Google Earth衛(wèi)星影像圖在公路勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

易成軍 陳文春 宋小軍

(1.義烏市交通設(shè)計(jì)有限公司,浙江金華 322000;2.義烏市住宅建筑工程有限公司,浙江金華 322000)

Google Earth衛(wèi)星影像圖在公路勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

易成軍1陳文春2宋小軍1

(1.義烏市交通設(shè)計(jì)有限公司,浙江金華 322000;2.義烏市住宅建筑工程有限公司,浙江金華 322000)

Google Earth軟件一經(jīng)推出就得到了廣泛的普及與應(yīng)用,其提供的衛(wèi)星影像圖不僅具有極強(qiáng)的直觀(guān)性和時(shí)效性,而且完全免費(fèi),這些特點(diǎn)令其在公路的勘測(cè)設(shè)計(jì)工作中能夠發(fā)揮出極大的應(yīng)用價(jià)值。本文將分析說(shuō)明Google Earth所提供的衛(wèi)星影像圖與AutoCAD的結(jié)合與轉(zhuǎn)換方式,令其能有效應(yīng)用于公路的勘測(cè)設(shè)計(jì)工作,希望能優(yōu)化傳統(tǒng)的公路勘測(cè)設(shè)計(jì)方法。

Google Earth 衛(wèi)星影像圖 公路勘測(cè)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的公路勘測(cè)設(shè)計(jì)基本都是用光柵地形圖確定路線(xiàn)的,這種設(shè)計(jì)方式在精確度、時(shí)效性、三維化方面都很差?，F(xiàn)代的衛(wèi)星影像圖很好的解決了這些問(wèn)題,尤其是近年來(lái)流行的Google Earth軟件所提供的衛(wèi)星影像圖,不僅直觀(guān)清晰,而且完全免費(fèi),只要將其與普通的地形測(cè)繪技術(shù)相結(jié)合,再將測(cè)繪結(jié)果反向輸出為三維仿真模型,公路的勘測(cè)設(shè)計(jì)效果就會(huì)得到質(zhì)的飛躍,設(shè)計(jì)過(guò)程也可以更加方便快捷。

1 Google Earth提供的衛(wèi)星影像圖概述

Google Earth作為一款軟件,其功用主要是虛擬地球儀,原理上利用了三維的地球模型,通過(guò)在上面布置GIS、航空照相、衛(wèi)星照片來(lái)達(dá)到地球儀效果。該軟件的特點(diǎn)是提供的的地貌影像具有較高的分辨率,以我國(guó)來(lái)說(shuō),平均分辨率能夠維持在30米左右,如果是比較重要的特殊地點(diǎn),分辨率甚至可以達(dá)到1米以下。這種高清晰度、高分辨率的衛(wèi)星影像圖具有極高的工程研究效用,尤其是對(duì)需要精確地形數(shù)據(jù)的公路勘測(cè)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),可以大大提高勘測(cè)設(shè)計(jì)的精度。

2 Google Earth提供的衛(wèi)星影像圖應(yīng)用于CAD圖形

在公路的設(shè)計(jì)過(guò)程中,需要對(duì)公路的路線(xiàn)進(jìn)行勘測(cè)研究,Google Earth所提供的衛(wèi)星影像圖就在這項(xiàng)工作上體現(xiàn)出了自己的優(yōu)化作用。我國(guó)目前通常使用AutoCAD軟件進(jìn)行公路路線(xiàn)方案的設(shè)計(jì)研究,因此需要將Google Earth提供的衛(wèi)星影像圖轉(zhuǎn)換為CAD圖形,換言之,需要將原本的球體坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)。

2.1 球體坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換原理

想要轉(zhuǎn)換不同體系的坐標(biāo),基準(zhǔn)控制點(diǎn)必須有兩個(gè)以上。在Google Earth的球面體系里,控制點(diǎn)坐標(biāo)的是經(jīng)緯度;在CAD的平面體系里,控制點(diǎn)坐標(biāo)的是XY坐標(biāo)。因此坐標(biāo)轉(zhuǎn)換分兩種情況進(jìn)行討論。

(1)坐標(biāo)體系為未知狀態(tài);該狀態(tài)包括了完全沒(méi)有地形圖的情況,在轉(zhuǎn)換時(shí)直接于研究區(qū)域中框選控制點(diǎn)即可,不過(guò)控制點(diǎn)的數(shù)目要大于2個(gè)才能確定出經(jīng)緯度。然后下載圖片,對(duì)平面圖的坐標(biāo)體系進(jìn)行自定義,將轉(zhuǎn)換參數(shù)確定出來(lái),接著代入高斯-克呂格投影公式,計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的XY坐標(biāo),這樣就能把影像圖插入CAD環(huán)境。

