1、LOW CARBON WORLD 2023/7杨波袁杨思雨袁田基于G o o g l e E a r t h 的 D E M 建立及其精度分析仲举（腾冲市土地收购储备中心，云南 腾冲 678000）【摘要】测绘是工程项目建设的基础工作袁但长期以来袁信息的保密性使测绘信息获取困难袁使方案设计难以推进遥 针对测绘信息获取困难尧实效性低等问题袁提出利用谷歌地球渊Google Earth袁GE冤软件快速生成数字高程模型渊digital elevation model,DEM冤的解决方法袁并提供通过 LocaSpace Viewer 地图下载平台下载 GE 高程数据的步骤以及利用 ArcGIS 等软件制
2、作初步方案 DEM 的方法遥以某地实测区建立为例袁对实测高程数据GE 高程数据进行对比袁分析其误差大小及方案的可行性袁以期为相关人员提供参考遥【关键词】测绘工程曰Google Earth曰DEM 建立曰误差分析【中图分类号】P208【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）07-0052-030 引言测绘工作是国家经济建设和国防建设的基础。近年来，随着计算机和网络技术在测绘技术中得到大力发展和深入应用，测绘信息得到了更合理的统筹，数据存储的准确性和有效性也得到了大幅提升1。随着测绘市场化进程的不断加快，测绘工程招标日益频繁，但由于项目地理信息的高度保密，若投标单位在合作前无权获
3、取测绘资料进行参考，设计方案时就无从下手。由于区域测绘工程量巨大，测绘工作复杂，地理地形资料常出现严重的滞后现象，而在中标前针对测区进行实地踏勘，则时间和经济成本较高。1 谷歌地球和数字高程模型的特点谷歌地球（Google Earth,GE）是一款由 Google 公司开发的虚拟三维地球软件，集合了卫星图片、航拍照片、遥感数据、高程模型等地理信息，可以提供全球大部分地区的高分辨率栅格影像、高程模型和遥感数据2。利用 GE 软件，可适当了解测区的基本信息，获取测区的位置情况、高度、海拔、交通条件、天气和人文等信息，为项目预案提供有力的参考3。数字高程模型（digital elevation mo
4、del,DEM）是地形表面型态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和高程属性特点的数字描述。DEM 作为地形地貌数字化表达方式，以其多形式的显示方式、不易损失的精度、自动化的更新方式等诸多优点，是进行空间地理信息相关研究的基础4。DEM 可用于绘制等高线图、坡度图、坡向图、立体透视图、立体景观图，并应用于制作正射影像图、立体地形模型及地图的修正，在工程建设中可用于体积和面积的计算、土方量的计算、各种剖面图的绘制、线路的设计和通视情况的分析，能满足大多数工程建设的需求5。2 基于 GE 的 DEM 数据提取及精度分析2.1 测区概况测区位于东经 115毅13忆115毅25忆，北纬 39毅20忆
5、39毅25忆。中央区域有山脉隆起。2.2 数据获取2.2.1 GE 的数据获取下载并安装 LocaSpace Viewer。打开 LocaSpaceViewer，其操作的基本流程为：淤在界面中点击需要下载的范围或绘制一个面作为下载范围。具体步骤为依次点击对话框里的“选择面”“绘制多边形”“绘制矩形”来选择或者绘制一个范围。于下载所选级别对应数据范围的地图。LocaSpace Viewer 提供谷歌影像和天地图影像的数据下载，同时也支持叠加注记下载。选择叠加模式，根据需要选择对应的下载级别、储存目录，点击开始下载，影像和注记则会以叠加的方式下载，得到该区域 TIF 格式的谷歌地图。2.2.2 G
6、PS 数据获取（1）GPS 静态测量的注意事项如下：淤点位选取时要注意合理性，遵照技术设计要求，最大限度地为后续测量提供便利。于打点时要注重工程质量，遵守安全第一的原则，确保点位可以长期保留。盂点位选取时要注意周边的环境，四周要开阔，这样才有足够的地方安装接收设备。榆点位与大功率无线电发射源相距至少 200 m，与高压输电线相距至少 50 m。虞清理点位附近有可能影响卫星信号的物体。愚地低碳技术52LOW CARBON WORLD 2023/7理位置的选取要注意交通便利。舆充分利用符合要求的旧有控制点及其标石和觇标。（2）GPS 静态测量外业工作注意事项如下：淤观察组在执行观测任务时必须严谨负
