郭建濤

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院;2.北黑高速公路J6監(jiān)理辦)

淺議GOOGLE EARTH在公路工程中的應(yīng)用

郭建濤1，2

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院;2.北黑高速公路J6監(jiān)理辦)

在對(duì)GOOGLE EARTH進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹及關(guān)鍵技術(shù)分析，并提出GOOGLE EARTH在公路工程中應(yīng)用。

公路工程;GOOGLE EARTH;GIS;二次開發(fā)

1 GOOGLE EARTH簡(jiǎn)介

GOOGLE EARTH(簡(jiǎn)稱GE)是一款由GOOGLE公司開發(fā)的虛擬地球軟件，它把衛(wèi)星影像，航空照片，三維地面模型等GIS信息布置在一個(gè)地球的三維模型上，供人們?yōu)g覽使用，是目前較熟門的大眾化的地理信息系統(tǒng)。GOOGLE EARTH有FREE版，PLUS版，PRO版和企業(yè)版等多個(gè)版本。其中GOOGLE EARTH FREE版和企業(yè)版等多個(gè)版本，其中GOOGLE EARTH版可以從網(wǎng)上免費(fèi)下載使用，各個(gè)版本之間的差異主要體現(xiàn)在功能上的不同，客戶端顯示的衛(wèi)星影像等資料是一樣的。

目前，對(duì)GOOGLE EARTH的研究越來越多，但大多限于大眾化的消遣，對(duì)于GOOGLE EARTH在公路行業(yè)的應(yīng)用前景，目前還缺乏深入的研究，GOOGLE EARTH本身擁有全球范圍的衛(wèi)生影像圖和三維地形數(shù)據(jù)，可以通過KML文件導(dǎo)入用戶定制的數(shù)據(jù)，軟件提供了編程接口，可供開發(fā)人員進(jìn)行二次開發(fā)，這些都為該軟件在公路行業(yè)的應(yīng)用提供了很好的基礎(chǔ)。GOOGLE EARTH的應(yīng)用開展模式如圖1所示。

圖1 GOOGLE EARTH的應(yīng)用開展模式

2 GOOGLE EARTH在公路工程中的應(yīng)用

(1)基于衛(wèi)星影像的公路選線

經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的公路選線，村鎮(zhèn)，開發(fā)區(qū)，路網(wǎng)等是主要控制因素，從測(cè)繪部門收集的地形圖資料，大多是20年前的產(chǎn)品，與現(xiàn)狀有較大的出入，往往給公路選線帶來很大的困難。

GOOGLE EARTH擁有全球范圍的衛(wèi)星影像，大中城市區(qū)域內(nèi)還有高清晰影像，目前仍在不斷更新，在鄉(xiāng)村區(qū)域GOOGLE EARTH影像的分辯率大約在10～30 m，對(duì)水系反映得十分清楚，村莊基本上能分辨出來，特別是成片的工廠，開發(fā)區(qū)很清晰，一般二級(jí)以上的公路可分辯，水泥路面與周圍植被對(duì)比明顯，在衛(wèi)片上要更清晰一些，三級(jí)路也能顯示出來，大中城市的高清影像的分辯率達(dá)到0.6 m，一般可以盾出公路上的標(biāo)線，所反映的地物信息在某些方面比1∶2 000的地形圖更清晰，這些衛(wèi)星影像都是幾年拍攝的，比地形圖更能反映區(qū)域現(xiàn)狀，適用于公路選線。

(2)基于數(shù)字地面模型的公路選線

山區(qū)高速公路選線時(shí)，地形是路線方案的主要控制因素。雖然數(shù)字地面模型在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已經(jīng)很普遍，但在公路的前期工作中，一直缺少數(shù)字地面模型，大多還是利用地形圖選線，在GOOGLE EARTH中有全球范圍的三維地形數(shù)據(jù)，提取后，可以應(yīng)用于公路選線工作中。

關(guān)鍵技術(shù)需利用GOOGLE EARTH的API接口通過編程實(shí)現(xiàn)，第一步是控制GOOGLE EARTH以便自動(dòng)下載區(qū)域內(nèi)的高程數(shù)據(jù)，第二步是利用API中查詢點(diǎn)的三維坐標(biāo)的功能，按一定的距離，獲取區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的高程，存入文本文件，第三步是將提取的高程數(shù)據(jù)，采用專業(yè)軟件建立三維數(shù)字地面模型，然后用于選線研究。

經(jīng)研究，不同區(qū)域內(nèi)GOOGLE EARTH中三維地形數(shù)據(jù)的精度是不同的，其中美國境內(nèi)精度最高，點(diǎn)間距的為10 m，采用矩陣模型，基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的精度，其他區(qū)域點(diǎn)間距為50～150 m，大多數(shù)采用三角網(wǎng)模型，可以用于公路選線，在提取這些數(shù)據(jù)時(shí)，將瀏覽高度設(shè)置為1 000～2 000 m就可以達(dá)到上述精度。

