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        基于Google Earth影像測制大比例尺地形圖

        2015-03-05 06:39:48文宏軍卜綠葉
        城市道橋與防洪 2015年10期
        關鍵詞:測量

        文宏軍,卜綠葉

        (洛陽城市建設勘察設計院有限公司,河南洛陽471000)

        0 引言

        地形測量指的是測繪地形圖的作業(yè)。即對地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程進行測定,并按一定比例縮小,用符號和注記繪制成地形圖的工作。常規(guī)地形圖測量方法有:地面數字測圖和航空攝影測圖。地面數字測圖野外工作量大,作業(yè)周期長,成本高,而航空攝影測量雖野外工作量較小,但只較適合大面積地形測量,對于小面積地形測繪,由于其航攝成本高,航攝要求較苛刻,故小面積作業(yè)不便采用。近年來,隨著航天技術與數字影像技術的發(fā)展,衛(wèi)星遙感影像質量不斷提高,空間分辨率從原來的幾十米發(fā)展到今天的 0.41 m(GeoEye-1,全色),影像處理技術也發(fā)生了質的飛躍,衛(wèi)星影像資料種類繁多,影像處理軟件層出不窮,影像清晰度不斷提高。GoogleEarth集成了遙感(RS)、地理信息系統(GIS)和全球定位系統(GPS)三種高新技術的功能、部分地區(qū)影像分辨率高達 0.5 m,可在全球范圍內周期性地更新。衛(wèi)星遙感影像具有獲取周期短、成本低、野外工作量小的特點,因而具有廣闊的應用前景。本文通過工程實例介紹了基于Google Earth影像測制大比例尺地形圖的生產流程。

        1 測區(qū)概況及技術設計方案

        1.1 測區(qū)概況

        該項地形圖測量主要用于新蔡縣黃樓鎮(zhèn)總體規(guī)劃。黃樓鎮(zhèn)位于新蔡縣西部,號稱“西大門”,距縣城21 km處,西與平輿縣萬金店鄉(xiāng)相鄰。駐新公路橫貫全境,北臨小洪河、小清河,黃樓鎮(zhèn)交通便利,區(qū)位優(yōu)勢明顯,駐新公路穿境而過,大廣高速、新陽高速在境內交叉,形成黃金十字架,鎮(zhèn)政府所在地東距大廣高速出口5 km,西距新陽高速出口15 km。境內有戚橋港、團結港,黃余路、黃李路、黃石路、黃化路呈放射狀覆蓋全境。屬淮北沖擊湖積平原,地勢低平,地面高程一般在海拔32~41 m之間,相對高差10 m左右。西北略高,東南稍低,自西北向東南呈微傾斜狀。

        1.2 技術方案設計

        1.2.1 生產流程(見圖1)

        圖1 生產流程圖

        1.2.2 成圖規(guī)格

        采用高斯-克呂格投影,按3°分帶。平面坐標系統采用1980西安坐標系,中央子午線為114°,位于第38度帶;高程采用1985國家高程基準,高程注記標注到 0.01 m,等高距為 1 m。

        1.2.3 成圖精度

        (1)內業(yè)加密點對附近野外控制點的平面位置中誤差以圖比例尺計不得大于0.5 mm;

        (2)地物點對附近野外控制點的平面位置中誤差以圖比例尺計不得大于0.75 mm。

        1.2.4 成圖內容

        制作鎮(zhèn)區(qū)1:5000比例尺數字化現狀地形圖。測區(qū)內的道路、街道、河流、溝渠、橋梁、高層建筑、公建單位、小區(qū)、村莊內主要道路需要詳細繪出,地形圖規(guī)格和精度滿足鎮(zhèn)區(qū)總體規(guī)劃要求。

        2 作業(yè)過程

        2.1 Google Earth影像獲取

        在Google Earth上利用截圖工具,截取測區(qū)Google Earth影像。測區(qū)新蔡縣黃樓鎮(zhèn)Google Earth影像分辨率為 1.5 m,影像拍攝時間為2015年2月 11日,道路、房屋、溝渠、田間小路等影像清晰可見(見圖2)。

        圖2 測區(qū)Goog le Earth影像

        2.2 像控點的選取

        在 Google Earth影像圖上選擇具有明顯影像特征的像片控制點,選擇依據是;要均勻分布在整個校正區(qū)域、特征要固定而明顯、并能正確識別和定位。如:固定的建筑物的角點、圍墻的拐點、河流拐彎處或交叉處、橋梁和交叉路口等。

        2.3 像控點的測量

        像控點測量采用網絡GPS-RTK測量技術,網絡GPS-RTK具有精度高、實時性強等特點,各類研究報告顯示,RTK測量精度與常規(guī)測量的I級導線、IV等水準相當,可以滿足各類測量的圖根控制精度要求。

