Google Earth在公路路線設計中的應用

趙景彭

（山西省交通物資供應總公司，山西 太原 030012）

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

Google Earth軟件平臺的優勢在于接口開放和衛星影像三維地形數據的免維護使用，是一款普及率比較高的大眾化軟件。GE軟件GIS數據覆蓋面廣、衛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數據，這些地理信息正是公路前期路線設計所需的基礎數據，同時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演示更具有身臨其境的現場效應。

1 在公路路線設計布設中的應用

公路路線設計中村鎮、路網、廠礦、環境敏感點（文物、水源地、保護區等）等是主要的控制因素，隨著社會經濟的發展，高速公路的建設趨向于山區化和平原地區的路網加密化，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，因經濟的飛速發展，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、開發區、環境敏感點）直接導致選線的成功與否。

Google Earth擁有高清晰三維衛星影像且衛星圖片數據更新及時，因此對村莊、路網、廠礦既能分辨清楚又能及時補充新建的廠礦、開發區等地物，基本上能反應該區域近期現狀，因此將在地形圖上布設的路線轉換為Google Earth軟件上，就能很清楚直觀地了解路線的布設正確與否，是否與當地的規劃、廠礦、村莊等存在沖突，以便于及時調整路線方案，提高設計質量、縮短設計時間和減少外業踏勘的工作量。

路線在CAD與Google Earth之間的轉換核心問題是坐標的轉換，即將CAD文件中的大地坐標轉換為WGS-84經緯度坐標，轉換步驟如圖1。

圖1 路線在CAD與Google Earth之間的轉換步驟

1.1 CAD平面坐標導出

首先利用緯地道路設計軟件在地形圖上進行路線設計，根據地形圖上坐標系統，利用緯地道路軟件導出設計路線平面的坐標。

1.2 坐標轉換使用和校核

利用坐標轉換（Coord3.1）軟件，對平面坐標和經緯度坐標進行轉換。在這里首先了解坐標系統，坐標系統大致有3種方法：大地坐標（WGS-84經緯度），空間直角坐標（X、Y、Z），平面坐標（X、Y、H，北京54、西安80等）。同一個坐標系統坐標轉換是嚴密的，而在不同坐標系統的轉換是不嚴密的，因此不同坐標系統坐標轉比較嚴密的是用七參數法，即X、Y、Z平移，X、Y、Z旋轉，尺度變化K。在一個地區七參數需要3個以上的已知點。詳細步驟如圖2。

圖2 坐標轉換步驟

利用經過校核的七參數（三參數），利用Coord3.1的批量轉換功能，將路線的坐標點轉換為經緯度的坐標（文件格式為TXT型）。

1.3 轉換為WGS-84經緯度坐標，并利用KML文件導入Google Earth中

利用轉換后的WGS-84經緯度坐標，根據Google Earth中的添加中的路徑功能并結合KML（keyhole markup language），將轉換后的經緯度坐標（文件格式為TXT型）導入到KML文件中，即緯地中的路線數據就成功導入了谷歌地圖中。轉換步驟如圖3。

圖3 坐標導入KML文件步驟

使用KML文件將路線數據文件導入谷歌地圖中最為關鍵，因此需要詳細了解KML文件的格式及優勢，現將KML文件的特點和語言結構介紹如下。

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

表1 KML的特點

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

表2 KML文件的屬性標簽

通過以上的轉換，CAD中的路線完全布置于谷歌地圖中，根據谷歌地圖的三維地形圖中的地物情況，能準確了解路線經過地方的實際情況，是否與當地的敏感性地物存在沖突，及時進行路線方案的修改，從而節省大量外業踏勘時間并且能提高現場調查的準確度，為路線方案的選擇提供充分的依據。谷歌地圖中的路線數據通過KML文件導出WGS-84經緯度坐標，利用Coord3.1的批量轉換功能將WGS-84經緯度坐標轉換為平面坐標，再通過CAD將其布置于地形圖中。

2 工程應用實例

在某高速公路工可階段路線設計過程中，將Google Earth的衛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，路線需從縣城附近經過，特別是河（綿延近16 km）兩側工廠林立，村莊密集，跨越河道難度較大，只能在河一側布線。收集到最新的1∶10 000電子地形圖（2000年）距今已有十幾年，與實際現狀相差很大。從地形圖（圖4）看，河東岸沒有什么地物，工廠和村莊主要集中在河的西岸，為了不干擾當地經濟發展和村民的生活，同時東岸的山腳下地勢平緩，地形條件較好，工程量較小，造價較低，因此將路線布置于河的東側。

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

為了保證路線布設的合理性，采用以上的坐標轉換方法將路線布置于谷歌地圖中（詳見圖5），發現村對面的溝口已經布置了化工廠，一側與河和村相距不足50 m，另一側沿溝延伸將近1 km，工業園區規模較大，拆遷困難；并且東岸溝口的北面已經建成新的村莊，路線再從東側經過已經不現實，為了保證路線方案的成立，項目設計組重新布設了河西側的路線方案，即圖5的A線方案。

根據初步控制布設在谷歌地圖上的A線路線方案，通過轉換后將其布置于地形圖上，再進行詳細的緯地路線設計，詳細情況見圖6。通過外業踏勘，谷歌地圖上所反映的地物情況與現場踏勘基本吻合，最終以A線方案作為推薦方案。

3 結語

通過以上的論述，只要簡單了解坐標轉換和Google Earth的KML文件中標簽的基本含義，就能將Google Earth應用于公路工程可行性研究階段的路線走廊帶研究，并且節省大量外業踏勘工作量，縮短路線設計的工作時間和提高路線設計的質量，同時在路線方案匯報中，路線方案與谷歌三維地形圖的完美結合，更加符合人們的感性認識。下一階段如何將路線導入導航軟件（手持GPS）中，使現場踏勘能清楚了解自己所處的位置及與路線的相對位置，將對現場踏勘的質量有很大提高。