孟凡彬，張晨林，馬寧

（中國煤炭地質總局地球物理勘探研究院，河北 涿州 072750）

0 引言

谷歌地球（Google Earth）是由谷歌公司開發(fā)的虛擬地球儀軟件，它把衛(wèi)星照片、航空照相和GIS布置在一個地球的三維模型上，是一套基于衛(wèi)星拍攝及全球定位數(shù)據(jù)的軟件，可以計算得出三維地圖。作為目前最流行的數(shù)字地球平臺之一，它具有很多先進的技術和海量衛(wèi)星影像信息數(shù)據(jù)庫，在地震及地質勘探中的開發(fā)與應用也越來越廣泛。當前煤田三維地震勘探正向高密度、高精度方向發(fā)展，工作量日益增大，利用谷歌地球的高精度衛(wèi)星圖片來指導地震勘探項目招標、設計和野外施工，能達到設計和指導生產(chǎn)的目的，對野外地震勘探的施工效率和質量有很大的幫助。本文通過探索谷歌地球軟件的相關功能，結合煤田地震勘探的經(jīng)驗，介紹了如何在煤田三維地震勘探中充分利用谷歌地球軟件來指導煤田地震勘探的每個環(huán)節(jié)，并在實際生產(chǎn)應用中取得了較好的效果。

1 谷歌地球軟件簡介

谷歌地球是一款全球衛(wèi)星地圖集成軟件，通過訪問龐大的衛(wèi)星圖片擴展數(shù)據(jù)庫，直觀地顯示地球上的地形及建筑物，其最大特點就是能夠提供大量清晰度很高的衛(wèi)星圖片。

谷歌地球是一款全球衛(wèi)星地圖集成軟件，經(jīng)過計算可以得出三維地圖及 WGS－84坐標。谷歌地球的高分辨影像資料可以廣泛用于地圖定位、戶外野游、衛(wèi)星航天等領域。用戶可以通過下載一個谷歌地球客戶端軟件，就能免費瀏覽全球各地的高清晰度衛(wèi)星圖片。

谷歌地球的衛(wèi)星影像，并非單一數(shù)據(jù)來源，而是衛(wèi)星影像與航拍的數(shù)據(jù)整合，其衛(wèi)星影像部分來自于美國DigitalGlobe公司的QuickBird（快鳥）商業(yè)衛(wèi)星與EarthSat公司，影像來源于陸地衛(wèi)星LANDSAT－7微星居多，航拍部分的來源有英國BlueSky公司（以航拍、GIS／GPS相關業(yè)務為主）、Sanborn公司、美國IKONOS及法國SPOT5，其中SPOT5可以提供解析度為2.5m的影像、IKONOS可提供1m左右的影像、而快鳥能夠提供最高為0.61m的高精度影像，是全球商用的最高水平。

谷歌地球上的全球地貌影像的有效分辨率至少為l00m，通常為30m（例如中國大陸），山區(qū)、軍事禁區(qū)等分辨率較低，視角海拔高度（為15km左右，但針對大城市、著名風景區(qū)、建筑物區(qū)域會提供分辨率為lm和0.5m左右的高精度影像，視角高度分別約為500m和350m，但并不提供免費的數(shù)據(jù)下載服務。目前提供高精度影像的城市多集中在北美和歐洲，其它地區(qū)往往是首都或極重要城市才提供。中國大陸有高精度影像的地區(qū)有很多，幾乎所有大城市都有。由于衛(wèi)星照片數(shù)量的不斷增加，高精度影像覆蓋的地區(qū)也在成倍增加。

2 谷歌地球在煤田三維地震勘探中的應用

由于煤田三維地震勘探屬于野外施工，工區(qū)的地形地貌對野外施工和施工質量有很大的影響，只有對勘探區(qū)域的地形地貌有深入的了解，才能更好更快地完成任務。在地震勘探的踏勘、項目投標、設計、施工過程中需要借閱大量的地形圖，來指導野外生產(chǎn)。由于這些地形圖大多是20世紀70～80年代繪制的，與工區(qū)的實際地形有較大的差別，已不能真實地反映工區(qū)地形地表狀況。這不僅增加了工區(qū)的施工設計難度，而且由于和實際的地形地物不一致，在施工過程中還可能引起生產(chǎn)事故。谷歌地球正好彌補了這種不足，它公布的數(shù)據(jù)一般都是1～3年前的衛(wèi)星照片，但由于它和真實的地球物理信息做了匹配，也就是說它的地形、海拔、經(jīng)緯度信息和GPS輸出的經(jīng)緯度信息是完全重合的，所以對于地震勘探來說，有很高的實用價值。

