GoogleEarth在鐵路測繪工作中的應(yīng)用

李平蒼

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 Google Earth介紹

谷歌地球(Google Earth)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)星影像、航空照片和GIS布置在一個地球的三維模型上，使用了公共領(lǐng)域的圖片、受許可的航空照片、以及QuickBird、LANDSAT-7等衛(wèi)星所拍攝的衛(wèi)片。Google Earth中的影像分辨率通常為30m，但在城市、風(fēng)景區(qū)、建筑物密集區(qū)域，分辨率可以達(dá)到10m、2.5m，甚至0.5m。

2 在鐵路控制測量中的應(yīng)用

鐵路勘察設(shè)計控制測量主要包括:勘測GPS控制測量、精密控制GPS測量、導(dǎo)線測量、高程測量、CPⅢ測量等工作。

Google Earth對鐵路控制測量的前期準(zhǔn)備工作很有幫助，特別是在手頭沒有地形圖，或者1：5萬軍用圖年代久遠(yuǎn)，與實際地形差別較大時，可以結(jié)合線路方案在Google Earth上進(jìn)行初步選點，做好控制網(wǎng)及選點路線的大致規(guī)劃。根據(jù)初選點位的大地坐標(biāo)，利用手持GPS導(dǎo)航至點位附近再進(jìn)行現(xiàn)場詳細(xì)選點埋石(如圖1所示)。

圖1 GPS點之記

繪制控制點之記時，可在Google Earth上影像截圖，制作交通路線圖和點位略圖;測量實施階段，可利用Google Earth選擇最佳的測量路線，以提高測量效率。

3 在航空攝影測量中的應(yīng)用

在鐵路勘察設(shè)計的初測階段通常先進(jìn)行航空攝影測量，主要包括航線設(shè)計、航飛實施、地面基站配合、像控點選刺、像片調(diào)繪、航片掃描、空三加密、4d產(chǎn)品制作等工作。

利用Google Earth可以輔助航線設(shè)計，根據(jù)影像和高程情況合理劃分測段;IMU/DGPS輔助航空攝影還要選擇檢校場，檢校場的選擇有其特定的要求，比如Lidar檢校場需要選擇在地勢平坦地區(qū)，要遠(yuǎn)離水面，檢校區(qū)要有一條長度至少1000m，寬20～50m的道路(最好是機(jī)場跑道或柏油馬路)，檢校區(qū)內(nèi)還要有一定數(shù)量的“人”字形尖頂房屋。如果進(jìn)行現(xiàn)場選擇，費時又費力，而利用Google Earth進(jìn)行檢校場的選擇就會顯得非常容易。另外基站配合人員也可根據(jù)Googe Earth影像和即將航飛的測線位置選擇適宜的地面控制點(如圖2所示)。

圖2 檢校場選擇設(shè)計

像控點測量之前，一般要先在室內(nèi)標(biāo)出像控點選取的概略范圍，并用玻璃鉛筆在刺點片上圈出。在地物較少的地區(qū)，高精度像控點的選擇比較困難，而外業(yè)用的相紙刺點片由于比例尺較小地物不明顯，這種情況下可借助于Googe Earth影像進(jìn)行較高精度像控點點位的選擇。

像片調(diào)繪同刺點一樣，需要事先在室內(nèi)做好準(zhǔn)備工作，首先應(yīng)根據(jù)線位走向在調(diào)繪航片上畫出調(diào)繪范圍，室內(nèi)能判讀的地物提前判讀，如果結(jié)合 Googe Earth，將會大量增加室內(nèi)判讀信息，減少外業(yè)工作量。

在鐵路項目的前期，對地形圖或正射影像圖的精度要求不高，這時可在Googe Earth上量取控制點作為像控點進(jìn)行空三加密，來完成中、小比例尺的成圖工作。

4 在鐵路網(wǎng)規(guī)劃和預(yù)可研階段的應(yīng)用

在鐵路網(wǎng)規(guī)劃或鐵路項目的預(yù)可行性研究階段，通常需要制作小比例尺的影像圖，利用的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)大多是ALOS、SPOT、TM等，這些影像數(shù)據(jù)可從衛(wèi)星影像的代理商購買，不同數(shù)據(jù)不同分辨率價格有所不同，由于鐵路網(wǎng)規(guī)劃和預(yù)可研階段是對擬建項目進(jìn)行大范圍的預(yù)可行性研究，所需要的影像數(shù)據(jù)面積較大，影像數(shù)據(jù)的采購費用將會很高。由于該階段對影像圖的現(xiàn)實性要求不會太高，Googe Earth影像可以滿足其要求。從2009年開始，我們利用自動截圖軟件Get-Screen，設(shè)置好截圖范圍，視角高度，從Googe Earth上自動截圖并拼接形成大圖，用它進(jìn)行鐵路網(wǎng)規(guī)劃和預(yù)可研階段影像圖的制作，節(jié)省了大量影像數(shù)據(jù)采購費用。例如在2010年，全年制作國內(nèi)外鐵路項目各類影像圖 600萬 km2，按照 10m分辨率 ALOS影像2 950元/景，每景70 km×70 km計算，將節(jié)省影像數(shù)據(jù)采購費用300多萬元。

