基于Google Earth三維遙感影像在地質連圖中的應用

曹勇剛，李進喜

(甘肅省地礦局 第三地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730050)

基于Google Earth三維遙感影像在地質連圖中的應用

曹勇剛，李進喜

(甘肅省地礦局 第三地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730050)

提出了在1∶50 000區域地質(礦產)調查工作中將調查區具體點、線、區要素通過二次文件轉換生成KML或KMZ格式文件的方法，將其導入Google Earth客戶端中顯示；以西藏打加錯東地區1∶50 000區調項目為例，探討了利用實時瀏覽Google Earth三維遙感影像數據，結合調查區地形、地層產狀和地質文件來直觀地輔助地質工作前期布設和后期檢查；結合“V”字型法則，對青藏高原雪被區、自然地理條件惡劣等人力無法到達地域地質界線的圈連，對部分地層產狀的獲取和后期地質界線的圈連取得了良好效果，具有實際應用意義。

Google Earth；地標文件；等高線；遙感影像；地質連圖

0 前 言

Google Earth軟件一經發布，即在全球各行各業引起巨大反響，憑借其免費、數據源不斷更新和分辨率高的優勢，在地震、地理、測繪和地質方面發揮出重要作用，不斷有學者對其具體應用予以研究，在地質、地震及KML語言應用方面有研究者已做工作，但均未涉及其在地質連圖中的重要意義。在以往區域地質(礦產)調查工作中需購買SPORT、ALOS和ASTER等數據并由專人解譯，耗費大量人力物力，且在填圖工作進程中數據源未有更新，尤其對青藏高原雪被區或人力無法到達的區域，加上少量云層或陰影的干擾，影響具體連圖界線的判定，從而降低成圖質量。

現結合Global Mapper、Mapgis或Arcgis軟件可將工作區的圖框、等高線、經緯網、公里網和照片等每一個具體要素以KML語言直觀地展現于Google Earth上，從三維空間以地質思維具體分析地質現象，判明產狀，結合“V”字型法則，為具體地質連圖具有借鑒意義。

1 軟件平臺的準備

Google Earth 4.2，Mapgis 6.0，Global Mapper 14.1.2漢化版，谷歌衛星下載器和GetScreen軟件，具體操作過程中可適當以Arcgis10.0軟件輔助。

2 影像數據的獲取

Google Earth衛星影像數據是衛星影像與航拍數據的整合，分辨率高且為真彩色數據[1-2]，便于觀察分析地質現象，具體與其他衛星影像的對比見表1。

表1 GE影像數據與其他衛星影像數據的對比

目前獲取Google Earth衛星影像數據的方法主要有以下3種：a在谷歌衛星下載器軟件中輸入工作區既定范圍，下載完成后轉換為 *.tif格式的拼接閉合圖片，但其受導出級數的限制，一般無法獲取最高分辨率的影像且后續影像需多點誤差校正；b以Google Earth軟件在線瀏覽影像數據時以 GetScreen軟件圈定范圍截屏，得到分塊影像后仍需多點誤差校正[3-4]；c通過改變Google Earth緩存的存儲位置，在線瀏覽工作區詳細影像數據，影像無需下載，即可從三維角度任意觀察。

3 地標文件的管理

Google Earth所支持的地標文件為KML和KMZ格式，KML文件可用于保存如點、線、圖像、多邊形或3D模型等特定的地理信息，而KMZ格式文件實質是一種壓縮文件格式，其能存儲更多KML文件不能存儲的信息，如圖片，視頻等，只是包含了更多的用于顯示的輔助資料。打開Google Earth軟件添加地標后，可見地標的屬性包含有名稱、坐標(經緯度)、說明、樣式/顏色、視圖和海拔高度幾項，已滿足普通的研究應用。

3.1 地標文件的生成及導入

在1∶50 000區域地質(礦產)調查或大比例尺礦產普查、詳查工作中，已知工作區的具體范圍、公里網、經緯網等要素，通過輸入其具體坐標，經地標生成軟件即可生成KML文件。導入軟件后即可根據等高線和地質界線結合“V”字型法則連圖。以西藏打加錯東地區1∶50 000區調項目為例，若已知工作區等高線數據，由于Google Earth為WGS-84坐標系，首先將Mapgis線文件 *.wl通過單個文件的投影變換將其賦以實際經緯度范圍[5]，經文件轉換，再通過Global Mapper軟件將其轉換為KMZ格式地標文件，打開即可實時瀏覽工作區影像數據，如圖1所示。

