利用谷歌卫星影像图制作一定精度地形图的方法

利用谷歌卫星影像图制作一定精度地形图的方法
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
张鲁岗， 孙会超， 侯冰， 李洪寿 张鲁岗(山东省物化探勘查院)， 孙会超,侯冰,李洪寿(山东省城乡建设勘察院)
城市建设理论研究（电子版） ChengShi Jianshe LiLun Yan Jiu 2011(21)
J3
X3′，Y3′
x3′，y3′
﹕
﹕
﹕
﹕
3．获取、校正影像图片采用的软件 南方平差易高斯投影软件； GEtscreen 截屏软件； Photoshop 图像处理软件； 南方 Cass7.0 或者 mapgis 软件； 4．实例检验及精度分析 以山东东营广饶县西刘桥乡一勘查工区（200 平方公里）为例，主要操作流程为： 1) 在谷歌地图上选定工作区域，并标记外业实测特征点精确位置，同时利用南方平差易软件计算谷歌地图上量取的特 征点的平面直角坐标； 2） 利用谷歌截图软件 GEtscreen 对选定工作区进行截图，把下载下的 JPEG 格式的图像在 photoshop 软件中合并成 一幅完整图像； 3） 在 mapgis 软件或南方 CASS7.0 软件中利用图像校正功能对图像进行投影校正，实例以 T1、T2、T3、T4 点为校正 点进行校正，从下表中可以看出，J1-J6 经过投影校正后与理论计算值误差在 1m 以内； 4） 根据野外获得的高精度实测特征点坐标对图像进行第二次校正：图像地面控制点校正，经过对比发现：经过地面 控制点校正的图像监测点坐标误差最大 1.074m，未经过地面控制点校正的图像监测点坐标误差平均在 3～5m 之间，可 以很明显看出经过地面控制点校正的图像精度高于未经过地面控制点校正的图像精度，但面积在 200km_，误差平均在 3～5m 的图像用于野外地质工作、旅游探险、手持 GPS 导航地图已是相当方便实用。
8,
8,
8,
8,
8,
118.323769 370609.482 370609.483 370612.268 370612.832
02
J2 37.0829869 4113188.44 4113188.33 4113191.00 4113191.78 1.074
0,
5,
5,
0,
6,
118.341162 372936.879 372936.986 372940.579 372941.311
我国先后主要采用三种大地坐标系统，1954 北京坐标系，1980 西安坐标系，CGCS2000 国家坐标系。三种大地坐标 系分属于不同的椭球体系，拥有不同的椭球参数，在我国各个历史发展阶段均发挥着巨大的作用。因 CGCS2000 国家坐 标系与 WGS-84 坐标系有很多相同椭球参数，两者进行转换过程较为简单且误差相对较小（纬度、大地高最大误差均为 0.105mm 经度相同），故本文假定 WGS84 坐标系与 CGCS2000 坐标系等价。 2) 影像畸变 遥感影像变形的原因:①遥感平台位置和运动状态变化的影响： 航高、航速、俯仰、翻滚、偏航。②地形起伏的影响： 产生像点位移。③地球表面曲率的影响：一是像点位置的移动；二是像元对应于地面宽度不等，距星下点愈远畸变愈 大，对应地面长度越长。④大气折射的影响：产生像点位移。⑤地球自转的影响：产生影像偏离。如果不作几何校正， 遥感图像则有在几何位置上发生变化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化 等。有时根据遥感平台的各种参数已做过一次校正，但仍不能满足要求，就需要作遥感影响相对于地面坐标、地图投 影坐标系统的配准校正，以及不同类型或不同时相的遥感影响之间的几何配准复合分析，以得到比较精确的结果。本 文讨论内容是对影像直接进行投影校正，然后实测地面点在 CGCS2000 坐标系下的坐标，求得影像图在没有地面控制点 校正的情况下的精度。 3) 影像特征点的选择与标记 在准备下载的卫星影像区域内均匀选择一些特征点，例如易分辨、特征非常明显的特征点，比如道路交叉口、河流交 叉或分叉处等；另外图像的边缘部分一定有一定数量的控制点，以避免误差的外推。利用前面所述的七参数法或四参 数法计算所有特征点在 CGCS2000 坐标系下的坐标，利用这些特征点对整幅影像进行图像校正，校正整幅图像为相应坐 标系统下的坐标。 4) 影像地理坐标系统分析
利用谷歌卫星影像图制作一定精度地形图的方法 张鲁岗 1 孙会超 2 侯冰 2 李洪寿 2
1 山东省物化探勘查院 250013；2 山东省城乡建设勘察院 250031 摘 要：阐述谷歌卫星影像图采用的WGS84 坐标系统，分析利用谷歌影像图制作一定精度地图的方法，结合实例验证方 法的可行性，并进行精度估算。 关键词： WGS84 坐标系；CGCS2000 坐标系；地面特征点；图像校正；线性变换 1.概述
表一： 影像特征检测点序号
T1 T2
大地坐标 (CGCS2000)
B1，L1 B2，L2
平面直角坐标 (CGCS2000)
X1，Y1 X2，Y2
实测点坐标 （CGCS2000）
x1，y1 x2，y2
T3
B3，L3
X3，Y3
x3来自百度文库y3
﹕
﹕
﹕
﹕