2.1 利用谷歌地球進行工區(qū)野外現(xiàn)場踏勘

在已知勘探區(qū)域內，可以把區(qū)域位置標注在谷歌地球上（圖1）。在現(xiàn)場踏勘前，仔細閱讀圖片，查找可能影響線路的各種因素，量出相應的距離，做出多種方案，綜合比較多種方案的優(yōu)劣性。如果使用GPS終端，可以從谷歌地球中直接查到地區(qū)的經(jīng)緯度，并直接輸入需要重點踏勘位置和轉角的位置坐標，可以節(jié)約大量的現(xiàn)場時間，提高踏勘效率。

圖1 工區(qū)位置及踏勘線路

針對工區(qū)內存在的村莊及防護林帶都可以圈定面積（圖2），了解障礙物的規(guī)模、青賠的難點區(qū)域及工區(qū)內巖石出露、黃土覆蓋范圍，對現(xiàn)場青賠選擇成孔工藝均具有指導意義。

2.2 在施工設計中利用谷歌地球輔助

圖2 谷歌地球地圖上圈定的地貌特征及面積圈定示意圖

可以把谷歌地球的高精度影像圖保存下來，作為克朗、綠山等其他輔助施工設計軟件的底圖（圖3），從而更精確、合理地做好施工設計。也可以把測線的物理點信息直接加載到影像圖上，為物探施工設計提供依據(jù)。

圖3 設計的炮點檢波點在谷歌地球底圖上的顯示

2.2.1 下載谷歌地球衛(wèi)星屬性圖片

谷歌地球自帶的保存圖片功能并不能滿足大家下載大圖的需求。這里介紹一款軟件GetScreen截圖工具，它可以截取任意大小的影像圖，也可以調整圖像的清晰度。

在谷歌地球6.0中需要做如下設置才能正常截?。孩偈紫菺E6.0左邊側欄應與GEtscreen的側欄一樣寬或小于；②GE6.0一＞工具一＞選項一＞3D視圖一＞圖形模式一＞選擇DirectX和使用安全模式；③關閉地形即可。

2.2.2 三維地震勘探炮點檢波點的批量展布

通過谷歌地球提供的gpx（Key－h(huán)ole Markup Language）語言接口，制作gpx格式的文件，實現(xiàn)炮點、檢波點的批量展布，繪制航跡線和多功能線等功能。通過第三方軟件Global Mapper13.0調用設計檢波點、炮點數(shù)據(jù)，然后制成gpx格式的文件，在谷歌地球中打開gpx文件，可以實現(xiàn)三維測線、測點、邊界等功能，程序界面如圖4所示。

圖4 生成GPX格式文件Global Mapper程序界面

把工區(qū)內測線的每個測點都部署在衛(wèi)星圖上（圖5），對工區(qū)測線的重點、難點進行詳細的分析，采取相應的對策。測線過障礙物時可以提前進行設計，經(jīng)過實地踏勘，采集特殊點的坐標，并展布在衛(wèi)星圖上，可以對測線進行科學、合理的調整。

圖5 谷歌地球批量展布測點

2.2.3 圖像分辨率對施工設計的影響

谷歌地球的圖像分辨率分為100、30、1和0.5m，當所在地區(qū)的分辨率較低時，將對施工設計有很大的影響。例如為30m時，視角海拔高度（Eye alt）為15km左右（即寬度為30m的物品在影像上就有一個像素點，再放大就是馬賽克了），將無法準確判斷測點周圍的地形地貌，給施工設計增加難度。這時可以將野外測得的障礙物特征點展布在谷歌地球上，結合踏勘資料以及以往的地形圖來綜合分析，確定工區(qū)內障礙物的分布情況，對觀測系統(tǒng)進行合理優(yōu)化，對炮點位置進行合理調整，從而使剖面疊加次數(shù)達到要求。

3 利用谷歌地球指導野外采集生產(chǎn)

3.1 輔助進行線束設計

由于谷歌地球提供了三維立體影像，可以旋轉視角達到不同的立體效果（圖6）。施工組人員可以根據(jù)測線經(jīng)過的地物地貌結合小折射資料來確定最佳的激發(fā)因素，包括確定炮點位置、井深、避開障礙物等。

圖6 立體效果

3.2 指導各班組野外作業(yè)

