趙景彭

（山西省交通物資供應(yīng)總公司，山西 太原 030012）

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，以Google Earth（谷歌地球）為代表的三維空間信息應(yīng)用模式為電子地圖直觀應(yīng)用打開了新的發(fā)展方向。Google Earth是由谷歌公司開發(fā)的虛擬地球軟件，它把航空照片、衛(wèi)星影像、三維地面模型等GIS信息布置在一個(gè)地球模型上。谷歌公司于2004年收購Keyhole，在Keyhole的基礎(chǔ)上推出由最初的Google Earth 5.0到現(xiàn)在的Google Earth7.0，其豐富的全球地理信息、接口開放和大眾化軟件，使其廣泛運(yùn)用于林業(yè)、國土、農(nóng)業(yè)、礦產(chǎn)、交通等諸多行業(yè)，越來越受到相關(guān)領(lǐng)域廣大用戶的青睞。

Google Earth軟件平臺的優(yōu)勢在于接口開放和衛(wèi)星影像三維地形數(shù)據(jù)的免維護(hù)使用，是一款普及率比較高的大眾化軟件。GE軟件GIS數(shù)據(jù)覆蓋面廣、衛(wèi)星圖片精度較好且圖片更新較快，使其操作簡單易行且能直接利用其開放的GIS數(shù)據(jù)，這些地理信息正是公路前期路線設(shè)計(jì)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)Google Earth直觀的三維地形圖片及自身具有的三維漫游功能，使工程可行性研究階段路線方案匯報(bào)演示更具有身臨其境的現(xiàn)場效應(yīng)。

1 在公路路線設(shè)計(jì)布設(shè)中的應(yīng)用

公路路線設(shè)計(jì)中村鎮(zhèn)、路網(wǎng)、廠礦、環(huán)境敏感點(diǎn)（文物、水源地、保護(hù)區(qū)等）等是主要的控制因素，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速公路的建設(shè)趨向于山區(qū)化和平原地區(qū)的路網(wǎng)加密化，從測繪部門收集到的地形圖資料最新的也是將近10多年以前的資料，因經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，地形圖上的地物資料不能滿足公路選線的需要，特別是制約性的地物（大型的廠礦、開發(fā)區(qū)、環(huán)境敏感點(diǎn)）直接導(dǎo)致選線的成功與否。

Google Earth擁有高清晰三維衛(wèi)星影像且衛(wèi)星圖片數(shù)據(jù)更新及時(shí)，因此對村莊、路網(wǎng)、廠礦既能分辨清楚又能及時(shí)補(bǔ)充新建的廠礦、開發(fā)區(qū)等地物，基本上能反應(yīng)該區(qū)域近期現(xiàn)狀，因此將在地形圖上布設(shè)的路線轉(zhuǎn)換為Google Earth軟件上，就能很清楚直觀地了解路線的布設(shè)正確與否，是否與當(dāng)?shù)氐囊?guī)劃、廠礦、村莊等存在沖突，以便于及時(shí)調(diào)整路線方案，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短設(shè)計(jì)時(shí)間和減少外業(yè)踏勘的工作量。

路線在CAD與Google Earth之間的轉(zhuǎn)換核心問題是坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，即將CAD文件中的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS-84經(jīng)緯度坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換步驟如圖1。

圖1 路線在CAD與Google Earth之間的轉(zhuǎn)換步驟

1.1 CAD平面坐標(biāo)導(dǎo)出

首先利用緯地道路設(shè)計(jì)軟件在地形圖上進(jìn)行路線設(shè)計(jì)，根據(jù)地形圖上坐標(biāo)系統(tǒng)，利用緯地道路軟件導(dǎo)出設(shè)計(jì)路線平面的坐標(biāo)。

1.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換使用和校核

利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（Coord3.1）軟件，對平面坐標(biāo)和經(jīng)緯度坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在這里首先了解坐標(biāo)系統(tǒng)，坐標(biāo)系統(tǒng)大致有3種方法：大地坐標(biāo)（WGS-84經(jīng)緯度），空間直角坐標(biāo)（X、Y、Z），平面坐標(biāo)（X、Y、H，北京54、西安80等）。同一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是嚴(yán)密的，而在不同坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是不嚴(yán)密的，因此不同坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)比較嚴(yán)密的是用七參數(shù)法，即X、Y、Z平移，X、Y、Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K。在一個(gè)地區(qū)七參數(shù)需要3個(gè)以上的已知點(diǎn)。詳細(xì)步驟如圖2。

圖2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換步驟

利用經(jīng)過校核的七參數(shù)（三參數(shù)），利用Coord3.1的批量轉(zhuǎn)換功能，將路線的坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度的坐標(biāo)（文件格式為TXT型）。

