谷歌地球數(shù)學(xué)精度知多少

1、谷歌地球數(shù)學(xué)精度知多少1前言非常感謝您打開這則微信！我相信您可能是關(guān)心 這個問題的有關(guān)人士，從事測繪、地理信息系統(tǒng)開發(fā)（GIS ） 和其他專題信息系統(tǒng)開發(fā)的業(yè)內(nèi)人士，或者更有可能是在工 作或生活中涉及地理信息和網(wǎng)站地圖服務(wù)的非本專業(yè)讀者。 首先說說我為什么關(guān)注這個問題？這也許與您的興趣、您的 關(guān)注或者心中的疑問有點(diǎn)關(guān)系，如果這樣更好。谷歌地球（Google Earth ,下同）相較于其他地圖網(wǎng)站功能的一個優(yōu) 點(diǎn)是：能夠讀取地面任一點(diǎn)的三維坐標(biāo)一一經(jīng)度、緯度和海 拔高，不需要用戶注冊登錄和數(shù)據(jù)使用許可授權(quán)。但是谷歌 地球的數(shù)學(xué)精度究竟達(dá)到多少？在國內(nèi)少見精度檢測和權(quán) 威認(rèn)定的報(bào)道。而弄清楚谷歌地

2、球的精度至少在以下兩個方 面是有意義的：（1）便于用戶對使用谷歌地球精度和可靠性 的了解。（2）有利于調(diào)整和完善我國網(wǎng)站地圖（百度地圖、 高德地圖、天地圖等）數(shù)學(xué)精度限制政策。我國現(xiàn)有公共地 圖網(wǎng)站有的不提供地理坐標(biāo)（如百度地圖），有的只提供部分地理坐標(biāo)（如天地圖只提供平面坐標(biāo)，不提供高程） 。我 國地圖網(wǎng)站提供三維坐標(biāo)服務(wù)，在技術(shù)上已不是問題，提供、不提供或部分提供坐標(biāo)信息，可能大部分原因是基于規(guī)避我 國地理信息保密政策限制的考慮（如我國規(guī)定：公開地圖位 置精度不得高于50米，等高距不得小于 50米）。我長期從事測繪工作，曾在地圖管理崗位任職，結(jié)合工作中的問題對 此作過一些探討。經(jīng)對國內(nèi)外地

3、圖網(wǎng)站的分析比較，以及對 地圖用戶需求和意見的調(diào)研分析，我認(rèn)為：如果我國自己創(chuàng) 建的地圖網(wǎng)站采取過高的數(shù)學(xué)精度限制，一是沒有必要，二 是可能失去很多潛在用戶，會限制國產(chǎn)地圖網(wǎng)站發(fā)揮作用。 結(jié)合工作需要，筆者曾設(shè)計(jì)、組織了一次規(guī)模不大，但是較 為正規(guī)的谷歌地球數(shù)學(xué)精度外業(yè)實(shí)測。當(dāng)時的目的，是提供 一個客觀的子樣數(shù)據(jù)來推測谷歌地球的精度，一是供在工作 中處理有關(guān)事務(wù)時把握，二是提供上級主管部門參考。野外 測試工作由甲級測繪單位完成，在方案設(shè)計(jì)、測試儀器的鑒 定、衛(wèi)星定位站網(wǎng)使用、數(shù)據(jù)的處理和統(tǒng)計(jì)分析等方面，完 全按照嚴(yán)格的程序、操作方法和數(shù)據(jù)處理規(guī)則，確保檢測數(shù) 據(jù)的真實(shí)、可靠，結(jié)果分析客觀。2測

4、試結(jié)果首先把測試結(jié)果提到前面來介紹。測試結(jié)果絕大部分讀者也最為關(guān)心，可 提供讀者作為一般性了解。結(jié)論根據(jù)本次檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分 析，從谷歌地球讀取所求點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、海拔高，大多數(shù) 點(diǎn)的平面中誤差和高程中誤差為土5m,所有測區(qū)點(diǎn)位中誤差和高程中誤差均在土 10nmz內(nèi)。（注：打開谷歌地球，鼠標(biāo)在 地圖上移動時，地圖下方會動態(tài)地由現(xiàn)經(jīng)度、緯度和海拔高的數(shù)值。經(jīng)度、緯度顯示至小數(shù)點(diǎn)后兩位，即 0.01秒，海拔 高顯示至整米。為直觀起見，精度計(jì)算結(jié)果中已將經(jīng)度、緯度單位由度分秒統(tǒng)一換算至米。）3檢測的設(shè)計(jì)和實(shí)施本節(jié)之后所列的測試方案設(shè)計(jì)思想、野外檢測方法、數(shù)據(jù)整理分析 和有關(guān)建議等，主要提供給有關(guān)專業(yè)