(2)坐標(biāo)體系為已知狀態(tài);在這種情況下,由于平面坐標(biāo)體系已知,轉(zhuǎn)換參數(shù)可以直接通過(guò)坐標(biāo)體系進(jìn)行確定。同樣以框選的方法選出控制點(diǎn)的XY坐標(biāo),計(jì)算出經(jīng)緯度后,利用墨卡托投影經(jīng)緯度轉(zhuǎn)化公式,該經(jīng)緯度就能與Google Earth的球體經(jīng)緯度對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化。然后只需下載圖片,利用原本的XY坐標(biāo)在平面圖中插入衛(wèi)星影像圖即可。

2.2 球體坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換流程

首先,需要確定范圍經(jīng)緯度,如果有地形圖,該范圍可以直接通過(guò)地形圖取得。范圍經(jīng)緯度確定后的工作要分兩方面進(jìn)行,一方面進(jìn)行坐標(biāo)的計(jì)算,另一方面按之前確定的范圍經(jīng)緯度在Google Earth中需找對(duì)應(yīng)的圖片地址。下載下來(lái)的圖片要確認(rèn)是否與實(shí)際需求相滿(mǎn)足,如果不滿(mǎn)足的話(huà)要依照實(shí)際地形進(jìn)行調(diào)整。將計(jì)算出的坐標(biāo)和Google Earth提供的圖片相整合后,就可以完成衛(wèi)星影像流程圖的輸出。

3 Google Earth提供的衛(wèi)星影像圖的三維仿真功能

3.1 Google Earth的三維衛(wèi)星影像應(yīng)用于公路建模

Google Earth為使用者提供了三維地圖功能,該功能所提供的影像不僅分辨率高,而且觀(guān)察視角不只一個(gè),這就讓人們有了新的方法與平臺(tái)來(lái)對(duì)道路方案進(jìn)行演示與優(yōu)化。應(yīng)用了Google Earth三維衛(wèi)星影像的的路線(xiàn)建模有別于過(guò)去的建模渲染,不僅不需要花費(fèi)太多的資源與時(shí)間,而且地形準(zhǔn)確度更高。出于提高路線(xiàn)真實(shí)度的考慮,路線(xiàn)建模需要實(shí)現(xiàn)三維化。通常來(lái)講,這種建模的難度不高,只要使用路線(xiàn)設(shè)計(jì)軟件就可以方便地于CAD環(huán)境下完成路面、跨線(xiàn)橋梁、中分帶、標(biāo)志、標(biāo)線(xiàn)等主要部分的建模工作。不過(guò)這種完成的模型還只是平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)圖元,所以需要進(jìn)行與之前正好相反的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,將平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為球面坐標(biāo)。

3.2 平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為球體坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換原理

與球體坐標(biāo)到平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化相同,將坐標(biāo)從平面轉(zhuǎn)換為球體亦分兩種情況。

(1)坐標(biāo)體系為未知狀態(tài);在這種情況下,可以直接對(duì)照實(shí)地和衛(wèi)星影像圖,完成路線(xiàn)模型到Google Earth的導(dǎo)入轉(zhuǎn)換,通常該工作由Sketch-Up軟件完成。不過(guò)需要注意的是,這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程一定會(huì)產(chǎn)生誤差,轉(zhuǎn)換精度較差,而且所花時(shí)間也較多。(2)坐標(biāo)體系為已知狀態(tài);在這種情況先要進(jìn)行球體坐標(biāo)的經(jīng)緯度計(jì)算,具體來(lái)說(shuō),需要利用控制點(diǎn)的XY坐標(biāo),同時(shí)也需要能對(duì)應(yīng)該坐標(biāo)的坐標(biāo)系參數(shù),然后只要將這些數(shù)據(jù)代入高斯-克呂格投影反解公式,該平面坐標(biāo)在球體坐標(biāo)系中的經(jīng)緯度就能計(jì)算出來(lái)。把原本CAD模型中的圖元全部轉(zhuǎn)化成實(shí)際的經(jīng)緯度,然后以Google Earth能夠直接打開(kāi)的文件格式保存即可,該項(xiàng)工作需要用到API與kml腳本語(yǔ)言。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著Google Earth軟件的日益成熟與發(fā)展,其所提供的衛(wèi)星影像圖也越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用于公路的勘測(cè)設(shè)計(jì)。Google Earth提供的直觀(guān)、立體、免費(fèi)的服務(wù)令公路設(shè)計(jì)的技術(shù)方案更加方便、快捷、準(zhǔn)確。這種利用了網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)輔助省去了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中大量的外業(yè)調(diào)查,節(jié)省了人力物力,也令公路勘測(cè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率得到了大幅度的提高,對(duì)我國(guó)的交通事業(yè)起到了極大的支持作用。

[1]張瑞.Google Earth在道路及規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[D].華中科技大學(xué),2007.

[2]王子明.Google Earth在公路工程可行性研究中的應(yīng)用[J].公路交通技術(shù),2008(5).

[3]姚天宇.Google Earth衛(wèi)星影像圖在道路設(shè)計(jì)中相比AutoCAD的優(yōu)勢(shì)[J].科技與企業(yè),2012(5).

[4]易共才,王彥軍,高宏.Google Earth在公路工程中的應(yīng)用研究[J].中外公路,2008(1).