基于Google Earth的GIS制圖技術(shù)應(yīng)用——以新疆焉耆盆地地下水埋深制圖為例

何玉春，王 勇

(新疆塔里木河流域希尼爾水庫管理局，新疆庫爾勒 841000)

Google Earth(GE)是Google公司推出的一項新型的地理信息服務(wù)項目［1］，它問世之初就引起了廣泛的關(guān)注和贊譽。GE以衛(wèi)星圖片和矢量地圖相結(jié)合，以虛擬現(xiàn)實的方式展現(xiàn)微縮的地球景觀，使人們能以直觀的、三維的方式瀏覽地球上每一個角落，被形象地稱為“上帝之眼”。GE還開發(fā)了專用的地理信息描述語言KML［2］，以及地標(biāo)標(biāo)注工具，使得每個用戶都可以將自己關(guān)注的地理信息標(biāo)注在GE上，與全球共享。此外，GE還提供了免費的地圖開發(fā)AP1，任何網(wǎng)站都可以以GE為基礎(chǔ)，在自己的網(wǎng)站中開發(fā)基于GE的WebGIS應(yīng)用項目。由于地標(biāo)工具的推出，GE已從單純的衛(wèi)星圖像瀏覽工具演變?yōu)樾乱淮腉IS開發(fā)平臺。

GE的出現(xiàn)對于傳統(tǒng)的GIS平臺形成了強大的沖擊，它以免費、開放、簡單易用等特點，吸引了大量的普通大眾，GIS的應(yīng)用從專業(yè)化、學(xué)術(shù)化開始大規(guī)模走向普通大眾?；贕E的GIS地理信息開發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)在多個領(lǐng)域出現(xiàn)［3－9］。這些不同專業(yè)領(lǐng)域的研究和實踐顯示了GE的強大功能和可喜的發(fā)展前景。

但目前大部分的GE應(yīng)用都是零星的和利用GE某些特性的具體個案，完全基于GE的完整GIS項目開發(fā)很少見，而基于GE的專題制圖技術(shù)研究，目前國內(nèi)外尚未見報道。本文以新疆焉耆盆地地下水埋深制圖為例，研究基于GE的專題制圖技術(shù)流程與關(guān)鍵問題。

1 GE與傳統(tǒng)GIS平臺的比較

(1)與傳統(tǒng)的GIS相比，GE的優(yōu)勢在于提供了大量的免費高清衛(wèi)星影像資料。GE衛(wèi)星地圖供應(yīng)商Digital Globe公司2007年9月18發(fā)射了一顆的WorldView I衛(wèi)星，連同以前的Quick Bird衛(wèi)星，至此Digital Globe公司在軌衛(wèi)星數(shù)量已達到3顆，日采集能力將達到106 km2，目前的平均分辨率可達0.5m。

GE衛(wèi)星圖像覆蓋全球，海洋、山地等地形的分辨率可達60m，城市的分辨率可達1m以下，在局部地區(qū)可達0.15m［1］。這些衛(wèi)星影像大部分以免費的方式發(fā)布，相比傳統(tǒng)的GIS處理平臺及信息獲取渠道，GE無疑可以節(jié)省大量的投資。

(2)GE提供了資料豐富的GIS基礎(chǔ)庫。除了衛(wèi)星影像圖，GE在Web上還可以顯示矢量的Google Map地圖以及兩者疊加的混合顯示方式。另外，有大量的GE用戶添加的地標(biāo)、航跡、KML地圖、地貌景觀圖像，共同組成了一個巨大的多維地理信息基礎(chǔ)庫。

(3)GE提供了方便的GIS工具支持。GE的客戶端程序以及GE的Sketch Up可以為Web GIS開發(fā)者提供GPS支持，地圖制作、保存、三維建模等方面的制圖支持。相比之下，GE中的制圖直觀簡便，所有的位置信息直接以經(jīng)緯度表示，可以與GPS等設(shè)備結(jié)合使用，制圖快捷方便。

(4)GE提供了開放的web編程接口。GE提供了開放格式的KML地圖描述語言，以及免費的API，任何網(wǎng)站均可以將GE豐富的地圖資源集成到自己的Web應(yīng)用中。

2 制圖需求

(1)將地下水埋深專題圖矢量化，矢量化地圖可以作為GE中的圖層，與原始衛(wèi)星圖像疊加，從宏觀上呈現(xiàn)地下水埋深在焉耆盆地分布。

(2)矢量地圖的圖斑具有屬性描述，以及與上下級分類圖斑、屬性的聯(lián)系字段。

(3)矢量地圖可應(yīng)用于 GE，WebGIS，桌面 GIS等應(yīng)用環(huán)境。

3 GE制圖原理與制圖過程

3.1 制圖原理

在GE當(dāng)中，制圖的實現(xiàn)是通過GE客戶端程序，利用鼠標(biāo)在GE虛擬地球地面上定義出點、線、面等性狀的地圖對象，這些地圖對象的數(shù)據(jù)以KML格式［2］保存。KML是一種基于XML標(biāo)準的標(biāo)簽式地理信息描述語言，所有的地理信息字段都被映射為XML標(biāo)簽。

KML有著完善的模型系統(tǒng)，可以用來在GE中表示三維的真實空間的對象。在KML中，地理對象以抽象的Object表示，它可由 Feature(特征)、Geometry(形態(tài))、ColorStyle(色彩)、Style Selector(樣式)、Time Primitive(時間)、Schema Field(數(shù)據(jù)模式)等幾類抽象元素以及視角、顯示區(qū)、放大倍率等顯示屬性來描述，可滿足一般GIS制圖的全部需求。但對于一般專題制圖而言，常用的制圖元素主要有3類。