測量人員可以優(yōu)選行車路線，預知測線的障礙物以及地表情況，在復雜地段優(yōu)選炮點的位置。

儀器人員可以及時了解測線中的干擾和障礙物，及早做好應對措施。爆炸組人員可以預先知道炮點的分布情況，安排合理的路線，節(jié)省尋找炮點位置的時間。

各班組每日施工前分析衛(wèi)星影像圖，研究測線經(jīng)過復雜地表情況下，測點的分布，工作量的分配，以及具體的行車路線。在野外充分利用谷歌地球衛(wèi)星影像圖，不但可以提高工作效率，而且可以節(jié)約大量的人力、物力和財力。

4 谷歌地球在煤田地震勘探中的應用效果分析

在2012年大同煤礦集團有限責任公司潘家窯井田三維地震商務談判及采集項目中，國際公司充分利用谷歌地球衛(wèi)星影像圖來指導施工的各個環(huán)節(jié)，使項目能夠順利完成。工區(qū)中部穿過一個居民密集的張祥村，禁炮區(qū)范圍大，炮點布設困難。工區(qū)東北部由于地表切割嚴重，地形起伏劇烈，車輛通行困難，多數(shù)地段無法使用機械化裝備施工，嚴重制約施工效率。工區(qū)南部有防火森林，在密林區(qū)施工，炮、檢點放樣及施工組織難度大。地表條件變化多樣，根據(jù)谷歌地球地圖，指導我們采取相應的措施。

4.1 工區(qū)現(xiàn)場踏勘及施工設計

首先，在谷歌地球上將探區(qū)的位置標注出來，利用GetScreen截圖工具將工區(qū)的衛(wèi)星影像圖進行下載，作為踏勘和施工設計的依據(jù)。踏勘前，認真研究影像圖，制定合理的踏勘路線。依據(jù)影像圖，選取適當?shù)脑囼烖c，通過驗證，選取的試驗點基本代表了本工區(qū)的表層地表條件，如圖7所示。

圖7 工區(qū)位置

由于工區(qū)比較復雜，利用從谷歌地球上下載的衛(wèi)星圖來作為設計輔助軟件的底圖，對重點地區(qū)進行精細設計。例如過村莊和密林區(qū)時，進行了合理的炮點變觀，如圖8所示。

圖8 過張祥村炮點變觀

4.2 測量及分線設計

測量人員利用程序將每個測點的理論坐標都展布到谷歌地球的衛(wèi)星影像圖上，找出需要變動的測點，在復雜地段優(yōu)選測點位置，為進行野外測量做好充分的準備，提高工作效率。以往分線設計需要大量的人力物力，現(xiàn)在用程序將測量數(shù)據(jù)展布到衛(wèi)星影像圖，設計人員根據(jù)影像圖就可以進行炮點的設計，包括井深及藥量等，節(jié)省了成本并提高了效率。

4.3 野外采集生產(chǎn)

每天施工前，施工組人員將生產(chǎn)中需要的物理點信息用程序展布到谷歌地球的衛(wèi)星影像圖上（圖3），把影像圖分發(fā)到野外各班組，各班組仔細分析圖片，研究制定相應的對策，包括具體的行車路線、工作量如何分配等。鉆機組可以從影像圖中分析炮點的分布情況，了解炮點周圍的地物地貌，做好工作安排；爆炸組可以從影像圖中分析炮點的位置，節(jié)省在野外尋找炮點的時間；儀器組可以預知障礙物信息，提前做好準備。

在潘家窯三維地震采集項目中，各班組都學會使用谷歌地球，通過緊密配合，科學合理地安排工作，順利圓滿地完成了該項目，節(jié)約了大量的成本。

5 結語

通過現(xiàn)成的軟件，結合煤田三維地震勘探的特點，充分利用谷歌地球所提供的高精度衛(wèi)星影像圖來指導地震勘探的各個環(huán)節(jié)。利用影像圖可以直觀地了解測區(qū)地貌特征，為招標設計、商務標談判、施工設計、現(xiàn)場測量、成孔施工、青賠等環(huán)節(jié)提供依據(jù)，可以很大程度地提高工作效率和制定針對性措施。谷歌地球的免費版是對全球公眾開放的軟件，任何人都可以下載并安裝使用，對于節(jié)省費用、降低成本也有一定的意義。由于谷歌地球不是在所有的地區(qū)都有高清晰度的衛(wèi)星圖片，如果工區(qū)所在位置沒有高精度衛(wèi)星影像圖，它的作用會受到很大限制。

（略）