5、人士閱讀，有關(guān)讀者可 以據(jù)此進(jìn)一步分析本測試的科學(xué)性和可靠性，或者作為深入 研究時的參考。3.1檢測區(qū)域 圖1在谷歌地球上進(jìn)行更測區(qū)選點(diǎn)檢測分5個測區(qū)，每個測區(qū)作獨(dú)立觀測和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。 其中，測區(qū)1和測區(qū)2位于同一中型城市的東部和西部，屬 平坦區(qū)域，平均高程在10m以內(nèi)，谷歌地球上的影像分辨率 為1m。測區(qū)3位于與距離測區(qū)1、測區(qū)2較遠(yuǎn)的小型城市， 地勢平坦，平均高程在10m以內(nèi)，谷歌地球上的影像分辨率 為1m。測區(qū)4和測區(qū)5位于山區(qū)，高程在100m400m之 間，谷歌地球上的影像分辨率為2.5m o 5個測區(qū)中，相距最遠(yuǎn)的兩個測區(qū)直線距離超過 300km o測區(qū)的設(shè)計(jì)和選取主要 考慮到以下因素

6、和目的：（1）包含不同的地形類別一一以分 析平地、山地、高山地地形差異對精度的影響。（2）包含不同的地面影像分辨率一一以分析谷歌地球上藉以選點(diǎn)的衛(wèi)星影像分辨率差異對精度的影響。（3）包含不同的區(qū)域一一以分析是否存在區(qū)域性偏差。3.2樣本數(shù)據(jù)的提取樣本數(shù)據(jù)從谷歌地球上直接獲取，方法如下：（1）在谷歌地球上選點(diǎn)點(diǎn)位要求為：影像清晰；指向精準(zhǔn)；點(diǎn)位周圍地勢 平坦，無突生地面的建筑物；易于外業(yè)觀測（易到達(dá)、易 設(shè)站、GPS信號好）；點(diǎn)位實(shí)地與谷歌地球影像一致。（2） 制作檢測點(diǎn)樣本文件從谷歌地球上截屏獲取點(diǎn)位影像視圖,對視圖進(jìn)行編號；放大點(diǎn)位視圖影像，讀取目標(biāo)的點(diǎn)位坐標(biāo) （經(jīng)緯度）和高程。為方便外業(yè)檢

7、測，每點(diǎn)建立兩張視圖文件，一張為較小比例尺的，供外業(yè)在實(shí)地選點(diǎn)時用；另一張 是外業(yè)所選點(diǎn)位的放大視圖，能顯示谷歌地球上影像點(diǎn)的經(jīng) 緯度和高程。圖2平地點(diǎn)位選點(diǎn) 圖3山地點(diǎn)位選點(diǎn)3.3外業(yè)數(shù)據(jù)采集（1）使用儀器：雙頻 GPS接收機(jī)，型號為“Leica1230 （ 2）觀測方法：通過浙江省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位 綜合服務(wù)系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò) RTK服務(wù)模式靜態(tài)觀測方式，外 業(yè)采集經(jīng)度、緯度和大地高（均為 WGS-84坐標(biāo)系），每點(diǎn) 觀測兩次，符合限差的取平均數(shù)。根據(jù)以往浙江省連續(xù)運(yùn)行 衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)的測試，本次觀測精度相當(dāng)于：平面 5cm （X/Y分量），高程10cm。故相對于谷歌地球數(shù)據(jù)，在 計(jì)算中誤