7、责，严格按照排班计划表执行，如果存在特殊情况，要向工作组的领导汇报，及时进行人员调度，保障在规定时间对卫星进行观测。严禁私自更改观测时间，扰乱工作计划。于卫星观测过程杜绝擅自重启接收器、随意更改接收装置的相关参数、肆意调换接收天线的方位、私自删除记录的数据内容等。盂在卫星观测时，工作人员要坚守自己的岗位，履行自己的职责，保护好相关的科学仪器，防止外部人员或未知因素对其造成损坏。榆无线信号会干扰天线，因此，在观测期间，不允许工作人员使用通信设备，如果存在紧急情况，则使用通信设备时要在距离天线超过10 m 的地方。此外，在雷电天气需将天线拔掉，以防止雷击。（3）GPS 静态测量内业数据处理包括基线
8、解算和GPS 网平差处理。基线解算如下：首先，根据基线长度不同，同一级别的 GPS 网可采用不同的数学处理模型。8 km 以内的基线，必须采用双差固定解；大于8 km 且小于 30 km 的基线，可在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果；30 km 及其以上的基线，可将三差解作为基线解算的最终结果。其次，对于所有同步观测时间短于 35 min 的快速定位基线，应将符合要求的双差固定解作为基线解算最终结果。再次，同一时段观测值基线处理中，二、三等数据采用率都不宜低于 80%。最后，无论采用单基线模式或多基线模式解算基线，都应在整个 GPS 网中选取一组完全独立的基线构成独立环，各独立环的坐标分量
9、闭合差应满足以下要求：wx臆2n姨滓;（1）wy臆2n姨滓;（2）wz臆2n姨滓;（3）w臆23n姨滓；（4）w=wx2+w2y+w2z姨；（5）滓=a2+（b d 10-6）2姨。（6）式中：w环闭合差；n独立环中的边数；滓GPS 网的精度指标。GPS 网平差处理如下。无约束平差中，基线向量的改正数（V驻x、V驻y、V驻z）绝对值应满足以下要求：V驻x臆3滓；（7）V驻y臆3滓；（8）V驻z臆3滓。（9）滓 的计算方法同式（6）。超限时，可认为该基线或其附近存在粗差基线，应采用软件提供的方法或人工方法去除粗差基线，直至满足式（7）式（9）要求。约束平差中，基线向量的改正数与剔除粗差后无约束平
10、差结果重名基线相应改正数的较差（dV驻 x、dV驻 y、dV驻 z）应满足以下要求：dV驻 x臆2滓；（10）dV驻 y臆2滓；（11）dV驻 z臆2滓。（12）滓 的计算方法同式（6）。超限时，可认为作为约束的已知坐标与 GPS 网不兼容，应采用软件提供或人工方法去除某些误差较大的约束值，直至满足式（10）式（12）的要求。（4）使用全球定位系统-实时动态（global posi谣tioning system谣real time kinematic,GPS谣RTK）地形测量需了解应用全球导航卫星系统（global navigationsatellite system,GNSS）技术进行地形图
11、测绘以及精确获取点位的方法，其具体流程为：淤通过 6 个时段静态测量获取测区待定点的坐标数据。于使用两台GPS 接收机，一台为基准站，另一台为移动站，两台机器的电台通道都设置为 2，使其互相连接。盂新建工程，并通过两个已知点求转换参数。榆检核是否超限。虞在转换参数不超限之后，对测区进行 1:1 000的 RTK 地形图测绘，并保持点的间距在 5耀10 m，覆盖整个测区。愚内业成图采用南方 CASS 成图系统。导入测量所得的高程点号，并进行等高线的绘制。通过高程点建立数字地面模型、绘制等高线并删除三角网生成等高线图、生成 DEM。2.3 DEM 建立DEM 的建立方法：直接在地面上进行测量时，数
12、据来源有 GPS 和全站仪等，收集方法有野外测量等；从现有的地形图获取数据的方法有网格读取方法、数字化仪手部跟踪、扫描仪半自动获取以及通过插值生成 DEM。DEM 插值类型：全局插值，块插值和逐点插值。全局插值拟合模型要分析待测地区的所有采样点，经过严谨的观察研究后才能建立。块插值实质上是功能不同但大小一样的区域模块。逐点插值计算，就是把需要插点位置周围的数据作为参照来定义的一个局部函数。移动拟合是选取数据点时要考虑插入的方低碳技术53LOW CARBON WORLD 2023/7位，包括规则网络结构和不规则三角网（triangulatedirregular network,TIN）两种算法。
