胡秀宇

(中交鐵道設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京　100088)

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基于Google Earth的鐵路橋梁水文計(jì)算應(yīng)用研究

胡秀宇

(中交鐵道設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京100088)

結(jié)合Google Earth三維影像圖像，開(kāi)發(fā)基于Google Earth的鐵路橋梁水文計(jì)算系統(tǒng)。系統(tǒng)采用Visual C++和Google Earth API進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)在Google Earth上勾繪匯水面積、流域長(zhǎng)度，計(jì)算水面坡度、斷面流量及地區(qū)暴雨強(qiáng)度，為鐵路橋梁前期勘察及水文研究提供了較為便捷的方法。

水文計(jì)算Google Earth水面坡度流量暴雨強(qiáng)度

1　概述

在鐵路橋梁外業(yè)勘察設(shè)計(jì)中，特別是在初測(cè)階段，需要在1∶50 000地形圖上沿線路勾繪流域長(zhǎng)度及匯水面積，然后用求積儀計(jì)算出匯水面積。此種方法不僅耗時(shí)費(fèi)力，而且工作量極大，給橋梁前期勘察工作帶來(lái)極大的不便。自2005年Google Earth誕生以來(lái)，其向全球免費(fèi)提供衛(wèi)星地圖影像資料，通過(guò)Google Earth客戶端可以隨時(shí)隨地獲取全球任意位置的衛(wèi)星圖像資料，如地形、地貌及建筑物等地理信息。Google公司會(huì)定期更新衛(wèi)星地圖影像資料，采用Google Earth提供的衛(wèi)星地圖影像資料勾繪水系圖時(shí)，克服了紙版1∶5萬(wàn)地形圖年代久遠(yuǎn)、資料難以收集的缺點(diǎn)。同時(shí)，通過(guò)Google Earth能夠快速便捷地獲取每個(gè)地標(biāo)的經(jīng)緯度、海拔高程等信息，這給鐵路橋梁外業(yè)勘察獲取水文斷面及橋址斷面數(shù)據(jù)帶來(lái)極大的方便。

為了充分利用Google Earth海量衛(wèi)星地圖影像信息，采用Visual C++和Google Earth API函數(shù)開(kāi)發(fā)了內(nèi)嵌Google Earth客戶端的鐵路橋梁水文計(jì)算應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)了將鐵路橋梁水文計(jì)算與衛(wèi)星地圖影像資料的有機(jī)結(jié)合，對(duì)鐵路橋梁水文勘測(cè)尤其是國(guó)外鐵路項(xiàng)目水文勘測(cè)具有重要意義。

2　Google Earth衛(wèi)星地圖信息的提取

2.1Google Earth簡(jiǎn)介

Google Earth是由Google公司開(kāi)發(fā)的一款旗艦軟件，其集合了航拍照片、衛(wèi)星地圖及GIS數(shù)據(jù)，形成了一個(gè)虛擬的三維地球模型。Google Earth數(shù)據(jù)主要來(lái)源于美國(guó)航天局的衛(wèi)星圖像，Google Earth上全球地貌影像的有效分辨率通常為30 m左右，但對(duì)大城市、建筑物、風(fēng)景區(qū)及其他古跡名勝地區(qū)會(huì)依據(jù)不同的視角高度提供不同的分辨率影像。視角高度為500 m時(shí)提供的分辨率為1 m，視角高度為350 m時(shí)提供的分辨率為0.5 m。因此，Google Earth提供的地形、地貌及其他建筑物的信息完全能滿足鐵路預(yù)可研或可研階段的精度要求。

2.2Google Earth API二次開(kāi)發(fā)

Google Earth為二次開(kāi)發(fā)提供了兩種擴(kuò)展接口，一種是KML文件形式，另一種是Google Earth API應(yīng)用程序接口。

KML是一種基于XML語(yǔ)法和文件格式的文件，可通過(guò)Google Earth加載直接顯示在衛(wèi)星地圖上。

Google Earth API是基于組件技術(shù)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)接口，用戶可以基于VC++、VB、C#等不同的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)來(lái)使用這些接口，完成特定的任務(wù)。

2.3KML文件結(jié)構(gòu)

KML文件采用XML文件的語(yǔ)法和文件形式。KML的下層包括Folder和document，其中Folder用來(lái)創(chuàng)建文件夾，Documeng用于創(chuàng)建目錄。Folder和Document包括很多tag，如Placemark用來(lái)表示指定位置的相關(guān)信息。Placemark包括的tag列表如下。

Name:指明地標(biāo)名稱

Desctiption:描述地標(biāo)屬性，支持HTML語(yǔ)法。

LookAt:描述地標(biāo)中視圖相關(guān)信息，如視高、視底點(diǎn)等。

Visibility:定義地標(biāo)是否顯示標(biāo)注內(nèi)容。

GeometryCollection:添加多個(gè)幾何形狀的集合。

GroundOverlay:添加圖片標(biāo)注，與lookat有關(guān)。

ScreenOverlay: 添加圖片標(biāo)注，與lookat有關(guān)。

Address:地標(biāo)位置的地址名稱[1]。

對(duì)于KML文件操作，可以調(diào)用IApplicationGE類(lèi)的OpenKmlFile()函數(shù)，實(shí)現(xiàn)程序加載KMLKMZ文件以顯示在Googel Earth客戶端上。軟件打開(kāi)KML文件的函數(shù)如下。