圖1 調查區地形及三維影像數據(等高距20 m)

若工作區地質調查程度低，缺乏地質資料，無工作區等高線數據，例如部分非洲海外項目，可通過網站下載免費的SRTM數據[6]，目前能夠免費獲取中國境內和部分海外的SRTM3文件，SRTM3的文件里面包含1 201×1 201個采樣點的高度數據，該數據是90 m的數據，每個90 m的數據點是由 9個30 m的數據點算術平均得來的，誤差約30 m，需后續校正，該數據導入后仍可為地質前期工作起重要輔助作用。同理，可將已知的工區*.wt點文件和*.wp區文件通過投影變換和文件轉換將其轉為KMZ格式地標文件，將其顯示在Google Earth客戶端上，不同地質區的顏色和不透明度均可通過改變其屬性來實時調節，以利于觀察，如圖2所示。

圖2 調查區各地層分區及三維影像數據(不透明度75%)

3.2 地標文件的涉密管理

Google Earth地標文件新建保存成功后，為防止等高線，重要圖片等涉密地標的上傳共享泄密，可對項目已知的密級程度高的數據，適當刪除涉密要素[7]，在斷網狀態下將其打開使用；或可采取盡量使用網絡免費下載的DEM獲得的精度較低的高程數據；對重要地標分開保存，不合并保存于一個較大的KMZ格式文件下；不登錄Google賬戶或通過網絡和電子郵件共享地標文件，通過以上幾種方法來確保涉密地質資料的安全性。

4 地質連圖應用

4.1 巖層產狀的獲取

關于巖層產狀的測定方法，已有相當精確的巖層面擬合法、三點法[8-9]等，為方便高效，本文采用目視估算法。在軟件中導入地形數據后，選取合適角度，在測定范圍內，巖層產狀穩定，風化剝蝕程度較低，對巖層界面無影響，且無斷層或小褶皺的干擾，即可求的巖層產狀。現以求取調查區北東部昂杰組(P1a)灰白色變巖屑石英砂巖為例，該區平均海拔5 600 m之上，秋冬季均為冰雪覆蓋，實地測制產狀困難，結合Google Earth遙感影像獲取產狀步驟如下：a不斷調整以選取合適觀察方位，該區將正北方位拖至正東以利于觀察；b選取工具——標尺，分別測量地層兩交點A與B之間的距離，讀取兩點的高程分別為5 656，5 641 m，即高差為15 m，地圖長度即兩點直線距離為47.40 m，如圖3所示；c得其傾角為arcsin(15/47.4)≈18.45(°)，傾向可由軟件直接讀出為174.62(°)，故得該地層產狀為175(°)∠18(°)，走向85(°)。

圖3 地層產狀的獲取方法

4.2 地質界線的圈連

4.2.1 巖體與地層的界線

以測區中部古近紀石英二長斑巖(ηοπE)與典中組二段(E1-2d2)界線的圈連為例，已有兩條路線將其界線定出，石英二長斑巖呈巖蓋產出，蓋于典中組火山巖之上，以遙感影像結合地形與“V”字型法則，圈連如圖4所示。

圖4 巖體與地層界線的圈連

4.2.2 非正式填圖單位界線的圈連

測區東部昂杰組三段(P1a3)以灰色，灰黑色千枚巖、深灰色生物碎屑灰巖及淺灰色變巖屑長石巖屑砂巖為主，該段中影像呈灰黑色的為灰黑色千枚狀板巖。地質區文件不透明度為30%，以利于觀察影像，由前文可知該區地層產狀南傾，結合地形數據可知巖層傾向與地面坡向相同，且巖層傾角大于地面坡度角，轉為平面視角觀察，以“V”字型法則將其圈出[10]，如圖5所示。

