谷歌对地球数学的准确性了解多少？

相信你可能会关注这个问题，一个从事测绘、地理信息系统开发(GIS)等专题信息系统开发的业内人士，或者更有可能是工作或生活中涉及地理信息、网站地图服务的非专业读者。首先，我为什么关注这个问题？这可能与你的兴趣、你的担忧或你的疑虑有关，如果这样更好。与其他地图网站相比，GoogleEarth有一个优势:可以读取地面上任意一点的三维坐标——经度、纬度和海拔高度，无需用户注册登录和授权数据使用。但是谷歌地球的数学精度如何呢？国内关于精度测试和权威鉴定的报道很少。弄清Google Earth的准确性至少在以下两个方面是有意义的:(1)便于用户了解使用Google Earth的准确性和可靠性。(2)有利于调整和完善网站地图(百度地图、高德地图、天空地图等)的数学精度限制政策。)在中国。国内现有的公共地图网站，有的不提供地理坐标(如百度地图)，有的只提供部分地理坐标(如天空地图只提供平面坐标，不提供高程)。国内地图网站提供三维坐标服务已经不是技术问题。或许提供或不提供坐标信息的原因，大部分是基于规避我国地理信息安全政策限制的考虑(比如我国规定公开地图的定位精度不得高于50米，垂直间隔的定位精度不得低于50米)。本人长期从事测绘工作，做过地图管理岗位。我结合工作中的问题对此做了一些探讨。通过对国内外地图网站的分析比较，以及对地图用户需求和意见的调查分析，我认为如果我们国家创建的地图网站采用过高的数学精度限制，是没有必要的，可能会流失很多潜在用户，会限制国内地图网站的作用。结合工作需要，笔者设计并组织了一次小规模但比较正规的Google Earth数学精度实地测量。当时的目的是提供一个客观的子样本数据来推断Google Earth的准确性，一是为了工作中处理相关事务时的把握，二是为了上级部门的参考。实地测试由甲级测绘单位完成。在方案设计、测试仪器的确定、卫星定位站网的使用、数据处理和统计分析等方面。，完全遵循严格的程序、操作方法和数据处理规则，确保测试数据的真实性和可靠性以及结果分析的客观性。2测试结果首先，测试结果是前面提到要介绍的。大多数读者也最关心测试结果，可以让读者有一个大概的了解。结论根据测试数据的统计分析，从Google Earth读取的点的经度、纬度和海拔高度较高，大部分点的平面和高程中位误差为5m，所有测区的点和高程中位误差均在10m以内。(注:开启Google Earth后，鼠标在地图上移动时，地图下方会动态出现经度、纬度和海拔的值。经度和纬度显示到小数点后两位，即0.01秒，海拔高度显示到整米。为直观起见，精度计算结果中经纬度单位已由度、分、秒换算为米。(3)测试的设计与实施本节后面所列的测试方案的设计思路、现场测试方法、数据分析及相关建议，主要是提供给相关专业人员阅读，相关读者可以据此进一步分析本次测试的科学性和可靠性，或者作为深入研究的参考。3.1探测区域地图1在Google Earth上选择并探测一个勘测区域。分为五个测区，每个测区独立观测统计。其中，测区1和测区2位于同一中等城市的东、西部，属于平坦地区，平均高程在10m以内，在Google Earth上的影像分辨率为1m。3号测区位于远离1测区和2号测区的小城市，地势平坦，平均海拔在10m以内，Google Earth上的影像分辨率为1m。4、5测区位于山区，海拔100m~400m ~ 400 m，Google Earth影像分辨率为2.5m m..五个测区中，最远的两个测区直线距离超过300km。测区的设计和选择主要考虑以下因素和目的:(1)包括不同的地形类别——分析平原、山地和高山地区的地形差异对精度的影响。(2)包含不同的地面影像分辨率——分析Google Earth上卫星影像的分辨率差异对选点精度的影响。(3)包含不同区域——分析是否存在区域偏差。3.2样本数据的提取样本数据直接从Google Earth获取，方法如下:(1)在Google Earth上选点的要求是:①图像清晰；②指向准确；③该点周围地形平坦，无突出地面的建筑物；④便于野外观测(容易到达，容易设站，GPS信号好)；⑤光斑与谷歌地球图像一致。