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；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)當中，在管道工程建設(shè)的投標、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)投標文件編制

在一項管道工程投標前，建設(shè)單位根據(jù)招標投標法組織投標人踏勘項目現(xiàn)場，旨在讓投標人對工程施工現(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，在投標書的編制過程中，有助于投標人了解項目施工現(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)于投標策略和投標報價的決定，以使投標文件更加符合招標文件的要求。Google Earth彌補了投標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)標投標報價的合理性與競爭性，技術(shù)標施工方案的針對性與可行性，對投標業(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。

把管道線路的坐標點導(dǎo)入GoogleEarth，使線路樁點坐標地理信息具體化，使空間感加強，當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)缆罚⒖筛鶕?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.坐標系的轉(zhuǎn)換

坐標系的轉(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西安坐標系統(tǒng)，而Google Earth采用的是WGS84經(jīng)緯度坐標系統(tǒng)，對管道工程使用的坐標不能識別，因此，就需要將1980西安坐標轉(zhuǎn)換為WGS84經(jīng)緯度坐標。

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

圖2 Coord軟件轉(zhuǎn)換坐標

（2）GPS設(shè)備轉(zhuǎn)換坐標方法。可以利用全球定位系統(tǒng)（GPS）設(shè)備中的坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換功能將坐標進行轉(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”中的坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換功能將1980西安坐標轉(zhuǎn)換為WGS84經(jīng)緯度坐標。

圖3 文件另存格式

圖4 工作表轉(zhuǎn)換格式圖標

3.坐標點的輸入

將線路樁點及控制點坐標完成坐標轉(zhuǎn)換后，將轉(zhuǎn)換過來的坐標點數(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都創(chuàng)建在Google Earth中，也可以將一些特殊的位置坐標（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 新坐標點的輸入

4.模擬管道線路的生成

將坐標點全部輸入Google Earth后，會在其中形成一系列轉(zhuǎn)角樁坐標點，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