8、差時將本次外業(yè)實(shí)測成果視作“真值”。為了節(jié)省外業(yè)檢測工作量，位于山區(qū)的39個地面點(diǎn)，利用了 2008年1月至5月施測的1:10 000航測外業(yè)像控點(diǎn)成果。 具體方法是：調(diào)用航測像控點(diǎn)位影像和外業(yè)實(shí)測經(jīng)緯度與高 程，然后在谷歌地球網(wǎng)站上讀取同名點(diǎn)位的經(jīng)度、緯度和大 地高（WGS-84 ）,并截取視圖。4數(shù)據(jù)處理和精度統(tǒng)計(jì) 數(shù) 據(jù)處理和精度統(tǒng)計(jì)以測區(qū)為單元。（1）將檢測點(diǎn)的兩組經(jīng)緯度坐標(biāo)（分別從谷歌地球和外業(yè)實(shí)測獲?。┺D(zhuǎn)換為高斯克呂 格平面坐標(biāo)計(jì)算橫縱坐標(biāo)誤差和統(tǒng)計(jì)點(diǎn)位中誤差。（2）按測區(qū)進(jìn)行平面坐標(biāo)和高程（WGS-84 ）比對。（3）以外業(yè)檢測值作為“真值”計(jì)算谷歌地球的平面坐標(biāo)、高程之中誤差。

9、（注： 在比對過程中，發(fā)現(xiàn)其中一個位于山區(qū)的測區(qū)，谷歌地球的平面中誤差高達(dá) 10.13m,高程中誤差高達(dá) 22.29m,誤差 明顯高于其他其他測區(qū)。經(jīng)重新調(diào)看谷歌地球截屏視圖和外業(yè)實(shí)測時所拍攝的點(diǎn)位照片（航測外業(yè)作業(yè)時實(shí)拍），發(fā)現(xiàn)其中一些點(diǎn)位落在高程變換處或房角處，平面誤差和高程誤 差交互影響較大。經(jīng)分析后剔除了高程變換處或房角處的點(diǎn)， 增選了部分點(diǎn)進(jìn)行外業(yè)復(fù)測，對極個別經(jīng)分析后仍不明原因 的“異常點(diǎn)”進(jìn)行了剔除。）圖4高程急劇變換處精度容易不 穩(wěn)定5個測區(qū)99個點(diǎn)的精度統(tǒng)計(jì)見下表：5檢測結(jié)果分析（1）各測區(qū)內(nèi)的谷歌地球數(shù)學(xué)精度并不一致。測區(qū)3的平面精度和高程精度最高，中誤差小于土2m；測區(qū)4

10、的平面精度最低，達(dá)士 9.59m；大多數(shù)點(diǎn)的平面中誤差和高 程中誤差為 5nl所有測區(qū)點(diǎn)位中誤差和高程中誤差均在 10m以內(nèi)。（2）地形類別差異對谷歌地球數(shù)學(xué)精度的影響 并不明顯，并未顯現(xiàn)一般航測中平地精度高于山地精度的情 況。但山地測區(qū)位于斜坡上或高程急劇變換處的點(diǎn)精度不穩(wěn) 定。分析原因認(rèn)為：谷歌地球的影像處理采用了美國制作的 全球DEM進(jìn)行投影差改正，在“山腳和平地交接”或者“坎上 坎下”處，平面誤差與高程誤差相互交織，會導(dǎo)致精度不穩(wěn)定。（3）當(dāng)作為選點(diǎn)點(diǎn)位的影像分辨率分別為1m和2.5m時，影像分辨率的高低對谷歌地球數(shù)學(xué)精度的影響并不明顯。結(jié)論和建議（1）經(jīng)剔除個別異常值后參加計(jì)算的點(diǎn)為99點(diǎn),有效檢測點(diǎn)數(shù)較多，且作業(yè)規(guī)范、點(diǎn)位分布均勻，可以作為谷歌地球在本地區(qū)精度檢測的一個樣本。（2）受樣本的數(shù)量大小和地域范圍的限制，本檢測仍不足于代表谷歌地球在整 個中國地區(qū)的精度，有必要在全國范圍（東西南北中）選擇 不同地形類別（平原、丘陵、山區(qū)、高原）全面測試谷歌地 球的精度，作由更加全面和客觀的評價。（3）如經(jīng)過進(jìn)一步的嚴(yán)密論證，谷歌地球或其他國際網(wǎng)站地圖在