基于Google Earth的卫星图矢量化实现地理信息系统的数据采集

摘要：介绍了在地理信息系统开发阶段通过使用Google Earth软件进行源数据采集的方法，解决在地理信息获取困难的问题。以湖北理工学院建设数字化校园地理信息系统为背景，使用Google Earth遥感卫星图的矢量化和格式转换的方法，获取校园地理特征，为校园地理信息系统提供基础数据，为地理信息系统开发人员获取地理数据提供新的思路。

关键词：地理信息系统；Google Earth；ArcGIS；数据转换

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：16727800（2012）009016802

1系统设计

1.1方案介绍

此次系统开发以ESRI ArcGIS为平台，包含了ArcSDE 、ArcMap、ArcGIS Server等一系列ArcGIS软件。系统由空间数据库管理和存储数据，ArcMap提供制图和空间数据浏览等功能，ArcGIS Server提供空间数据的和功能集成。

1.2空间数据库的建立

空间数据库是地理信息系统存放空间数据的仓库。作为GIS系统的核心，空间数据库能够存储和管理空间数据。在地理信息系统中使用空间数据库技术目的是解决空间数据对象中几何属性在关系数据库中的存取问题，其主要任务是使用关系数据库存储管理空间数据，建立并管理空间数据进出数据库的通道。系统使用的是SQL Server数据库和ArcSDE空间数据库引擎。SQL Server负责存储和组织空间数据，ArcSDE负责数据库与系统其它模块间数据的传输和转换。

ArcGIS支持多种流行的关系数据库管理系统作为GIS的空间数据库系统，这里以SQL Server和ArcSDE为例说明空间数据库及数据库引擎的建立方法。

（1）安装SQL Server数据库管理系统。ArcGIS支持SQL Server作为空间数据库的数据库系统，这里安装SQL Server的方法与开发普通信息管理系统的数据库安装方法无异。需要注意的是安装过程中需要保管好用户的密码等信息，安装完成后需要配置SQL Server服务和连接的应用配置器，启用数据库的远程连接功能，确保ArcSDE可以正常连接。

（2）安装ArcSDE空间数据库引擎。ArcSDE是ArcGIS系统中的重要部分，是ArcGIS与关系数据库之间的通道。在存储空间数据的时候，ArcSDE将空间数据转换为数据库可以识别并存储的数据结构；读取空间数据的时候ArcSDE将数据库中的数据转换为ArcGIS可以识别和处理的数据。安装和配置ArcSDE的过程比较简单，只需要在安装过程中指定数据库的连接并设置空间数据库的名称和连接用户即可。

2数据采集

空间数据是用于描述有关空间实体的位置、形状和相互关系的数据，以坐标和拓扑关系的形式存储。空间数据是地理信息系统的基础，如果没有可靠的空间数据，地理信息系统也就失去了意义。

地理信息系统数据采集，是指将非数字化形式的各种信息通过某种方法数字化，并经过编辑处理，变为系统可以存储管理和分析的形式。空间数据可以通过已有地图、实测数据、遥感影像数据等途径获取。湖北理工学院近年来发展迅速，已有的地图过于陈旧，已无法真实展现校园目前的建设成果。进行实际测量需要大量人力物力，在短期内无法完成。所以，遥感影像数据成为此次系统建设的主要数据来源。

数据采集的流程可以分为以下步骤：①使用勾绘的方式将卫星图中的地理要素在图中用矢量图形标出；②将矢量图形输出为KML格式数据文件，实现栅格卫星图像矢量化；③将KML转换为ArcGIS图层文件，并在ArcMap中将图形导入相应图层；④对图层中的图形进行修整，并根据其它测量数据对图形进行校正；⑤将数据保存至空间数据库。

2.1图像矢量化

Google Earth简称GE，是一款Google公司开发的虚拟地球仪软件，它把卫星照片、航空照片布置在一个地球的三维模型上，供全世界地理爱好者免费浏览。该软件所提供的卫星图片可以作为校园GIS系统的数据来源。

下载并安装Google Earth后即可进行卫星地图的浏览和矢量化操作，这里以采集湖北理工学院校园内道路信息为例说明操作步骤：

（1）打开Google Earth，通过搜索功能或地图漫游功能将地图定位至湖北理工学院。

（2）点击软件上方工具栏中的“添加多边形”按钮，此时会进入多边形绘制模式，可以根据实际情况修改多变形的名称，比如这里我们将多边形命名为“道路”。这时可以根据道路的轮廓线，使用多边形将道路绘制在地图上。通过鼠标可以任意改变多边形的形状，使多边形尽量与实际道路的形状相吻合，如图1所示，黄色区域为使用多边形工具绘制的形状。

KML文件使用顶点记录和描述多边形，每个顶点包含经度、纬度、垂直高度。坐标使用WGS1984坐标系统，这是一种在世界范围被广泛采用的位置表示方法，也是GPS设备所使用的坐标系统。这种标准的数据可以方便地导入到GIS系统中，可也与地面精确测量所得到的数据进行比对和修正。

2.2格式转换与导入

ArcMap并不能直接接收KML文件作为数据来源，必须对KML文件进行转换后才能在ArcMap进行查看和编辑。转换并在ArcMap中导入图形的方法如下：

（1）运行ArcMap，在Catalog中建立空间数据库的连接并连接到空间数据库，根据系统设计建立图层。例如，在校园GIS系统中，将所有的道路图形都绘制在同一图层中。在Geoprocessing菜单中打开ArcToolbox，选择Conversion Tools中的KML To Layer工具，指定导入KML文件的路径，点击确定按钮即可实现KML文件到ArcMap图层文件的转换。

（2）转换完成后，ArcMap会建立一个新的图层文件存放转换结果。将这个图层中的图形粘贴到目标图层中，即实现了KML文件到ArcGIS矢量图形的转换，如图2所示。

2.3图形修整和加工

由于矢量图形来源于卫星地图，受到天气与拍摄角度等因素影响，与地理实际位置仍存在较大误差，为了提高数据精确度，还需要对图形进行修整和加工。在本次系统开发中，采用GPS手持定位仪进行物标的精确定位，将导入的图形根据GPS测量结果进行比对和修正。

专业GPS测量仪可以在某一点测得精确的经纬度坐标信息，误差在0.8～1.5m范围内。对于道路面图形，我们在道路边缘每隔50m进行一次定点测量，对于建筑物图形，选择在建筑物顶点位置进行定点测量，并将结果导入ArcMap。根据GPS测量点调整导入图形的形状和位置使得图形位置更加精确，最大程度地保持空间数据库中数据的完整和准确。

经过质量检查，数据就可以提交至空间数据库进行保存。在后续的系统开发和测试中，将会使用这些数据作为地图资料和查询依据。

3结语

在开发小型地理信息系统的过程中，通过对Google Earth卫星遥感图像的矢量化和转换，可以得到较为精确的矢量化空间数据，为系统的设计与开发提供了基本资料。在此基础之上，可以通过其它途径获取更为精确的地理数据，逐步更新替换原有空间数据库中误差较大的数据。这种开发方式既可以使系统快速达到可用状态，为系统测试提供数据，也可以降低系统的开发成本，缩短开发周期。

参考文献：

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