揭秘谷歌地球如何看透地球 能為我們做什麼(圖)

2020-11-30 搜狐網

  「Google地球」,有人把它稱為網上地球儀,有人說它讓我們換個姿勢看地球,還有無數的網迷利用這款軟體尋找著樂趣。無論怎樣,不得不承認,它的確改變了傳統意義上的地圖概念。地圖不再是抽象的某某路、某某街,取而代之的是一個個實景拍攝的圖像。

  就在人們為Google的神奇驚喜不已的時候,最近,有消息傳出,國內的專家早已開始打造中國版的Google地球,甚至南京版的Google地球也呼之欲出。這些各式各樣的立體地圖,將呈現給人類一個怎樣的地球?而它們又是如何製作的?

自由女神像實景

衛星拍攝的自由女神像

  2008奧運會之前,有一顆衛星專盯北京

  谷歌地球沒用過?那就太遺憾了,但還不晚。從網上免費下載這個軟體,找到中國、找到江蘇、找到南京,隨著滑鼠的點擊,畫面反覆推進、放大,越來越清晰,這裡是新街口,那裡是奧體中心,綠化樹都能看得一清二楚,仿佛在高空幾百米的地方鳥瞰南京。從2005年6月開始,這款全新的「地球」,讓人換個姿態看世界,「仿佛有一種真實的肌肉力量美」,有網友如此評價。

  不過,這些影像資料是從哪弄來的,它們是真實的,還是模擬的?帶著這些問題,記者採訪了谷歌中國產品經理林裕寬。

  林裕寬告訴記者,谷歌地球是把衛星照片、航空照相和地理信息系統(GIS)布置在一個地球的三維模型上。用戶們可以通過一個下載到自己電腦上的客戶端軟體,免費瀏覽全球各地的高清晰度衛星圖片。很多人都以為這麼龐大的地球影像資料是谷歌自己的衛星所拍,但實際上谷歌地球並沒有自己的衛星,林裕寬說,「谷歌地球所有的資料都是在公開市場上購買的,也就是用別人的衛星資料和航拍資料。」其中,衛星影像部分來自美國商業衛星公司,航拍部分的來源有BlueSky公司、美國農業部、美國地質勘測機構等政府、民間組織。

  由於是購買不同公司的資料,所以就存在「時間差」的問題。林裕寬說,很多人都抱怨有的地區資料比較陳舊,確實存在這個問題,各個地區的影像資料不是同一個時間段的,比如中非和南美洲荒蕪地區,速度更新往往比較慢。但是,林裕寬說,新聞報導關注的熱點地區,那裡的地圖更新速度往往非常快,歐洲和亞洲都屬於熱點地區。比如,北京奧運會之前,Google就特別要求衛星公司專門調動一顆衛星,將奧運會舉辦的重點城市北京、上海等地全部拍攝下來,所以,當時鳥巢等標誌性建築都可以在谷歌地球上發現。

  江蘇省測繪局的李明巨總工程師也證實了林裕寬的說法:「記得Google地球剛出來的時候,我就曾經在上面搜索過,很驚訝地發現雙子塔已經看不到。再比如發生戰爭的地帶,如加沙等地,更新速度會很快,而在沙漠地區,那裡的圖片也許三四年都不會有更新。」  

衛星是怎樣拍攝地球的

  那麼,完成一次環球拍攝任務,大概需要多長時間?在距離地面遙遠的高空,衛星又是憑什麼本領「看」清地面的?

  關於這個問題,李明巨透露說,衛星的拍攝速度非常快,一顆衛星平均3-7天就可以完成對整個地球的拍攝任務。從衛星來說,離地面300公裡的是低軌衛星,300-1000公裡的是中軌衛星,而高軌衛星則為離地面3.6萬公裡,這三種衛星都可以拍攝照片。低軌衛星清晰度當然更高。李明巨還透露說,「衛星地圖大多數是來自低軌衛星拍攝,因為清晰度更高。」這一點也得到谷歌公司的確認,林裕寬介紹說,當然,遇到有雲彩的日子,衛星也同樣看不到地面,這就需要拼接一些不同時期拍攝的圖片。