BOOL OpenKmlFile(BSTR filename，BSTR suppressMessages);

Filename:打開(kāi)的文件名稱，

SuppressMessages:告知系統(tǒng)是否處理異常。

2.4Google Earth API

Google Earth API類(lèi)庫(kù)中擁有11個(gè)類(lèi)：

IApplicationGE

ICameraInfoGE

IPointOnTerrainGE

IFeatureGE

IFeatureCollectionGE

IViewExtentsGE

ISearchControllerGE

ITourControllerGE

IAnimationControllerGE

ITimeGE，ITimeIntervalGE

其中IApplicationGE類(lèi)是最重要的，其他10個(gè)類(lèi)的使用都會(huì)涉及到IApplicationGE類(lèi)的屬性或函數(shù)[1]。

IApplicationGE類(lèi)是Google Earth API的重要接口，該接口可以提供其他程序控制Google Earth客戶端。

ICameraInfoGE類(lèi)：通過(guò)該類(lèi)可以獲取視底點(diǎn)、視點(diǎn)高以及傾斜角度的相關(guān)參數(shù)。

IPointTerrainGE類(lèi)：通過(guò)該類(lèi)可以獲取屏幕點(diǎn)的坐標(biāo)及高程數(shù)據(jù)[8]。

3　鐵路橋梁水文計(jì)算軟件

3.1程序界面

通過(guò)Visual C++編程將Google Earth嵌套在鐵路橋梁水文計(jì)算軟件中，以實(shí)現(xiàn)橋梁水文計(jì)算與衛(wèi)星三維影像地圖有機(jī)結(jié)合，方便查看橋位處的實(shí)際地形、地貌等特征。軟件啟動(dòng)并加載鐵路線位后的界面如圖1所示。

圖1　加載kml/kmz文件示意

3.2勾繪匯水面積

在前期勘察階段，可以通過(guò)Google Earth上直觀而清晰的三維影像地圖直接勾繪出山脊線及溝谷線，并沿鐵路線繪制匯水面積，如圖2所示。

圖2　勾繪匯水面積示意

3.3勾繪流域長(zhǎng)度

通過(guò)Google Earth勾繪橋位處溝谷或河流的流域長(zhǎng)度，如圖3所示。

圖3　勾繪流域長(zhǎng)度示意

3.4提取高程

對(duì)于橋址斷面、水文斷面和水坡的高程數(shù)據(jù)，可以通過(guò)在Google Earth繪制直線，保存為KML格式文件[12]，然后通過(guò)程序自動(dòng)提取線路上一定間距點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)[11]。

3.5水文計(jì)算內(nèi)業(yè)整理

根據(jù)Google Earth提取的水坡高程數(shù)據(jù)可直接用于流域平均坡度計(jì)算。根據(jù)計(jì)算的流域坡度、提取的流域面積及長(zhǎng)度，再加上其他假定參數(shù)可以推算其暴雨強(qiáng)度值。而提取的水文斷面高程數(shù)據(jù)可用于推算斷面流量或水位高程；提取的橋址斷面高程數(shù)據(jù)可以用于推算橋址處的流量或水位高程。

如圖4所示為橋址處流域坡度計(jì)算界面，圖5為橋址處斷面流量計(jì)算界面。

圖4　流域坡度計(jì)算界面

圖5　斷面流量計(jì)算界面

4　結(jié)論

研發(fā)了基于Google Earth的鐵路橋梁水文計(jì)算軟件，將Google Earth客戶端通過(guò)Google Earth API接口嵌入水文計(jì)算專業(yè)程序內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了鐵路橋梁水文外業(yè)勘測(cè)與Google Earth三維衛(wèi)星地圖影像的有機(jī)結(jié)合。通過(guò)該系統(tǒng)能夠快速獲取流域長(zhǎng)度、流域面積、地面點(diǎn)高程，為橋梁水文勘測(cè)提供一種方便快捷的方法。本程序已用于多條海外鐵路的水文外業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)中，程序界面操作簡(jiǎn)單，使用方便，具有一定的推廣使用價(jià)值。

[1]王寬，龔曉鵬，等.Google API開(kāi)發(fā)詳解 Google Maps與Google Earth雙劍合璧：第2版[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010

[2]鐵道部第三勘測(cè)設(shè)計(jì)院，鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè).橋渡水文[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1999

[3]郭克析.Visual C++代碼參考與技巧大全[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008

[4]韓紅芳，方莉娟.Google Earth COM API的高程提取[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2013

[5]中華人民共和國(guó)鐵道部，TB10017—99鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)程[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，1999

[6]劉磊，仇菊香，劉曉紅.基于Google Earth API的二次開(kāi)發(fā)研究[J].測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化，2011(5)

[7]王艷，何憑宗.基于VC++的Google Earth KML地標(biāo)文件的自動(dòng)生成及應(yīng)用[J].北京測(cè)繪，2009(3)

[8]陳國(guó)建，楊國(guó)祥，唐清榮，等.Visual C++范例開(kāi)發(fā)大全[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010

The Research of Hydrology Calculation Applications ofRailway Bridges Based on Google Earth

HU Xiuyu

2016-05-05

胡秀宇(1984—)，男，2007年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)土木工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師。

1672-7479(2016)04-0024-03

U442.3； P208

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