(1)點狀元素。即Point元素，其坐標(biāo)用真實的空間位置表示，即以經(jīng)緯度、高程來表示其位置，Point={Longitude，Latitude，Altitude}。

(2)線狀元素。包括兩種即LineString(線段)和Linear-Ring(閉合線)。線都是由一系列的點來定義的。LinearRing的開始點與終結(jié)點相同。

LineString={Point(1)，Point(2)，…，Point(n)}

LinearRing={Point(1)，Point(2)，…，Point(n)，Point(1)}

(3)面狀元素。即 Polygon，它由一條外邊界線 outer-Boundaryls和零條至多條內(nèi)邊界線innerBoundaryIs組成，邊界線均是由LinearRing來定義的。

Polygon={OuterBoundary，InnerBoundary(1)，InnerBoundary(2)，…，InnerBoundarv(n)}

此外，GE還定義了MultiGeometry和Model元素，MultiGeometry用來將其它的點線面元素組合起來，表示邏輯上同一的地理對象，其本身不是制圖對象。Model用來將三維物體模型定位在地理空間當(dāng)中，也不是傳統(tǒng)的制圖對象，在本例當(dāng)中沒有用到。

3.2 GE中的制圖過程

(1)準備資料。焉耆盆地地圖的比例尺為1:100萬。首先將其掃描為柵格圖像，經(jīng)過圖像處理，增強其對比度。

(2)底圖匹配、校準。在GE中將掃描好的圖像作為Image Overlay對象引入，貼于GE衛(wèi)星底圖上，并調(diào)節(jié)圖像的透明度，使圖像和衛(wèi)星底圖同時可見。Image Overlay對象在GE中可以移動、縮放、旋轉(zhuǎn)，依據(jù)關(guān)鍵地物點，將圖像與衛(wèi)星影像匹配起來。

(3)圖斑轉(zhuǎn)繪。在GE中，沿底圖的圖斑邊界，繪制出地下水位的Polygon類型矢量圖。

(4)圖斑校對。指根據(jù)相關(guān)資料校對圖斑。

(5)代碼編輯。編輯查看KML代碼，做必要的修改。

(6)地圖修飾。調(diào)節(jié)圖斑的Style屬性，修改邊界線、填充色、透明度等屬性，調(diào)整配色風(fēng)格。

(7)屬性對接。編輯KML中圖斑ID，Name屬性字段，使之與屬性數(shù)據(jù)記錄中的ID匹配，完成圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的對接，形成完整的GIS數(shù)據(jù)集。

(8)導(dǎo)出結(jié)果。即將結(jié)果保存為KML文件或者KMZ文件。

4 GE制圖工具存在的兩個問題及解決方法

(1)GE不支持多邊形內(nèi)邊界的繪制。因此如果圖斑中間有鑲嵌情況，即圖斑中間有“洞”，在GE當(dāng)中就無法繪制。共解決方法為利用文本編輯工具編輯KML文件，為圖斑增加innerBoundaryIs屬性，用閉合線來定義內(nèi)部的鑲嵌圖斑。

(2)GE工具不支持對圖斑元素ID、Name屬性的編輯。圖斑的ID、Name等屬性作為圖斑的鍵值標(biāo)識，是圖形與屬性數(shù)據(jù)對接時的依據(jù)。目前GE制圖工具不支持對圖斑這些屬性的改寫。其解決方法為利用文本編輯工具直接修改KML文件，為圖斑添加惟一的命名標(biāo)簽和詳細注釋。

5 GE制圖結(jié)果及其應(yīng)用

5.1 GE 制圖結(jié)果

在焉耆盆地地下水埋深制圖結(jié)果中，矢量圖斑包括點狀元素(Point)、線狀元素(LineString)、閉合曲線(LinearRing)、面狀元素(Polygon)、圖斑組合(MultiGeometry)、三維模型(Mode)。多個點描述一條線，閉合線描述一個面，多個元素又組合成為一個圖斑組合，制圖中使用了Folder來組織。所以，KML當(dāng)中的矢量圖歸根結(jié)底是以點為基礎(chǔ)的，而點則是以Latitude，Longitude，Altitude三個量來表示。如果需要，點還可以附加時間維，成為四維，表示特定時空當(dāng)中的一個點，這在研究動態(tài)地理信息時特別有用。

5.2 GE地圖的應(yīng)用

GE制圖后得到的是KML格式圖件格式的圖件，大致有4種應(yīng)用模式。

(1)以GE作為客戶端，KML在格式圖件GE當(dāng)中直接顯示。

(2)將KML轉(zhuǎn)換為SVG圖形，然后直接輸出到網(wǎng)頁顯示。

(3)開發(fā)專用的KML解析組件，顯示格式KML地圖。(4)轉(zhuǎn)換文件格式，提供給其它GIS平臺應(yīng)用。

我們采用的是第一種模式，可以實現(xiàn)常規(guī)的專題地圖制作、地圖信息查詢應(yīng)用。

［1］Google Inc.Google Earth［DB/OL］.［2007 － 09 － 14］.Google web Site.http://earth.google.com/.

［2］Google Inc.Google KML 2.2 Reference［DB/OL］.［2007 － 09 －14］.Google Web Site.http://code.google.com/apis/kml/documentation/.

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