在鐵路預(yù)可研階段，還會經(jīng)常采用1：5萬地形圖進(jìn)行方案研究，而我國現(xiàn)有的軍用圖多是幾十年前制作的，現(xiàn)勢性非常差，特別是在城市等發(fā)達(dá)地區(qū)，現(xiàn)場情況與地圖差別較大，嚴(yán)重影響了鐵路方案研究的可行性。而Googe Earth上的影像比1：5萬圖要新很多，特別是大城市等發(fā)達(dá)地區(qū)的影像多是近兩年的數(shù)據(jù)，現(xiàn)勢性較好。所以我們先利用Googe Earth對1：5萬地形圖進(jìn)行修測，然后再進(jìn)行鐵路的方案研究，提高了鐵路方案研究的質(zhì)量。

近幾年，隨著京津城際和京滬高鐵等一大批高速鐵路的建成通車，我國的鐵路建設(shè)技術(shù)水平已達(dá)到世界先進(jìn)行列。很多國家對中國高鐵興趣濃厚，有意采用中國技術(shù)進(jìn)行本國的鐵路建設(shè)。對國外一些國家進(jìn)行鐵路網(wǎng)規(guī)劃或鐵路預(yù)可行性研究時，最讓人頭疼的是基礎(chǔ)資料的匱乏，一些貧窮國家根本沒有地形圖資料，有些國家即使有地形圖資料，但由于各種原因無法收集到，致使前期研究工作無法開展。2010年我們參與了十幾條國外鐵路項目的前期研究工作，為了能對項目進(jìn)行深入的研究，不僅利用Googe Earth影像制作了小比例尺影像圖，還制作了大量1：5萬或1：20萬地形圖。地形圖制作方法如下。

(1)地貌信息生成

地形圖的地貌信息，即等高線和高程點采用GDEM數(shù)據(jù)及專業(yè)軟件制作。GDEM是日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省和美國航空航天署合作使用ASTER數(shù)據(jù)生成的全球數(shù)字高程模型(Global Digital Elevation Model)，2009年6月發(fā)布，全球用戶可免費申請下載。GDEM數(shù)據(jù)為1°×1°方格，做過基礎(chǔ)薄云處理，全球95%地區(qū)縱向數(shù)據(jù)間距20m，95%地區(qū)橫向數(shù)據(jù)間距30m，基本可以達(dá)到5萬圖的精度要求。

(2)地物信息采集

對于道路、水系、建筑物、構(gòu)筑物等地物采集在Googe Earth軟件中進(jìn)行;對于地區(qū)、城鎮(zhèn)、河流、道路等地物的注記屬性可從Googe Earth中提取;地物及屬性采集時按要素類型進(jìn)行分別采集，1：20萬地形圖矢量采集時視角高度不高于20 km，1：5萬地形圖矢量數(shù)據(jù)采集時視角高度應(yīng)不高于5 km。地物采集的具體要求如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)采集要求

(3)圖形編輯和整飾

將地貌信息和地物信息合二為一，利用圖形編輯軟件根據(jù)項目要求進(jìn)行編輯整飾，完成相應(yīng)比例尺地形圖的制作，保證了無圖地區(qū)或無圖國家鐵路項目前期研究工作的順利開展(如圖3所示)。

圖3 國外某鐵路項目1∶5萬地形圖

5 結(jié)束語

當(dāng)今社會已步入信息化時代，信息化使人類能以更快更便捷的方式獲取并應(yīng)用人類的文明成果。只要我們用心去發(fā)現(xiàn)、去嘗試，身邊將會有很多東西成為我們工作學(xué)習(xí)的工具。Google Earth只是一款虛擬地球軟件，看上去和鐵路勘察毫無干系，經(jīng)過我們的認(rèn)真梳理，它在鐵路測繪中的眾多環(huán)節(jié)都是我們工作的好幫手。隨著Google Earth軟件功能的進(jìn)一步完善、影像分辨率進(jìn)一步提高、數(shù)據(jù)的現(xiàn)實性進(jìn)一步加強(qiáng)，其在各行業(yè)的應(yīng)用會更加廣泛。

［1］王一川.Google Earth衛(wèi)星影像輔助空三制作中小比例尺地形圖［J］.鐵道勘察，2011(4)

［2］http://baike.baidu.com/view/18437.htm

［3］鈄春紅.Google Earth在水利水電測繪中的應(yīng)用［J］.地理空間信息，2011(5)

［4］http://apps.hi.baidu.com/share/detail/22148291

［5］CH/T1013—2005 基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品數(shù)字影像地形圖［S］

［6］TB/T 10059—98 鐵路工程制圖圖形符號標(biāo)準(zhǔn)［S］

［7］GB/T15968—2008 遙感影像平面圖制作規(guī)范［S］