管線在Google Earth上的模擬生成與應(yīng)用

□李云芳 賈志強 王顯峰

管線在Google Earth上的模擬生成與應(yīng)用

□李云芳 賈志強 王顯峰

管道工程；Google Earth；模擬生成；三維地理坐標(biāo)；輔助作用

管道運輸以其運量大、占地少、成本低、安全性高等優(yōu)勢與公路、鐵路、海運、空運并稱為五大運輸方式。長輸管道距離長，所經(jīng)地區(qū)地貌種類多、地形復(fù)雜，如西氣東輸工程自西向東途經(jīng)11省區(qū)（全長4000公里），沿線途經(jīng)戈壁、沙漠、黃土臺塬、山區(qū)、丘陵、平原和水網(wǎng)等多種地形地貌。針對復(fù)雜的地形地貌，在管道工程施工前，可以利用GoogleEarth的全球定位系統(tǒng)、坐標(biāo)信息系統(tǒng)、計算機數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)和虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，在地圖上生成模擬管道，將管道沿線環(huán)境、地質(zhì)條件及地形地貌等各方面的數(shù)據(jù)資料、信息在三維地理坐標(biāo)上予以有機整合，為生產(chǎn)管理人員提供必要的、準確的、詳細的、可視化的信息，為管道工程建設(shè)提供決策支持和服務(wù)。

一、Google Earth地圖軟件概況

GoogleEarth是一款Google公司開發(fā)的虛擬地球儀軟件，2005年正式向全球推出。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。其使用了公共領(lǐng)域的圖片、受許可的航空照相圖片和很多其他衛(wèi)星所拍攝的城鎮(zhèn)照片。用戶可以通過一個下載到自己電腦上的客戶端軟件，免費瀏覽全球各地的高清晰度衛(wèi)星圖片。

二、Google Earth在管道工程中的作用

GoogleEarth作為一款應(yīng)用軟件，以其功能強大、信息豐富、數(shù)據(jù)準確而被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的許多領(lǐng)域當(dāng)中。隨著長輸管道施工技術(shù)的發(fā)展與進步，可將Google Earth逐步應(yīng)用在管道工程建設(shè)當(dāng)中，在管道工程建設(shè)的投標(biāo)、線路優(yōu)化及現(xiàn)場施工方案編制的各個階段都能起到輔助和指導(dǎo)作用。

1.指導(dǎo)投標(biāo)文件編制

在一項管道工程投標(biāo)前，建設(shè)單位根據(jù)招標(biāo)投標(biāo)法組織投標(biāo)人踏勘項目現(xiàn)場，旨在讓投標(biāo)人對工程施工現(xiàn)場和周圍環(huán)境進行勘察，以獲取編制投標(biāo)文件和簽署合同的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。但由于異地踏勘時間短，只能對部分特殊地段進行粗略的實地踏勘，對于管道途經(jīng)地形地貌只能形成感性認識，缺少具體詳實的了解，很可能造成施工方案的不確定性和投標(biāo)報價的不準確性。

GoogleEarth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。如果通過技術(shù)手段將管道坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Google Earth生成模擬管道，即可以查看衛(wèi)星圖像、地圖、各種地形地貌和各種建筑物，在投標(biāo)書的編制過程中，有助于投標(biāo)人了解項目施工現(xiàn)場及周圍的環(huán)境情況，利用Google Earth以獲取有用的信息并據(jù)此幫助做出關(guān)于投標(biāo)策略和投標(biāo)報價的決定，以使投標(biāo)文件更加符合招標(biāo)文件的要求。Google Earth彌補了投標(biāo)書編制階段資料的缺失和踏勘現(xiàn)場工作的不足，保證商務(wù)標(biāo)投標(biāo)報價的合理性與競爭性，技術(shù)標(biāo)施工方案的針對性與可行性，對投標(biāo)業(yè)務(wù)的成功起到了很好的指導(dǎo)作用。

2.提高線路優(yōu)化效率

由于管道設(shè)計后在申報審批的過程中有相當(dāng)一部分的管道路由被先行施工的水利、電力、交通及安居設(shè)施占用，還有一部分管道路由原地貌被破壞，影響管道工程的順利施工。為了保證管道的安全，降低工程成本，在施工前技術(shù)人員需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況對管道線路進行優(yōu)化，以便順利完成施工任務(wù)。但是，由于管道途經(jīng)地形復(fù)雜，在測量放線及作業(yè)帶沒有清理之前，在現(xiàn)場準確確定線路所經(jīng)的所有障礙物或路由被占用位置非常困難，對全線路進行優(yōu)化需要徒步進行，不但花費時間長、勞動強度大，而且工作準確性差、工作效率低。

把管道線路的坐標(biāo)點導(dǎo)入GoogleEarth，使線路樁點坐標(biāo)地理信息具體化，使空間感加強，當(dāng)GoogleEarth視角海拔高度調(diào)整到300米左右時，就足以清晰地觀察到管道經(jīng)過的高原、山地等地形地貌及水利、電力、交通、安居設(shè)施等各種建筑物，需要優(yōu)化的地段一目了然，如圖1中的水塘、房屋，通過Google Earth（視角海拔高度553米）即可以觀察到擬建管道原設(shè)計線路穿越一處面積較大的水塘，為更好地保證管道運行安全、便于管道維護，減少征占費用、施工成本，降低施工難度，建議對此處線路路由進行優(yōu)化。

圖1 管道線路路由優(yōu)化示例

另外，Google Earth地圖中的圖片時效性較強、更新快，相比長輸管道工程常用的1∶50 000地形圖，Google Earth與現(xiàn)場情況相符性極高。施工技術(shù)人員可以充分參考GoogleEarth顯示的信息，進行線路優(yōu)化，而且可以在Google Earth上生成優(yōu)化后的模擬線路走向，并可直接獲得線路優(yōu)化的線路長度、轉(zhuǎn)角角度、新增樁點的坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場實地復(fù)測，確定的優(yōu)化線路方案不但準確、便捷，而且減少了現(xiàn)場的工作量，提高了工作效率。