J1
X1′，Y1′
x1′，y1′
J2
X2′，Y2′
x2′，y2′
校正精度会有所出入。
2) 随着谷歌发布的免费卫星图像空间分辨率越来越高，再结合民用 GPS 手持机获取分米级
地面控制点坐标的成果，相信通过免费卫星影像图制作亚米级精度的实用地图的方法会越来
越受到更多人的关注。
3.710 4.474 3.940 3.713 3.713 4.681
参考文献
[1] 魏子卿,2000 中国大地坐标及其与 WGS84 的比较,大地测量与地球动力学，2008， [2] 李德仁，周月琴，金为铣著，摄影测量与遥感概论，北京，测绘出版社，2004 [3] 杨凯等编著，遥感图像处理原理与方法，北京，测绘出版社，1988
57
J3 37.1014190 4116353.38 4116353.16 4116349.58 4116349.13 0.807
80
6,
8,
6,
6,
,118.36315 376437.190 376437.160 376435.520 376436.190
33
J4 37.0433491 4105855.51 4105855.63 4105858.41 4105858.73 0.384
4120001.60 8,
367557.492
4120013.30 0,
381872.246
4103887.63 0,
380898.941
4103913.31 4,
369440.848
影像投影校 正后平面直
角坐标 （CGCS2000
）
相应地面实 测点坐标
（CGCS2000 ）
4119998.19 0,
表二： 影像特 征检测 点序号
T1
T2
T3
T4
大地经纬坐 标
(WGS84)
37.1208114 3,
118.302938 58
37.1215408 1,
118.400969 86
37.0332018 3,
118.393946 38
37.0327365 3,
118.315582 15
投影后平面 直角坐标 (CGCS2000)
谷歌卫星影像采用 WGS-84 大地坐标系统，特征点显示坐标为经纬度格式，需要进行高斯投影正算，得到特征点在 CGCS2000 坐标系下的平面直角坐标。 利用线性变换法进行图像特征点校正，至少需要四个特征点进行图像校正。 利用三次线性变换进行图像特征点校正，至少需要八个特征点进行图像校正。 5) 影像平面直角坐标系的建立
367560.892
4120010.60 0,
381874.356
4103890.52 0,
380902.052
4103911.51 4,
369437.886
对影像进行 二次校正后
坐标 （CGCS2000
）
影像校 正后与 实测点 位移
未经过地面 点校正与实
测点位移
J1 37.0811041 4112643.25 4112643.25 4112640.80 4112640.37 0.709
93
J6 37.1226165 4120463.94 4120463.96 4120466.27 4120466.39 0.575
3,
7,
4,
7,
5,
118.343766 373688.831 373688.761 373692.831 373693.394
17
5.结论
1) 实例工区平均海拔较低，地势较为平坦，影像变形受地形影响相对较小，其他区域图像
8,
3,
1,
3,
3,
118.361505 375876.113 375876.135 375879.013 375879.225
25
J5 37.0504175 4106927.99 4106928.02 4106930.66 4106931.09 0.423
9,
9,
8,
9,
0,
118.303782 367560.514 367560.459 367563.069 367563.030
WGS-84 坐标系（World Geodetic System 一 1984 Coordinate System）一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点 为地球质心，其地心空间直角坐标系的 Z 轴指向 BIH （国际时间）1984.O 定义的协议地球极（CTP)方向，X 轴指向 BIH 1984.0 的零子午面和 CTP 赤道的交点，Y 轴与 Z 轴、X 轴垂直构成右手坐标系，称为 1984 年世界大地坐标系统。
随着卫星遥感技术、互联网技术的日新月异，提供高分辨率的卫星影像图成为可能。作为民用的免费卫星影像清 晰度也逐渐提高，例如谷歌卫星地图、中国天地图等。而传统地图的制作，不仅制作周期长、现势性较差，而且作为 国家重要基础地理信息数据，必须通过申请缴费才能获得。如何利用现有的免费卫星影像图制作高清晰度的、现势性 强的有较高坐标精度的地图，更快捷、更实用的满足野外踏勘工区、勘察、地质、旅游探险等各行各业的需要？本文 将针对谷歌影像地图进行可行性分析，研究获得高精度地图坐标的具体操作方法，并进行精度验证。 2．获得清晰影像地图的理论分析 1) 常见的几种大地坐标系统之间的关系
引用本文格式：张鲁岗.孙会超.侯冰.李洪寿 利用谷歌卫星影像图制作一定精度地形图的方法[期刊论文]-城市建设理论研究（电子版）
2011(21)