(2)制作检验点样本文件，从Google Earth上截屏，并对视图进行编号；放大点视图图像，读取目标的点坐标(经纬度)和高程。为了便于现场检查，每个点建立两个视图文件，其中一个为现场选择的较小比例；另一种是实地所选点的放大视图，可以在Google Earth上显示图像点的经纬度和高程。图2平点选取图3山点选取3.3野外数据采集(1)所用仪器:双频GPS接收机，型号“Leica1230”。(2)观测方法:通过浙江省连续运行卫星定位综合服务系统提供的网络RTK服务模式的静态观测模式，实地采集经纬度、大地高(均为WGS-84坐标系)，每个点观测两次，符合限差则取平均值。根据浙江省连续运行卫星定位综合服务系统前期测试，观测精度相当于:平面5cm(X/Y分量)，高程10cm。因此，与谷歌地球数据相比，实地测量结果在计算误差时被视为“真值”。为了节省外业检查的工作量，位于山区的39个地面点使用了2008年6-5月实测的1: 10000航测外业影像控制点的成果。具体方法是:调用航空摄影测量控制点影像和实地测得的经纬度和高程，然后在Google Earth网站上读取同一点的经纬度和大地高(WGS-84)，截取视图。4数据处理和精度统计数据处理和精度统计以测区为单位。(1)将检测点的两组经纬度坐标(分别从Google Earth和野外测量获得)转换为Gauschluger平面坐标，计算水平和垂直坐标误差，统计点中值误差。(2)根据测区对比平面坐标和高程(WGS-84)。(3)以实地测试值为“真值”，计算Google Earth的平面坐标和高程误差。(注:对比时发现其中一个位于山区的测区平面中位误差为10.13m，高程中位误差为22.29m，明显高于其他测区。重新调整Google Earth截屏视图和外业测量时拍摄的点位照片(实际是航测外业时拍摄的)后，发现部分点位落在高程转换处或房间角落处，平面误差和高程误差有很大的交互作用。经过分析，剔除了标高转换处或房间转角处的点，增加了一些点进行实地勘测，剔除了少数分析后原因不明的“异常点”。图4 5个测区99个点的精度在高程急剧变化时容易不稳定。精度统计见下表:5测试结果分析(1)Google Earth数学在各个调查区域的精度并不一致。测区3的平面精度和高程精度最高，中位误差小于2m；4号测区平面精度最低，为9.59m；大多数点的平面和高程中值误差为5m。所有测区的点位中误差和高程中误差均在10m以内。(2)地形类别差异对Google Earth数学精度的影响不明显，并不能说明一般航测中平地的精度高于山地。然而，位于斜坡上或海拔急剧变化处的山区测点的精度是不稳定的。原因是在Google Earth的图像处理中使用美国制造的全球DEM来校正投影差，在“山脚平和”或“山脊之上”平面误差和高程误差交织在一起，会导致精度不稳定。(3)当所选点的影像分辨率分别为1m和2.5m时，影像分辨率对Google Earth数学精度的影响不明显。6结论与建议(1)剔除个别异常值后，参与计算的点为99个，有效检测点较多，操作规范，点分布均匀，可作为本区域Google Earth精度检测的样本。(2)受样本数量和地理范围的限制，本次测试仍不足以代表Google Earth在整个中国地区的准确性。需要全面测试Google Earth在全国(东、西、北、南)不同地形类别(平原、丘陵、山地、高原)的精度，做出更加全面客观的评价。(3)如果经过进一步的严格论证，Google Earth或其他国际网站的地图在我国确实达到了10米左右的精度，那么我国现有的公开地图位置精度不得高于50米、垂直间隔不得小于50米的规定应及时调整，将精度提高到与Google Earth的精度相对应的水平。(4)本文对研究我国地理信息安全政策的完善具有一定的借鉴意义。感谢胡正伟、苏丽倩、冯立涛、万飞等同志参与本次测试工作。感谢胡正伟同志帮助作者完成数据统计！