3.確定鋼管運輸方案

在施工前制定合理的鋼管運輸方案，對于保證工程進度、降低工程成本具有非常重要的意義。在沒有地理道路信息的情況下，施工技術(shù)和管理人員需要花較多的時間對工程沿線的國道、省道、鄉(xiāng)道進行現(xiàn)場調(diào)研，由于調(diào)研結(jié)果的局限性，所制定的鋼管運輸方案適用性不強。

將Google Earth軟件引入并應(yīng)用于管道施工階段，施工單位技術(shù)和管理人員可以在地圖上搜索特定區(qū)域，放大或縮小虛擬圖片，從而獲得各種等級公路與管道線路伴行或交叉的信息。相比其他地圖，GoogleEarth具有顯示地域范圍廣、地圖更新及時的優(yōu)勢，施工管理人員可以借此尋找最為便捷的設(shè)備進場及鋼管運輸?shù)缆?，并可根?jù)道路情況制定確實可行、經(jīng)濟合理的鋼管運輸方案。

三、模擬管道在Google Earth中的模擬生成方法

Google Earth擁有全球范圍的衛(wèi)星影像圖和三維地形數(shù)據(jù)，利用它可以為管道工程建設(shè)提供有效的地理信息，但如果要將這些信息應(yīng)用于管道工程建設(shè)中，首先要將管道坐標(biāo)信息導(dǎo)入GoogleEarth，生成一條模擬管道線路后，就可以清晰地顯示管道總體走向及所經(jīng)地形地貌。

1.最低系統(tǒng)配置

為確保軟件安裝運行順暢、數(shù)據(jù)計算正確快速，Google Earth不能在配備較低的計算機上使用。下面的數(shù)據(jù)是軟件所需的最低配置：操作系統(tǒng)為Windows 7、 Windows 2000、Windows XP、Vist、Mac OS X（10.4）、Linux（32位）；CPU要求在600MHz以上；硬盤剩余空間要求為400 MB；主內(nèi)存不低于128 MB；顯卡內(nèi)存不低于16 MB；屏幕分辨率不低于1 024×768；網(wǎng)絡(luò)不低于128 Kbps（寬帶）。

2.坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換是生成模擬管道最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到生成管道的準確性。一般管道工程設(shè)計采用1980西安坐標(biāo)系統(tǒng)，而Google Earth采用的是WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)系統(tǒng)，對管道工程使用的坐標(biāo)不能識別，因此，就需要將1980西安坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)。

（1）軟件轉(zhuǎn)換坐標(biāo)方法。利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。首先下載并安裝坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件Coord，然后利用軟件進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，如圖2所示。

圖2 Coord軟件轉(zhuǎn)換坐標(biāo)

（2）GPS設(shè)備轉(zhuǎn)換坐標(biāo)方法?？梢岳萌蚨ㄎ幌到y(tǒng)（GPS）設(shè)備中的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換功能將坐標(biāo)進行轉(zhuǎn)換。將GPS“首部”設(shè)備與電腦相聯(lián)，將編輯好的管線樁點坐標(biāo)Microsoft Excel工作表.xls以csv（逗號分隔）（*.csv）格式另存在GPS“首部”中（如圖3所示），轉(zhuǎn)換前后的文件圖標(biāo)形式如圖4所示。將數(shù)據(jù)存入GPS“首部”后，利用GPS“首部”中的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換功能將1980西安坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)。

圖3 文件另存格式

圖4 工作表轉(zhuǎn)換格式圖標(biāo)

3.坐標(biāo)點的輸入

將線路樁點及控制點坐標(biāo)完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，將轉(zhuǎn)換過來的坐標(biāo)點數(shù)據(jù)導(dǎo)入Google Earth中（如圖5所示），即可在Google Earth中創(chuàng)建一個坐標(biāo)點（線路轉(zhuǎn)角樁點或控制樁點），以此方式將所有樁點的坐標(biāo)都創(chuàng)建在Google Earth中，也可以將一些特殊的位置坐標(biāo)（如機組營地、項目部駐地及構(gòu)筑物名稱等）輸入其中，可以非常直觀地顯示這些特殊位置與管道的相對位置及距離。

圖5 新坐標(biāo)點的輸入

4.模擬管道線路的生成

將坐標(biāo)點全部輸入Google Earth后，會在其中形成一系列轉(zhuǎn)角樁坐標(biāo)點，如圖6所示的AB024、AB024-5、AB025-2等，但還沒有形成一條完整的模擬管道，需要將所有樁點連接起來，才能形成一條完整的模擬管道。利用GoogleEarth自帶的連線功能將相鄰兩個坐標(biāo)點連接起來，即能生成一條模擬管道（如圖7所示）。

圖6 轉(zhuǎn)角樁點的生成

圖7 模擬管道線路的生成

以上介紹的利用GoogleEarth地圖軟件生成模擬管道的方法，在實際應(yīng)用中取得了良好的效果，特別是在線路優(yōu)化階段，對管道所經(jīng)障礙物或不安全因素在電腦中顯示的非常清晰、準確，編制線路優(yōu)化方案操作簡單方便，在實際施工中具有較強的可操作性，提高了效率，保證了施工質(zhì)量與施工進度。實踐證明，此方法對專業(yè)技術(shù)人員提供了非常好的參考，具有較強的實用價值。

（作者單位：中國石油天然氣管道局第三工程分公司）

10.3963/j.issn.1006-8864.2014.11.011