與地形圖的疊合。常用的如Insg影像插件。將其載入CAD應(yīng)用程序庫(kù)，加載軟件即可自動(dòng)導(dǎo)入衛(wèi)星影像圖，將其疊合至地形圖中。

1.5?公路平面線(xiàn)形導(dǎo)入Google Earth中

使用衛(wèi)星影像圖下載工具軟件的加載矢量功能，可將公路平面路線(xiàn)線(xiàn)形，載入GoogleEarth衛(wèi)星視圖中。載入過(guò)程需選取正確的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。公路平面線(xiàn)形載入以后，矢量文件會(huì)顯示在衛(wèi)星視圖中，將矢量文件保存為KML格式，這種格式就可以在手機(jī)導(dǎo)航軟件、其他類(lèi)型衛(wèi)圖軟件、Google Earth衛(wèi)圖中通用了。

2?衛(wèi)星影像圖精度分析

2.1?平面精度分析

表1以閩清縣云龍鄉(xiāng)海云路至橫五聯(lián)一公路接線(xiàn)道路工程為例，進(jìn)行衛(wèi)星影像圖與實(shí)測(cè)地形圖的套合。疊合以后經(jīng)過(guò)選取交叉口，河流，房屋，測(cè)圖邊緣等特征點(diǎn)進(jìn)行比較。

通過(guò)對(duì)比，特征點(diǎn)平面水平距離偏差在0～1.8m之間，完全滿(mǎn)足公路平面路線(xiàn)方案比選的要求。

衛(wèi)星影像圖平面精度同時(shí)受到影像畸變，影像特征點(diǎn)的選取和標(biāo)記影響。為保證衛(wèi)星影像圖與地形圖套合的精度，可以通過(guò)選取更多的特征點(diǎn)，進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)校核的方式進(jìn)行影像校正。

2.2?高程精度分析

通過(guò)選取閩清縣云龍鄉(xiāng)海云路至橫五聯(lián)一公路接線(xiàn)道路工程路線(xiàn)中樁點(diǎn)及舊路、山頂作為特征點(diǎn)進(jìn)行高程的對(duì)比，見(jiàn)圖1。

通過(guò)對(duì)比可以看出：地形較平坦處，衛(wèi)星影像高程與實(shí)測(cè)高程差異小，舊路和建筑物周邊，二者高程差異較大，深谷和山頂?shù)匦渭眲∽兓?，衛(wèi)星影像高程與實(shí)測(cè)高程差異很大。但地形變化總體趨勢(shì)無(wú)較大的差異。衛(wèi)星影像圖的高程精度與地形圖實(shí)測(cè)高程精度偏差較大，在路線(xiàn)設(shè)計(jì)中僅能作為參考。

3?衛(wèi)星影像圖在公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐

3.1?在項(xiàng)目路線(xiàn)方案比選過(guò)程中，節(jié)省了大量物力財(cái)力

在公路工程可行性研究階段，為節(jié)省經(jīng)費(fèi)，常在內(nèi)容陳舊，居民區(qū)房屋及道路未呈現(xiàn)在圖上的大比例地形圖上初擬路線(xiàn)，再去現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘。現(xiàn)場(chǎng)踏勘任務(wù)重，效率低，工作條件艱苦。使用衛(wèi)星影像圖，不必反復(fù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘，設(shè)計(jì)人員在衛(wèi)星影像圖上，可以掌控全局，把握路線(xiàn)走向，避開(kāi)峭壁深谷，居民區(qū)，選出較優(yōu)的平面線(xiàn)形。

3.2?便于多方案路線(xiàn)優(yōu)化

多方案比選時(shí)，缺乏地形圖，可使用衛(wèi)星影像圖進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行多個(gè)方案之間比選，便于路線(xiàn)方案的優(yōu)化。

3.3?路線(xiàn)套合衛(wèi)星影像成果可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位

將導(dǎo)入GOOGLE的平面路線(xiàn)成果導(dǎo)出保存為KML格式，利用手機(jī)導(dǎo)航軟件，可實(shí)現(xiàn)公路路線(xiàn)導(dǎo)航路徑規(guī)劃，在踏勘現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行方向引導(dǎo)，位置定位，及時(shí)核查路線(xiàn)兩側(cè)的地形地貌及構(gòu)筑物等情況，進(jìn)一步對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化。

4?結(jié)?語(yǔ)

高分辨率衛(wèi)星的發(fā)射成功使得衛(wèi)星影像圖的精度得到大幅提高，促使服務(wù)于工程建設(shè)的地理信息測(cè)繪模式發(fā)生著重大改變。譬如以衛(wèi)星影像圖為基礎(chǔ)，使用無(wú)人機(jī)加密控制點(diǎn)的航拍地形圖技術(shù)使用越來(lái)越廣泛。測(cè)繪技術(shù)邁向人工智能的發(fā)展趨勢(shì)推進(jìn)著公路外業(yè)踏勘及路線(xiàn)方案設(shè)計(jì)不斷進(jìn)行著變革。

參考文選：

[1]靳衛(wèi)華，周子勇.空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪與空間地理信息，2015，（02）.