        2.4 影像糾正

        傳統的圖像幾何校正是先打開圖像,在圖像上選好點后再輸入對應點的地面坐標,這樣不但容易將點號及坐標輸錯,而且點多時非常繁瑣。因此,該項目采用南方CASS軟件進行影像糾正。首先將RTK采集的控制點數據在CASS軟件的繪圖區(qū)展繪出來;然后根據控制點的分布,再將GoogleEarth影像插入和放大,就可以直接在圖像上選定控制點并捕捉對應的地面控制點。這樣就完成了地面控制點與圖像上的對應點之間的匹配關系,最后執(zhí)行“糾正”命令即可。圖像幾何校正的效果與控制點的位置、數量、分布、糾正方法及圖像上采點的準確度有關。因此,在控制點選好后,應特別注意提高在圖像上采點的精度,最好將圖像適當放大,并且在AutoCAD的“選項”框中將“十字光標大小”調到適合大小。圖像幾何糾正后的點位誤差不超過1m即可達到滿意的效果。

        2.5 影像矢量化

        首先在CASS里建立13個圖層(地貌和土質層、工礦建筑物及其它設施層、控制點和高程點層、居民地和垣柵層、交通及附屬設施層等)并賦予各層不同的顏色;然后將GoogleEarth影像作為底圖,用CASS制圖工具直接在上面矢量化。建筑物的矢量化,其點位選取以建筑物的地基為準,若地基位置不清,可以其他影像代替,如房屋的房檐,根據該項目實際的情況,可酌情減去 30cm~50 cm。溝渠等地貌以實地影像邊線為準矢量化。若有樹木覆蓋,以樹木邊沿繪出,若林帶較寬(超過圖上2mm),則林帶單獨繪出;水塘、道路等邊線,以《地形測量規(guī)范》方法繪出,即水塘繪出水崖線,水塘邊線,道路繪出路邊線、路肩線、路溝兩邊線。對于面狀地物(如建筑物、湖泊等)一定要使其外輪廓線閉合。對于圖像上被陰影遮擋的信息,可以通過地面測量來彌補。

        2.6 高程點測量和精度檢查

        目前Google Earth影像只能提供平面坐標,其高程精度還不能滿足地形圖測量要求,因此高程需要實地測量。高程測量在視野開闊信號較好的地區(qū)利用網絡RTK技術進行,在建筑區(qū)及樹木密集區(qū)可以用全站儀或水準儀進行高程測量。根據規(guī)范要求高程注記點應選在明顯的地物點和地形特征點上,其密度為圖上每100 cm2內,平地、丘陵地10~20個;山地、高山地及地形特征點稀少地區(qū)8~15個。等高線注記圖上每100 cm2內1~3個。測量高程同時也可對地物、地貌點的平面精度進行檢核。

        2.7 地形圖數據編輯

        地形圖編輯前,先要進行數據整理,清除冗余,檢查斷線并連接,理清圖層、圖色。全圖數據整理完后,一般先編輯等高線。等高線應真實表示地貌,走向合理,連續(xù)光滑,在山頭、洼地要適當加繪示坡線。地物的編輯須相當仔細,一定要認真按照外業(yè)檢測資料,準確運用圖式符號編輯。各種文字注記和數字注記準確無誤。地物、地貌編輯完,還須進行矢量的三維數據檢查。之后,圖幅接邊,圖外整飾。

        2.8 檢查驗收

        一幅圖經過編輯后,還不能立即交付使用,必須經過質檢部門100%的檢查。檢查的內容主要有兩項,即圖面檢查和上機檢查。圖面檢查是檢查圖面線劃是否規(guī)范,地物、地貌表示是否合理,注記是否正確,是否有錯漏等。上機檢查主要檢查圖層、圖色是否正確,是否有斷線、冗余數據,圖幅之間是否接邊等。圖幅檢查合格,才可交付。

        3 優(yōu)越性

        Google Earth影像測制地形圖與其它成圖方法相比,具有許多優(yōu)越性:(1)外業(yè)工作量少。Google Earth影像測制地形圖主要工作是內業(yè)測圖,外業(yè)只需要做少量控制、高程點測量、檢測和補測。這樣野外工作量就大大減少了,勞動強度也降低了。(2)成圖速度快。一般的野外測量要受天氣影響,要受到各種險要地形影響。這些因素對Google Earth影像測制地形圖影響極小。對大面積測圖,Google Earth影像測制地形圖優(yōu)勢更明顯,成圖速度相比更快。(3)資金投入少。相對于其它成圖方法,Google Earth影像測制地形圖資金投入少,經濟效益高。

        4 結語

        基于Google Earth影像測制地形圖這一測圖方法,應用于新蔡縣黃樓鎮(zhèn)總體規(guī)劃地形圖測量中,取得了良好的效果,成圖質量滿足鎮(zhèn)區(qū)總體規(guī)劃要求。實施證明在Google Earth影像比較清晰的區(qū)域,在嚴格的精度控制措施下,所測地形圖的精度完全可以達到1∶5 000地形圖的精度要求,甚至更高。雖然高程點仍需實測,但就大比例尺地形測量而言,還是大大減少了野外工作量,縮短了工期,節(jié)約了成本。因此此種大比例尺測圖方法可以在城鎮(zhèn)規(guī)劃,工程項目的前期方案設計、項目的選址等領域地形圖測繪中推廣應用。

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