  若問離地那麼遠的衛星如何拍攝到如此高清晰度的照片,其中的原理就比較複雜了。李明巨說,現代科技完全能夠做到這一點,甚至比我們想像的清晰度還要高。衛星拍照方式專業稱CCD技術,CCD在攝像機裡是一個極其重要的部件,類似於人的眼睛,因此其性能的好壞將直接影響到攝像機的性能。

  CCD能把光線轉變成電荷,再轉換成數位訊號,經過壓縮由相機內部的閃速存儲器或內置硬碟卡保存,因而可以輕而易舉地把數據傳輸給地面的計算機,並藉助於計算機的處理手段,根據需要和想像來修改圖像。這種技術早已經運用到我國其他科技探索項目中,比如我們的繞月探測工程,就是用這個方式來給月球拍照片。

  說來有趣,這個相機其實有兩種拍攝方式,一種是「塊式拼湊」法,比如衛星高空過南京,在衛星的「眼」中,南京由很多矩形組成,這個矩形可不小,一塊往往就有121個平方公裡,衛星眼一塊一塊拍,拍完後將所有的圖片拼起來就成了一張完整的影像圖了。還有一種方式是「線式掃描」,還是拿南京舉例,此時在衛星眼裡,南京是由無數條虛擬的平行線構成的,一條線的長度可達幾十公裡,隨著衛星眼的移動,拍攝線就從南京的東頭「推」到西頭,然後將數據處理,就成了一張完整地圖。

  要問谷歌地球總共用了多少數據資料,李明巨笑著告訴記者:「海量,這就是谷歌地球的數據量。」實際上,谷歌地球的數據來源絕不僅僅只是一顆衛星的傑作。  

紐約清晰度最高,能看清報紙上的字嗎?

  對於許多玩家來說,很容易就能發現谷歌衛星地圖裡各地的清晰度並不是完全一樣。「紐約等美國城市的解析度應該是最高的,解析度大約為0.6米」,林裕寬告訴記者。0.6米是什麼概念呢?就是說0.6米乘以0.6米那麼大面積,在地圖上反映出來就是一個點,這是能看到的極限面積了,也就是說,通過谷歌地球,在紐約能看到報紙那麼大的物體,如果再放大,畫面上就是模糊的馬賽克,什麼也看不清了。

  讓許多玩家更為羨慕的是,紐約等大城市的衛星地圖已經進入更高「境界」了——當地的地圖裡已經糅合了3D技術。所謂3D就是將高層數據以及表面數據結合在一起,人們看到的實際是兩張地圖疊加在一起的效果,讓人有身臨其境的感覺,因為看到的高樓大廈都有很強的立體感,視覺衝擊感更為震撼。

  李明巨接受採訪時,就點開了紐約華爾街,在立體地圖裡,高低錯落的繁華世界極具視覺衝擊。快速點擊時,隨著畫面的推進,觀賞者就像一隻自由馳騁的鳥,在高樓裡穿梭,飛來飛去。

  再看美國標誌性建築——自由女神像,可以從上看到下,從前看到後,比到那裡旅遊還要感覺真切。「有人說能看到報紙上的字,我覺得這有點誇張了」,李明巨告訴記者,不排除美國有軍事衛星確實能做到這一點,但是從免費提供下載的谷歌地球來看,紐約等大城市的解析度已經最高了,尚且做不到這點,更別說其他地區了。  

Google地球有免費和收費兩種

  李明巨說,相比國外大城市而言,南京等國內城市的清晰度就差了很多。林裕寬告訴記者,中國城市,例如南京解析度只有2-2.5米左右。

  「不是我們不想清晰,現有的圖像只能達到這一步」,谷歌地球專家證實說,清晰度的好壞與原始資料有著很大的關係。紐約曼哈頓的清晰度為0.6米,而南京大約2-2.5米,所以看起來不是那麼清晰,正如上面所說,這並不是谷歌公司所能決定的。有的商業公司往往會將最先進的技術運用到美國等城市,因為這樣拍攝出來的照片不僅可以提供給谷歌,還可以提供給其他需要者,利潤會達到最大化。不過,林裕寬透露,好消息是,最新南京、蘇州的衛星地圖資料已經在醞釀大幅度更新,南京市民將會看到比以前清晰得多的照片。