圖5 非正式填圖單位的圈連

4.2.3 雪被區界線的圈連

測區北西部區域平均海拔5 750 m之上，共散落分布有5個冰斗冰川，均發育于雪線附近的積雪洼地中[11]，規模不大，面積0.4～0.8 km2之間，以刃脊、角峰為界。2014年5月底于溝中布設了一條追索路線，控制了冰舌的位置，經調查及與影像(影像數據日期2013年4月10日)對比發現其冰舌前緣位置未有明顯變化，冰舌位置穩定，說明氣候變化對海拔5 800 m之上冰川影響甚微，結合Google Earth歷史遙感影像可具體研究該地區冰斗的長度、寬度和深度，以作為氣候變化的重要指標，圈連后的冰川界線如圖6所示。

圖6 雪被區界線的圈連

5 結 論

本文以Google Earth軟件為平臺，探討了對調查區每一要素轉換為地標文件的方法，可將等高線、地質區、地層點、照片等融合顯示，實時觀察。利用Google Earth三維遙感影像數據，將其應用于自然條件惡劣地域、地層產狀測量、地質界線圈連、冰川活動調查均有很好效果，為地質工作前期部署及后期連圖、檢查均起到促進作用，提高了工作效率，節省人力財力成本，綜合表明其應用于地質調查領域初步可行。

[1] 丁志江, 王猛, 梁棟彬. 基于Google Earth影像圖遙感解譯在我國西北礦產地質調查中的應用[J]. 吉林地質, 2008, 27(4): 124-129.

[2] 陳強, 姜立新, 帥向華. Google Earth在地震應急中的應用[J]. 地震, 2008, 28(1): 121-128.

[3] 王美娟, 劉陽, 董連鳳. Google Earth影像快速糾正方法[J]. 地球, 2013(10): 90-91.

[4] 王宏俊. 基于Google Earth的1∶50 000地質地理底圖更新[J]. 山東國土資源, 2010, 26(11): 44-46.

[5] 吳信才. MAPGIS地理信息系統[M]. 北京: 電子工業出版社, 2004.

[6] 劉金輝, 竇金龍. Google Earth在地質勘查初期中的應用[J]. 中國礦業, 2009, 18(12): 100-101.

[7] 黃亞峰, 范理信, 李勝樂. 基于Google Earth的地質地震信息展示[J]. 測繪信息與工程, 2011, 36(2): 49-54.

[8] 蒲浩, 楊新林, 趙海峰, 等. 基于Google Earth的巖層產狀測量方法[J]. 西南交通大學學報, 2012, 47(6): 949-954.

[9] 王俊峰, 白宗亮, 田琮, 等. Google Earth在地質解譯中的應用[J]. 新疆地質, 2014, 32(1): 136-140.

[10] 徐開禮, 朱志澄. 構造地質學(第二版)[M]. 北京: 地質出版社, 1989.

[11] 田明中, 程捷. 第四紀地質學與地貌學[M]. 北京: 地質出版社, 2009.

An Application of Graph Geological Boundary on Google Earth Three-dimensional Image Data

CAO Yonggang, LI Jingxi

(No.3ExplorationInstituteofGeologyandMineral,GansuprovinceBureauofGeologyandMineralExploration,Lanzhou,Gansu730050,China)

This article puts forward a method for 1∶50 000 regional geological(mineral) survey project. Survey area dot-line-district of various elements will generate KML or KMZ format file through the second file conversion．It shows the files in Google Earth client. We have discussed the real-time browsing Google Earth of three-dimensional image data．By assisting early geological work in arranging to check combination with survey area terrain，we have a good understanding of the attitude of stratum and district file, including Qinghai-Tibet Plateau snow area，severe natural geographical conditions and the geologic boundary where human cannot reach by using the laws of “V”．With 1∶50 000 of regional geological survey project base of Tibet region east of DaJia lake，for example, we will access to part of the attitude of stratum to get the geologic boundary in good effect．This method has its significance of practical application．

Google Earth；Placemark file；Contour line；Remote-sensing image；Geological graph

2017-03-16

中國地質調查局地質調查項目青藏專項(12120113034400)

曹勇剛(1990-)，男，甘肅臨洮人，助理工程師，研究方向：區域地質礦產調查，手機：15009315175，E-mail：cygcao@126.com.

P618.13

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.02.049