基于AutoCAD的Google Earth圖像信息提取及應用

鄭平元，楊武年

(成都理工大學地球科學學院，成都610059)

Google Earth是一款美國Google公司于2005年推出的虛擬地球儀軟件，用戶可以通過它免費瀏覽全球各地的高清晰度衛星圖像［1－2］。AutoCAD 是美國 Autodesk公司首次于1982年生產的自動計算機輔助設計軟件，界面友好、操作靈活，主要應用于土木建筑、規劃設計及地圖制作等諸多領域［3－4］。傳統的地圖獲取方法，即采用野外地面測圖方法，不但耗費大量的人力、物力、財力，而且需要較長的時間。以成都理工大學主校區為例，提出了利用Google Earth免費高精度影像和少量的地面量測，結合AutoCAD強大的圖形編輯功能，進行 Google Earth圖像信息提取及應用的方法，實現了低成本、高精度和高效益解決人們日常用圖的需要。

1 圖像獲取

為了獲取Google Earth圖像，用戶需要在電腦上安裝 Google Earth 免費軟件［5］。

首先打開Google Earth，在主界面左側“搜索面板”先單擊“搜索(Search)”后單擊“前往(Fly To)”，接著輸入名稱“成都理工大學”或者經緯度“30°40′32.77″N，104°08′15.67″E”，回車后自動找到目標位置。執行下拉菜單“文件(File)保存(Save)保存圖像(Save Image)”命令，在彈出的對話框中選擇途徑并輸入文件名后保存即可［6－7］。如果想獲得放大后的清晰圖像，可以先分成幾部分保存，然后利用Photoshop軟件進行拼接，這里不再贅述。圖1為成都理工大學主校區Google Earth圖像。

圖1 成都理工大學主校區Google Earth圖像Fig.1 Google Earth image of Chengdu University of Technology

2 圖像尺寸校正

2.1 測量尺寸

為了計算出插入圖像的正確縮放比例，同時提高測量精度，首先在AutoCAD里直接量測具有代表性的線段的長度，然后到實地用鋼尺測量相應的實際水平長度，記錄在表1中。選擇需要量測的線段時，應注意:(1)線段應清晰易量測。(2)線段應位于比較平坦的地方。(3)線段應均勻分布于圖像內，盡量朝向不同的方位。(4)房屋邊長應量測墻基平面上的長度。

2.2 校正尺寸

在AutoCAD中選中圖像，執行下拉菜單“修改縮放”命令，捕捉到圖像西南角后單擊，在命令行提示“指定比例因子或［參照(R)］:”后面輸入平均縮放系數“1.170 6”回車即可［8］。至此，直接在 AutoCAD 里測量的尺寸就與實際尺寸吻合了。

表1 AutoCAD量測長度與實際長度比較Tab.1 Comparison of AutoCAD measuring length and actual length

2.3 精度分析

為了保證比例因子(或縮放系數)的可靠性，必須對經校正后的圖像進行尺寸復核。參照“2.1測量尺寸”中的方法，在校正好的圖像上選擇地勢平坦、分布均勻的6條線段，分別在AutoCAD里和相應的實地量測出它們的水平距離，其相對誤差一般不超過1/100即可。為此，在圖上直接量測線段時，應盡量將圖像放大到適合肉眼屏幕瞄準的大小，提高鼠標采點的精度。野外實測長度時，應保持鋼尺水平。

Google Earth圖像插入AutoCAD后，雖然經過尺寸校正后具有正確的尺寸，但還是柵格圖像，不便于進行分層處理、精確定位和統計分析等。因此，需要將柵格圖像通過矢量化轉換成矢量圖形，即圖像矢量化。

3 圖像數字化及整飾

為了便于分層處理、精確定位和統計分析，還應將Google Earth圖像轉換為矢量圖形，即圖像數字化。在AutoCAD里，將Google Earth圖像作為底圖，用二維多段線命令(PLINE)直接在上面描圖。為了方便管理和易于分析，在AutoCAD里建立9個圖層(教學建筑、公共建筑、教師宿舍、學生宿舍、鋪裝、水系、綠化、運動場及道路)，并賦予各層不同的色彩，如圖2所示。