  「現在"谷歌地球"雖然有免費和收費兩種,但是兩種地圖的完整性和清晰度都是一樣的,只不過針對特殊的企業,比如石油探測等等,我們會提供局部地區的增強版,比如會做成視頻等等。」林裕寬解釋說。  

南京版的Google地球,能看清地上的籃球

  近幾年來,伴隨著Google地球的火爆,中國測繪科學院也在緊鑼密鼓地打造中國版的「谷歌地球」,這就是「影像中國」軟體。專家介紹,雖然我們使用的衛星數據沒有「谷歌地球」的解析度高,但是,「影像中國」的優勢在於我們大量使用了航拍圖像,這些航拍圖像的解析度是衛星圖像無法比擬的。比如山西的太原市市區,就是用航拍飛機拍攝的圖像,解析度可以達到0.08米,你能夠看到市區住宅樓的臺階,比「谷歌地球」的解析度更高。

  李明巨告訴記者,中國測繪50年來也發生著翻天覆地的變化。上個世紀50年代,江蘇全省的地圖都是靠測繪人員兩個肩膀扛著儀器,一筆一畫量出來的,沒有一兩年,一張地圖是做不下來的。到了80年代,航空攝影開始成主流,但是當時採用的仍然是老式光學機械儀器,一臺儀器就佔滿了20平方米的屋子,一個星期也只能測幾平方公裡,效率不高。到了90年代中期,計算機開始進入測繪領域,飛機掃描的圖片可以在計算機裡看到,效率提高了2-3倍。近幾年來,測繪技術的提高主要是信息化處理的速度,將來中國也準備發射自己的測繪衛星,那前景就更為廣闊了。

  李明巨透露說,其實從去年開始,他們已著手研究類似於「谷歌地球」的紐約版,已經製作了南京夫子廟、中山陵的3D立體圖像,所有的資料都是來自航拍,清晰度達到了0.2米,地上一個籃球都能看得很清楚。這個地圖繪製後,將成為今後「虛擬旅遊」發展的重要資料,不過暫時還沒有對外公開。

  李明巨認為,Google定期提供免費衛星影像,這是一種「戰略」,有一定商業噱頭。目前,不止Google一家公司提供衛星地圖,微軟也在做類似的虛擬地圖,功能也差不多,但它的數據完整性不如Google。中國也在做類似於Google的初級產品,比如武漢一所大學旗下的一家公司就在做,並掌握了初級數據。  

未來的谷歌地球,會帶我們去火星旅行嗎?

  不管怎樣,Google也注意到了中國國內的動向,因此,他們的技術也在不斷更新,最新的5.0版本推出時,已經讓人大為吃驚了。

  在最新版本的谷歌地球中,谷歌公司提供了大量的歷史影像。谷歌公司中國區宣傳人員告訴記者:「我們認為正在做的這項工作令人興奮,我們增加了一些很迷人的影像,例如19世紀40年代的舊金山,或者50年代的拉斯維加斯。我們還增加了美國從19世紀80年代到90年代的全國範圍的歷史數據。」

  原來的谷歌地球雖然有谷歌海洋,但一直只有大塊的藍色的廣闊區域代表海洋,還有一些低解析度的陰影代表海水的深度,讓人看得索然無味。但從5.0開始,谷歌地球將擁有一個詳細得多的海洋探測地圖(海床)。專家告訴記者:「這樣你就可以躍入海水,考察用3D圖像模擬的海底的角落和縫隙。當你進入谷歌海洋,你還可以看到數以千計的關於海洋生物的視頻和圖片,最佳衝浪景點的詳細資料,真實的航海探險的記錄日誌,以及更多的數據和資料。」

  林裕寬稱,「我們的目的就是讓人們了解這個地球,了解現在,甚至有可能是將來,還將擴展到地球以外的地區,例如,現在我們已經擴展到火星了。」至於未來的谷歌會是什麼樣?林裕寬告訴記者:「毫無疑問,那將會更加方便,甚至也許無需下載就能直接玩起來,清晰度也會進一步提高。」

  至於Google地球怎麼玩,記者在隨後的調查中更是大吃一驚,因為,有不少人在玩的同時,也利用Google地球為自己幹了不少實事。這些聰明的玩家分布在全球各地,有的就在咱們南京。(鍾曉敏劉峻) (來源:現代快報)

(責任編輯:羅園)

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