Google Earth衛星影像圖在公路路線設計中的應用

姚軍

摘?要：衛星影像圖直觀、形象，更新快，免費下載，逐漸在公路路線勘察中起著輔助設計的作用。如何使用下載好的衛星影像圖，怎樣進行衛星影像圖與實測地形圖的套合，本文以專業提供衛星影像圖下載服務的工具軟件為基礎，簡述衛星影像圖在公路路線設計中的實踐應用。

關鍵詞：衛星影像圖，套合，坐標系轉換參數，下載，精度分析，路線方案比選

文章編號：2095-4085（2020）02-0070-02

衛星影像圖是衛星拍攝的真實地理面貌，通過衛星地圖的GPS導航系統極大地便利了交通出行。自Google Earth平臺開放衛星影像圖免費下載以來，其在各行各業中得到廣泛推廣和應用，針對衛星影像圖下載服務的工具軟件應運而生。91衛圖助手，BIGEMAP地圖下載器、水經注地圖下載器等工具軟件為衛星影像圖下載提供了便利。下面結合公路路線勘察的工程實踐，借助衛星影像圖下載工具軟件，闡述衛星影像圖和實測地形圖的套合及使用。

1?衛星影像圖和實測地形圖的相互套合

1.1?格式及套合釋義

衛星影像圖是一組存儲了地球坐標投影信息和坐標信息的位圖文件組合，其坐標系統采用WGS84經緯度投影坐標系。我國地形圖測量采用西安80坐標系統，北京54坐標系統、國家2000坐標系統成圖，其文件成果格式為CAD支持的矢量數據格式，二者的套合是將下載好的衛星影像圖疊加在地形圖CAD矢量文件上，使衛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現矢量化。因二者采用的坐標系統不同，套合前要先進行坐標系統的轉換。專業的衛星影像圖下載工具軟件有自帶的坐標系統轉換工具、衛星影像圖導入電子地形圖的工具插件。使用這類工具軟件，即可實現測區衛星影像圖與對應地形圖文件的完美疊合。

1.2?坐標系轉換參數的計算

衛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。出于維護地理信息安全使用的目的，部分衛星影像圖已進行坐標軸旋轉偏移及坐標參數加密，與實際地理信息存在較大的偏差，無法滿足公路路線勘察的使用要求。無偏移的GoogleEarth影像圖未進行加密處理，下載時應選擇無偏移的GoogleEarth影像圖進行下載。

衛圖下載工具軟件自帶坐標系轉換參數計算功能，只要知道共同點在兩個不同坐標系統下的坐標值，導入工具軟件，可自動計算生成。公共點需尋找衛星影像圖中特征比較明顯，容易辨識的點。公共點WGS84坐標系經緯度投影轉換為西安80坐標系高斯投影，北京54坐標系高斯投影，國家2000坐標系高斯投影需解出七參數，七參數分別為坐標平移量ΔX，ΔY，ΔZ三個參數，其值為兩個空間坐標系的坐標原點之間坐標差值。坐標軸旋轉角度Δα，Δβ，Δγ三個參數，通過按順序旋轉三個坐標軸指定角度，可以使兩個空間直角坐標系的XYZ軸重合在一起[1]。尺度因子K值，即兩個空間坐標系內的同一段直線的長度比值。

當施測的地形圖采用的是地方獨立坐標系時，坐標系轉換參數只需計算兩個不同二維平面直角系之間的坐標轉換參數，需解出兩個坐標平移量ΔX，ΔY，平面直角坐標系的旋轉角度Δα，以及尺度因子K值這四個參數。

坐標系轉換參數在計算過程中，要選取正確的坐標系統類型。公共點的個數，公共點經緯度坐標值直接影響衛星影像圖疊合地形圖的精度。

1.3?衛星影像圖下載

下載衛星影像圖之前，先要選擇下載的圖幅大小及影像精度等級。影像等級越高，像素分辨率越清晰。導出設置中需導入坐標轉換參數，才能實現衛星影像圖與地形圖的疊合。

1.4?衛星影像圖與地形圖疊合

衛星影像圖下載軟件配備有專門的工具插件，實現衛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應用程序庫，加載軟件即可自動導入衛星影像圖，將其疊合至地形圖中。

1.5?公路平面線形導入Google Earth中

使用衛星影像圖下載工具軟件的加載矢量功能，可將公路平面路線線形，載入GoogleEarth衛星視圖中。載入過程需選取正確的坐標轉換參數。公路平面線形載入以后，矢量文件會顯示在衛星視圖中，將矢量文件保存為KML格式，這種格式就可以在手機導航軟件、其他類型衛圖軟件、Google Earth衛圖中通用了。

2?衛星影像圖精度分析

2.1?平面精度分析

表1以閩清縣云龍鄉海云路至橫五聯一公路接線道路工程為例，進行衛星影像圖與實測地形圖的套合。疊合以后經過選取交叉口，河流，房屋，測圖邊緣等特征點進行比較。

通過對比，特征點平面水平距離偏差在0～1.8m之間，完全滿足公路平面路線方案比選的要求。

衛星影像圖平面精度同時受到影像畸變，影像特征點的選取和標記影響。為保證衛星影像圖與地形圖套合的精度，可以通過選取更多的特征點，進行坐標轉換參數校核的方式進行影像校正。

2.2?高程精度分析

通過選取閩清縣云龍鄉海云路至橫五聯一公路接線道路工程路線中樁點及舊路、山頂作為特征點進行高程的對比，見圖1。

通過對比可以看出：地形較平坦處，衛星影像高程與實測高程差異小，舊路和建筑物周邊，二者高程差異較大，深谷和山頂地形急劇變化處，衛星影像高程與實測高程差異很大。但地形變化總體趨勢無較大的差異。衛星影像圖的高程精度與地形圖實測高程精度偏差較大，在路線設計中僅能作為參考。

3?衛星影像圖在公路路線設計中的應用實踐

3.1?在項目路線方案比選過程中，節省了大量物力財力

在公路工程可行性研究階段，為節省經費，常在內容陳舊，居民區房屋及道路未呈現在圖上的大比例地形圖上初擬路線，再去現場實地踏勘?，F場踏勘任務重，效率低，工作條件艱苦。使用衛星影像圖，不必反復對現場進行踏勘，設計人員在衛星影像圖上，可以掌控全局，把握路線走向，避開峭壁深谷，居民區，選出較優的平面線形。

3.2?便于多方案路線優化

多方案比選時，缺乏地形圖，可使用衛星影像圖進行方案設計，進行多個方案之間比選，便于路線方案的優化。

3.3?路線套合衛星影像成果可進行現場定位

將導入GOOGLE的平面路線成果導出保存為KML格式，利用手機導航軟件，可實現公路路線導航路徑規劃，在踏勘現場進行方向引導，位置定位，及時核查路線兩側的地形地貌及構筑物等情況，進一步對方案進行優化。

4?結?語

高分辨率衛星的發射成功使得衛星影像圖的精度得到大幅提高，促使服務于工程建設的地理信息測繪模式發生著重大改變。譬如以衛星影像圖為基礎，使用無人機加密控制點的航拍地形圖技術使用越來越廣泛。測繪技術邁向人工智能的發展趨勢推進著公路外業踏勘及路線方案設計不斷進行著變革。

參考文選：

[1]靳衛華，周子勇.空間數據產品坐標系統轉換方法與實現[J].測繪與空間地理信息，2015，（02）.