Google Earth卫星影像图在公路路线设计中的应用

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　　摘 要：卫星影像图直观、形象，更新快，免费下载，逐渐在公路路线勘察中起着辅助设计的作用。如何使用下载好的卫星影像图，怎样进行卫星影像图与实测地形图的套合，本文以专业提供卫星影像图下载服务的工具软件为基础，简述卫星影像图在公路路线设计中的实践应用。
　　关键词：卫星影像图，套合，坐标系转换参数，下载，精度分析，路线方案比选
　　文章编号：2095-4085（2020）02-0070-02
　　卫星影像图是卫星拍摄的真实地理面貌，通过卫星地图的GPS导航系统极大地便利了交通出行。自Google Earth平台开放卫星影像图免费下载以来，其在各行各业中得到广泛推广和应用，针对卫星影像图下载服务的工具软件应运而生。91卫图助手，BIGEMAP地图下载器、水经注地图下载器等工具软件为卫星影像图下载提供了便利。下面结合公路路线勘察的工程实践，借助卫星影像图下载工具软件，阐述卫星影像图和实测地形图的套合及使用。
　　1 卫星影像图和实测地形图的相互套合
　　1.1 格式及套合释义
　　卫星影像图是一组存储了地球坐标投影信息和坐标信息的位图文件组合，其坐标系统采用WGS84经纬度投影坐标系。我国地形图测量采用西安80坐标系统，北京54坐标系统、国家2000坐标系统成图，其文件成果格式为CAD支持的矢量数据格式，二者的套合是将下载好的卫星影像图叠加在地形图CAD矢量文件上，使卫星影像图成为地形图文件的光栅图像参照层附着在地形图上而实现矢量化。因二者采用的坐标系统不同，套合前要先进行坐标系统的转换。专业的卫星影像图下载工具软件有自带的坐标系统转换工具、卫星影像图导入电子地形图的工具插件。使用这类工具软件，即可实现测区卫星影像图与对应地形图文件的完美叠合。
　　1.2 坐标系转换参数的计算
　　卫图下载工具软件提供多种不同渠道及精度的影像图下载服务。出于维护地理信息安全使用的目的，部分卫星影像图已进行坐标轴旋转偏移及坐标参数加密，与实际地理信息存在较大的偏差，无法满足公路路线勘察的使用要求。无偏移的GoogleEarth影像图未进行加密处理，下载时应选择无偏移的GoogleEarth影像图进行下载。
　　卫图下载工具软件自带坐标系转换参数计算功能，只要知道共同点在两个不同坐标系统下的坐标值，导入工具软件，可自动计算生成。公共点需寻找卫星影像图中特征比较明显，容易辨识的点。公共点WGS84坐标系经纬度投影转换为西安80坐标系高斯投影，北京54坐标系高斯投影，国家2000坐标系高斯投影需解出七参数，七参数分别为坐标平移量ΔX，ΔY，ΔZ三个参数，其值为两个空间坐标系的坐标原点之间坐标差值。坐标轴旋转角度Δα，Δβ，Δγ三个参数，通过按顺序旋转三个坐标轴指定角度，可以使两个空间直角坐标系的XYZ轴重合在一起[1]。尺度因子K值，即两个空间坐标系内的同一段直线的长度比值。
　　当施测的地形图采用的是地方独立坐标系时，坐标系转换参数只需计算两个不同二维平面直角系之间的坐标转换参数，需解出两个坐标平移量ΔX，ΔY，平面直角坐标系的旋转角度Δα，以及尺度因子K值这四个参数。
　　坐标系转换参数在计算过程中，要选取正确的坐标系统类型。公共点的个数，公共点经纬度坐标值直接影响卫星影像图叠合地形图的精度。
　　1.3 卫星影像图下载
　　下载卫星影像图之前，先要选择下载的图幅大小及影像精度等级。影像等级越高，像素分辨率越清晰。导出设置中需导入坐标转换参数，才能实现卫星影像图与地形图的叠合。
　　1.4 卫星影像图与地形图叠合
　　卫星影像图下载软件配备有专门的工具插件，实现卫星影像图与地形图的叠合。常用的如Insg影像插件。将其载入CAD应用程序库，加载软件即可自动导入卫星影像图，将其叠合至地形图中。
　　1.5 公路平面线形导入Google Earth中
　　使用卫星影像图下载工具软件的加载矢量功能，可将公路平面路线线形，载入GoogleEarth卫星视图中。载入过程需选取正确的坐标转换参数。公路平面线形载入以后，矢量文件会显示在卫星视图中，将矢量文件保存为KML格式，这种格式就可以在手机導航软件、其他类型卫图软件、Google Earth卫图中通用了。
　　2 卫星影像图精度分析
　　2.1 平面精度分析
　　表1以闽清县云龙乡海云路至横五联一公路接线道路工程为例，进行卫星影像图与实测地形图的套合。叠合以后经过选取交叉口，河流，房屋，测图边缘等特征点进行比较。
　　通过对比，特征点平面水平距离偏差在0～1.8m之间，完全满足公路平面路线方案比选的要求。
　　卫星影像图平面精度同时受到影像畸变，影像特征点的选取和标记影响。为保证卫星影像图与地形图套合的精度，可以通过选取更多的特征点，进行坐标转换参数校核的方式进行影像校正。
　　2.2 高程精度分析
　　通过选取闽清县云龙乡海云路至横五联一公路接线道路工程路线中桩点及旧路、山顶作为特征点进行高程的对比，见图1。
　　通过对比可以看出：地形较平坦处，卫星影像高程与实测高程差异小，旧路和建筑物周边，二者高程差异较大，深谷和山顶地形急剧变化处，卫星影像高程与实测高程差异很大。但地形变化总体趋势无较大的差异。卫星影像图的高程精度与地形图实测高程精度偏差较大，在路线设计中仅能作为参考。
　　3 卫星影像图在公路路线设计中的应用实践
　　3.1 在项目路线方案比选过程中，节省了大量物力财力
　　在公路工程可行性研究阶段，为节省经费，常在内容陈旧，居民区房屋及道路未呈现在图上的大比例地形图上初拟路线，再去现场实地踏勘。现场踏勘任务重，效率低，工作条件艰苦。使用卫星影像图，不必反复对现场进行踏勘，设计人员在卫星影像图上，可以掌控全局，把握路线走向，避开峭壁深谷，居民区，选出较优的平面线形。
　　3.2 便于多方案路线优化
　　多方案比选时，缺乏地形图，可使用卫星影像图进行方案设计，进行多个方案之间比选，便于路线方案的优化。
　　3.3 路线套合卫星影像成果可进行现场定位
　　将导入GOOGLE的平面路线成果导出保存为KML格式，利用手机导航软件，可实现公路路线导航路径规划，在踏勘现场进行方向引导，位置定位，及时核查路线两侧的地形地貌及构筑物等情况，进一步对方案进行优化。
　　4 结 语
　　高分辨率卫星的发射成功使得卫星影像图的精度得到大幅提高，促使服务于工程建设的地理信息测绘模式发生着重大改变。譬如以卫星影像图为基础，使用无人机加密控制点的航拍地形图技术使用越来越广泛。测绘技术迈向人工智能的发展趋势推进着公路外业踏勘及路线方案设计不断进行着变革。
　　参考文选：
　　[1]靳卫华，周子勇.空间数据产品坐标系统转换方法与实现[J].测绘与空间地理信息，2015，（02）.
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