(3)公路建設(shè)方案的三維虛擬演示

傳統(tǒng)的公路設(shè)計(jì)，均是采用三維圖紙表達(dá)三維方案，對(duì)建成后的工程實(shí)際情況的理解，只能是綜合不同投影面的二維圖信息，在大腦中形成一個(gè)三維的公路模型，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，也有將公路三維模型制作成視頻動(dòng)畫，或開發(fā)專門的三維演示軟件進(jìn)行工程方案的演示，雖然這些方法改變了二維圖的三維表現(xiàn)能力，但工作量大，交互性難以滿足要求，特別是對(duì)周邊環(huán)境的表達(dá)有限，其應(yīng)用難以得到普及。

(4)公路三維信息管理系統(tǒng)

GOOGLE EARTH本身是一個(gè)GIS系統(tǒng)，而且其中已包含了全球范圍的衛(wèi)星影像圖和三維地形數(shù)據(jù)，以及公路網(wǎng)、鐵路網(wǎng)、機(jī)場(chǎng)等大量信息，基于這個(gè)思路，可以利用GOOGLE EARTH作為平臺(tái)，經(jīng)擴(kuò)展后，作為三維公路信息管理系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。

該系統(tǒng)主要的功能是利用公路及其他相關(guān)的地理數(shù)據(jù)，擴(kuò)充GOOGLE EARTH的內(nèi)容，并通過ATI編程，擴(kuò)展其功能，由于GOOGLE EARTH是一款基于虛擬地球的GIS軟件，具有通用性，利用它作為平臺(tái)建立的GIS系統(tǒng)具有兩大主要優(yōu)勢(shì)，一是不同區(qū)域的地理信息可以無縫集成，二是不同行業(yè)的地理信息可以疊加，無限擴(kuò)展，事實(shí)上GOOGLE EARTH本身的數(shù)據(jù)目前也在不斷增加。

圖2 三維公路信息管理系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

(1)GOOGLE EARTH COM API是GOOGLE EARTH以組件形式提供的應(yīng)用編程接口，開發(fā)人員利用它可以通過VB、VC等編程語言實(shí)現(xiàn)與GOOGLE EARTH的交互，從GOOGLE EARTH等編程語言實(shí)現(xiàn)與GOOGLE EARTH的交互，從GOOGLE EARTH獲取信息或者向GOOGLE EARTH發(fā)送指令，GOOGLE EARTHCOM API主要的類，接口，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和集合。

使用GOOGLE EARTHCOM編程人員可以方便地控制GOOGLE EARTH，并且可以實(shí)現(xiàn)GOOGLE EARTH軟件沒有公開的功能，如下載特定范圍的地形數(shù)據(jù)。

(2)KML文件格式

如何將路線設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、道路三維模型和數(shù)字地面模型導(dǎo)入GOOGLE EARTH，是GOOGLE EARTH軟件用于項(xiàng)目匯報(bào)的關(guān)鍵技術(shù)之一。GOOGLE EARTH本身提供了一種KML擴(kuò)展格式，通過生成KML文件，就能夠?qū)Ⅻc(diǎn)、線、多邊形、圖片等顯示在GOOGLE EARTH中。

(3)數(shù)據(jù)的矯正處理

隨著GOOGLE EARTH的廣泛使用，現(xiàn)階段許多GIS軟件或相關(guān)軟件都提供了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，即將其已有的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成GOOGLE EARTH軟件支持的KML文件格式，供人們?cè)贕OOGLE EARTH 中瀏覽，如 MAPINFO、ARCGIS、AUTODESK GIVIL 3D等都提供了相應(yīng)的轉(zhuǎn)換功能，同時(shí)，用戶也可以根據(jù)KML文件格式，自己編寫程序生成KML文件。

4 結(jié)束語

GOOGLE EARTH在公路工程中的應(yīng)用，特別是在規(guī)劃，可研階段的方案研究中，能夠在很大程度上解決原來需要很多的外業(yè)調(diào)查工作才能完成的任務(wù)，提高工作效率和質(zhì)量，利用GOOGLE EARTH建立公路設(shè)計(jì)方案的虛擬模型，進(jìn)行演示和審查，目前已已經(jīng)有了很好的嘗試，基于GOOGLE EARTH的公路三維信息管理系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景，它將使傳統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)從二維模式跨進(jìn)到三維模式，更加符合人們的感性認(rèn)識(shí)，由于GOOGLE EARTH的API并未正式公開，目前在GOOGLE EARTH上所做的開發(fā)工作，還只是初步的探索與嘗試階段。

U415.1

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