13、当前常用的算法是 TIN，DEM 是基于 TIN 的线性和双线性插值来编写的。2.3.1 基于 GE 的 DEM 建立加载在 LocaSpace Viewer 上下载的 DEM，点击右键，选择属性，查看坐标系，再加载 Keyhole 标记语言（keyhole markup language,KML）转换出来的点，导出 GE 高程数据的栅格数据，像元大小设置为 10 m。导入整理好的测区高程数据，查看是否为 WGS84，是否与山区高程数据坐标一致。利用插值法加载实测DEM 的步骤为：打开 ArcToolbox，依次点击“栅格插值”“克里金法”，输入测点数据，点击“Z 字段”，输入2 m（或更为精
14、确）的分辨率栅格数据，绘制边界，裁剪出需要的范围。2.3.2 基于 GPS 测区实地采集的 DEM 建立在 Excel 工作表中整理清西陵测区实习测量的高程数据。打开 ArcMap 软件，选择添加按钮，打开ArcToolbox，依次点击“转换工具”“由 KML 转出”“KML转图层”，将测区 KML 格式的点位转换成图层。2.3.3 DEM 的精度评定打开 Spatial Analyst 工具，点击“地图代数”，用栅格计算器，将实测高程数据与 GE 高程数据相减，然后产出图表。为做出更全面的分析，比较了实测高程数据与GE 高程数据。将 1 526 个实测坐标转换为在 GE 中的坐标，并进行 D
15、EM 数据采集，得到了 1 526 个高程数据。分别用 ArcGIS 进行成图，可以得到实测高程数据和 GE 高程数据的平面等值线对比图，把等值线图转换为 KML 格式的文件载入谷歌地形图后，可以得到三维等值线图。通过比对 GE 和基底高程的栅格图像可得，两份数据高度变化趋势非常一致，但在细节上有所不同。可用 SPSS 19 软件统计分析实际测量数据和收集的GE 海拔数据，以定量分析两次测量之间的差异，并获取统计分析结果如表 1、表 2 所示。根据图像对比分析，高程的精密度远大于 GE 图像精密度，但大致走向基本一致，GE 数据清晰度有待提升。根据表格的数据统计分析结果，GE 高程数据与实测高
16、程数据误差为 05 mm 的数据个数达49.6%，误差为 010 mm 的占 88.9%以上，排除算法在精度上的差异，误差在初始方案允许的范围内，符合本方案预设的实验结果要求。3 分析结果GE 为测绘工作提供了非常宝贵的数据，但是其成像数据的粒度较大，精确度有待提高。在从 GE 下载港城数据并转化为 DEM 的过程中，存在一定的偏差，但在项目方案初期能够满足基本需求。4 结语测绘工作是基础性的工作，在实际工作中经常要为其他设计部分提供线路的长度信息和测定汇水面积，而带有比例尺功能的 GE 影像图为此类概略测绘工作提供了极大的便利。地理数据的测量和收集需要专业人士在使用一定的工具后，参照现有资料
17、才能得出准确的结果，在这个过程中，新技术提供的实地视频资料可以帮助测绘人员达到事半功倍的效果。因此，了解与掌握新的地图软件，利用更多、更先进的科技手段来提高工作效率，对地理信息的获取、测绘行业的发展乃至国家的经济建设都有着重要作用。参考文献1 薛东方.现代信息测绘新技术在工程测量中的应用改造对策研究J.砖瓦世界，2021（4）：83，85.2 周承汉.Google Earth 及 ASTER DEM 数据在非洲地区铁路项目前期中的应用J.数字技术与应用，2022，40（12）：4-6.3 王棋.关于 Google Earth 在测量工作中的应用J.测绘与空间地理信息，2017，40（1）：11
18、3-114.4 卢喜平.基于 Google Earth 的 DEM 数据获取及坡度分析应用J.四川水利，2018，39（5）：100-104.5 张金娣.数字高程模型的建立及应用J.现代测绘，2005（增刊 1）：213-214.作者简介院杨波（1974），男，汉族，云南腾冲人，本科，工程师，主要从事土地收储与出让工作。数值名称实测高程数据GE 高程数据高程误差统计个数1 5261 5261 526最大值/mm197193-14最小值/mm13113816均值/mm158.552 6158.755 70.895 1标准差/mm12.462 211.782 06.082 4表 1 实测高程数据和 GE 高程数据的统计分析误差大小/mm数据个数百分比/%0575749.651059939.31017011.1表 2 误差统计分析低碳技术54