3.1 面狀地物的數字化

建筑物的數字化即把建筑物墻基的外輪廓用閉合的二維多段線畫出來。由于Google Earth圖像采用的是中心投影，造成建筑物墻基的外輪廓部分信息被陰影遮蓋。解決辦法可以分兩步進行:第一步，先根據建筑頂部的外輪廓形狀畫圖，然后將畫好的建筑外輪廓線平移到墻基對應的位置上;第二步，對于部分被遮蓋的輪廓點或變形較大的部位可以結合實地丈量的方法加以彌補或改正。面狀水系(如湖泊、池塘等)的數字化與建筑物的數字化類似。由于綠化、鋪裝及運動場均為面狀，要求其外輪廓線一定要閉合。它們的外輪廓線常常為道路、建筑及池塘等的邊界線，所以，必須注意與其他地物邊界的重合。

圖2 成都理工大學主校區平面圖Fig.2 Campus plan of Chengdu University of Technology

3.2 線狀地物的數字化

道路的數字化即用二維多段線繪制道路的邊線。對于部分路段被遮擋的地方可以通過兩固定點(如房角點等)距離交會的方法繪制。具體做法:首先，在實地丈量出道路邊線點到兩固定點的水平距離，然后在Auto－CAD里找到該兩固定點的位置，分別以該兩固定點為圓心，相應的水平距離為半徑繪出兩圓的交點即為所求點位。注意所求點與兩固定點的方位應與實地一致。線狀水系(如溝渠、河流等)的數字化方法與道路數字化的方法類似。

3.3 圖形著色及整飾

Google Earth圖像在AutoCAD里數字化后得到DWG格式的線劃數字地圖。由于地圖的內容均由線劃組成，所以，表現出來的效果比較單一，各功能分區對比又不鮮明。因此，可以將不同的功能分區填充易于區別的色彩。為了使用方便，還應給平面圖加上圖例、圖框、指北針、比例尺及文字注記等，如圖2所示。

4 圖像信息提取及應用

在數字化好的地圖上，可以進行坐標查詢、距離測量、面積統計及規劃設計等，而這些在Google Earth圖像上卻很難操作甚至根本無法進行。

4.1 課表的安排

隨著校園面積的擴大，教學樓與教學樓之間、宿舍與食堂之間、宿舍與教學樓之間的距離也相應增大了，這給學校的排課帶來很大的麻煩。排課已經不像以前那樣，只要找個空閑時間和空閑教室就可以了，還應該考慮學生在上課路途中所需要的時間。在圖2上，可以選擇最近或最佳路線，量測路線長度、路線寬度，計算出所需時間、通行能力，為課表的安排提供準確可靠的參考信息。

4.2 功能分區規劃設計

為了便于分析，將主校區分成教學區、宿舍區、生活區及運動區。從圖2看出，東南邊學生公寓緊鄰教師家屬區外側，上下課時大量學生從家屬區進進出出，給教師的工作和生活造成極大干擾。在東風渠以東的新區規劃建設中應盡量做到:教師宿舍區與學生宿舍區分開，且避免相互穿插;運動區盡量設計在學校的外圍，尤其避免干擾教學區及宿舍區。

4.3 土地分類面積統計

為了準確掌握學校各類用地面積及其功能，在數字地圖上進行統計，統計結果如表2所示。

表2 土地分類面積統計表Tab.2 Statistical area of land classification

從表2可以看出，學校的綠化面積最大，不愧為成都市的綠化紅旗單位。相對來講，教師及學生宿舍的面積略為偏少，這在渠東的擴建工程中應加強。

5 結語

綜上所述，利用高精度的Google Earth免費圖像，結合AutoCAD的強大圖形編輯功能來提取Google Earth圖像信息并應用，無疑是一種高效、快捷、經濟和實用的方法，特別適用于工礦、企業、機關、學校等單位制作有關圖件時參考與借鑒。對于Google Earth圖像上被陰影遮蓋的部分信息，可以通過地面丈量的方法來解決。在制作好的數字地圖上，可以進行距離測量，面積量算，土地利用類別分析統計及基本建設與規劃等，還可制作各種專題地圖。目前，Google Earth圖像精度還不能滿足大比例尺制圖的需要，部分地區更新周期也相對較長。隨著Google Earth圖像分辨率的提高，更新周期的縮短，其產品的應用必將愈來愈廣泛。

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