1.3 轉(zhuǎn)換為WGS-84經(jīng)緯度坐標(biāo)，并利用KML文件導(dǎo)入Google Earth中

利用轉(zhuǎn)換后的WGS-84經(jīng)緯度坐標(biāo)，根據(jù)Google Earth中的添加中的路徑功能并結(jié)合KML（keyhole markup language），將轉(zhuǎn)換后的經(jīng)緯度坐標(biāo)（文件格式為TXT型）導(dǎo)入到KML文件中，即緯地中的路線數(shù)據(jù)就成功導(dǎo)入了谷歌地圖中。轉(zhuǎn)換步驟如圖3。

圖3 坐標(biāo)導(dǎo)入KML文件步驟

使用KML文件將路線數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入谷歌地圖中最為關(guān)鍵，因此需要詳細(xì)了解KML文件的格式及優(yōu)勢，現(xiàn)將KML文件的特點(diǎn)和語言結(jié)構(gòu)介紹如下。

a）KML文件介紹 KML是 Keyhole Markup Language的英文縮寫，KML描述了相關(guān)的地理要素信息（如點(diǎn)、線、面、圖像等），在Google Earth平臺上能顯示出相應(yīng)的要素模型，KML本身具有的優(yōu)勢特點(diǎn)見表1。

表1 KML的特點(diǎn)

b）KML的語言結(jié)構(gòu) Google Earth最吸引的地方就是KML的地標(biāo)文件，而與公路路線最為相似的是路徑文件即＜LinrString＞，在＜LinrString＞標(biāo)簽中最重要的屬性如表2。

表2 KML文件的屬性標(biāo)簽

通過以上的轉(zhuǎn)換，CAD中的路線完全布置于谷歌地圖中，根據(jù)谷歌地圖的三維地形圖中的地物情況，能準(zhǔn)確了解路線經(jīng)過地方的實(shí)際情況，是否與當(dāng)?shù)氐拿舾行缘匚锎嬖跊_突，及時(shí)進(jìn)行路線方案的修改，從而節(jié)省大量外業(yè)踏勘時(shí)間并且能提高現(xiàn)場調(diào)查的準(zhǔn)確度，為路線方案的選擇提供充分的依據(jù)。谷歌地圖中的路線數(shù)據(jù)通過KML文件導(dǎo)出WGS-84經(jīng)緯度坐標(biāo)，利用Coord3.1的批量轉(zhuǎn)換功能將WGS-84經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)，再通過CAD將其布置于地形圖中。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

在某高速公路工可階段路線設(shè)計(jì)過程中，將Google Earth的衛(wèi)星影像用于公路選線起到很好的效果。該高速公路在某縣范圍內(nèi)，路線需從縣城附近經(jīng)過，特別是河（綿延近16 km）兩側(cè)工廠林立，村莊密集，跨越河道難度較大，只能在河一側(cè)布線。收集到最新的1∶10 000電子地形圖（2000年）距今已有十幾年，與實(shí)際現(xiàn)狀相差很大。從地形圖（圖4）看，河?xùn)|岸沒有什么地物，工廠和村莊主要集中在河的西岸，為了不干擾當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和村民的生活，同時(shí)東岸的山腳下地勢平緩，地形條件較好，工程量較小，造價(jià)較低，因此將路線布置于河的東側(cè)。

圖4 地形圖中M線方案

圖5 谷歌地圖中A、M線方案

圖6 地形圖中的A、M線方案

為了保證路線布設(shè)的合理性，采用以上的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法將路線布置于谷歌地圖中（詳見圖5），發(fā)現(xiàn)村對面的溝口已經(jīng)布置了化工廠，一側(cè)與河和村相距不足50 m，另一側(cè)沿溝延伸將近1 km，工業(yè)園區(qū)規(guī)模較大，拆遷困難；并且東岸溝口的北面已經(jīng)建成新的村莊，路線再從東側(cè)經(jīng)過已經(jīng)不現(xiàn)實(shí)，為了保證路線方案的成立，項(xiàng)目設(shè)計(jì)組重新布設(shè)了河西側(cè)的路線方案，即圖5的A線方案。

根據(jù)初步控制布設(shè)在谷歌地圖上的A線路線方案，通過轉(zhuǎn)換后將其布置于地形圖上，再進(jìn)行詳細(xì)的緯地路線設(shè)計(jì)，詳細(xì)情況見圖6。通過外業(yè)踏勘，谷歌地圖上所反映的地物情況與現(xiàn)場踏勘基本吻合，最終以A線方案作為推薦方案。

3 結(jié)語

通過以上的論述，只要簡單了解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和Google Earth的KML文件中標(biāo)簽的基本含義，就能將Google Earth應(yīng)用于公路工程可行性研究階段的路線走廊帶研究，并且節(jié)省大量外業(yè)踏勘工作量，縮短路線設(shè)計(jì)的工作時(shí)間和提高路線設(shè)計(jì)的質(zhì)量，同時(shí)在路線方案匯報(bào)中，路線方案與谷歌三維地形圖的完美結(jié)合，更加符合人們的感性認(rèn)識。下一階段如何將路線導(dǎo)入導(dǎo)航軟件（手持GPS）中，使現(xiàn)場踏勘能清楚了解自己所處的位置及與路線的相對位置，將對現(xiàn)場踏勘的質(zhì)量有很大提高。