Google Earth 在東帝汶國家電網(wǎng)工程中的應用

劉 琪

(四川省電力設計院，四川 成都 610072)

目前國內(nèi)電網(wǎng)市場建設趨于飽和，越來越多的勘測設計單位積極開拓海外市場，在當前背景下，我院與中國核工業(yè)第二二建設有限公司簽訂了合同，由我院承擔東帝汶海拉～帝力150kV雙回路送電線路工程施工圖設計階段的勘測設計任務。該工程位于東帝汶首都帝力附近，同國內(nèi)工程不同的是，我們對該地域了解很少，且東帝汶又是剛剛獨立的國家，百廢待興，很難獲得相關的線路資料，幾乎收集不到任何地形圖等具體資料，且該項目工期要求緊，最后我們決定應用Google earth提供的高清三維遙感影像進行該線路的勘測設計工作。但是，電力線路勘測和一般的線路勘測相比，有其自身的特點，線路窄而長，電力線走廊通視條件一般較差，尤其是在山區(qū)，且對平面和高程精度要求不一致，依據(jù)《220kV及以下架空送電線路勘測技術規(guī)程 DL/T5076－2008》之規(guī)定，距離較差不大于1/1000，高差較差不大于0.4S(S為測距邊長，以km為單位，小于0.1km時按0.1km計，計算結果單位m)。同時還規(guī)定“以相鄰兩直線樁中心為基準線延伸直線，其偏離直線方向的水平角值不應大于1′”即每公里的相對偏差不應大于0.28m，即不應大于1/2700。

1 Google Earth遙感影像地圖

Google Earth(簡稱GE) 在全球免費提供了大量的高分辨率影像，在東帝汶境內(nèi)，GE提供的影像照片分辨率一般都是優(yōu)于15m，大部分地區(qū)可以達到1m左右，視角高度(Eye alt)約為500m，成圖比例尺接近800:1，這樣的高分辨率影像完全滿足線路勘測設計的要求。

2 GE在東帝汶電網(wǎng)工程中的應用

2.1 GE 地圖上選線

GE是以WGS84坐標系統(tǒng)作為框架，投影采用的是墨卡托投影方式，這與我們使用的GPS儀器采用的坐標系統(tǒng)是一致的。首先我們在GE地圖上大概選出整個線路的路徑走向，并利用GE的添加地標功能，在路徑圖上把每個轉(zhuǎn)角塔位標注出來，這樣就在GE上形成一個完整的路徑圖。然后在GE圖上進行影像的判別，調(diào)整路徑，讓線路避開公路，村莊，教堂，學校等對路徑有影響的地物。由于東帝汶是個土地私有制國家，根據(jù)東帝汶政府的要求，要盡量避開一些人工的建筑物，私有的莊園領地等，見圖1 。

圖1 GE路徑圖

最后是進行整體路徑的優(yōu)化，提取路徑圖上各個轉(zhuǎn)角的WGS84坐標，作為現(xiàn)場實地踏勘的初選位置，同時依據(jù)設計好的路徑圖對每天的基準站位置和工作量進行優(yōu)化安排，這樣既保證了工程精度，又提高了工作的效率。

2.2 近似斷面數(shù)據(jù)的采集

由于GE還沒有開放它的高程數(shù)據(jù)，GE的立體影像模型是用美國太空總署(NASA)和美國防部國家圖像測繪局(NIMA)聯(lián)合測量的全球SRTM的數(shù)據(jù)建立的，其中的SRTM3是迄今為止現(xiàn)勢性最好，分辨率最高，精度最好的全球性數(shù)字地形數(shù)據(jù)，而GE的影像就是疊加在SRTM3數(shù)據(jù)之上的，SRTM3的標稱絕對高程精度+16m，標稱絕對平面精度20m，以EGM96的大地水準面為高程基準，WGS84橢球為平面基準，GE用來構建三維地面模型的DEM數(shù)據(jù)相同，所以GE中地面高程的精度并不因影像清晰與否而有所不同，高清影像只是有助于目標的識別，而對高程精度并無影響。這樣就為我們從圖面提起GE的高程信息提供了可能。近似斷面數(shù)據(jù)采集工作流程見圖2。

圖2 數(shù)據(jù)采集工作流程

利用Google Earth 開放的API，我們用VB語言開發(fā)了從GE三維圖面上直接提取坐標經(jīng)緯度和高程的程序，主要用到了GE里面ApplicationGE類中的GetPointOnTerrainFromSc reenCoords函數(shù)，提取GE視圖中屏幕經(jīng)緯度坐標和高程信息，見圖3。

通過近似斷面提取程序，首先在打開的GE影像視圖中，確定每個線路路徑轉(zhuǎn)角坐標，并把選擇好的轉(zhuǎn)角坐標連線，生成KML文件，然后將KML導入近似斷面數(shù)據(jù)采集軟件，識別線路路徑圖，從中提取出線路各個轉(zhuǎn)角樁位置的坐標和高程信息，然后以轉(zhuǎn)角樁位置為起始點沿線路方向，自定義采集步長，從GE影像上沿路徑方向提取斷面點坐標高程信息，同時根據(jù)設計要求，還需采集左右邊線和部分危險斷面點，生成文本文件，最后用這些提取的坐標和高程信息，用自開發(fā)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件，生成道亨的斷面圖，并在其上排干定位，然后用這些數(shù)據(jù)在現(xiàn)場實地放樣和校測，相對與實地的工測數(shù)據(jù)，見圖4。

圖3 GE三維數(shù)據(jù)采集

從圖4分析，在地形起伏不大，植被比較稀疏的地區(qū)地形趨勢和實際的比較符合，有較高的可信度，如在圖上A點到B點之間，附近地勢平坦，B、C點之間，E點零度方向側(cè)區(qū)域植被稀少，GE采集斷面和實測斷面擬合較好，高程點較差均在3m以內(nèi)，部分地形起伏變化較大，植被密，覆蓋厚的山坡，且山脊上有凹陷區(qū)域的地方，如圖上B點處林木比較茂盛，有高大樹木高程較差達到15m，D點前面山坳，E點前進方向處山坳區(qū)域，提取的高程數(shù)據(jù)就有很大的誤差，這應該和GE的DEM數(shù)據(jù)有關系，GE影像和DEM數(shù)據(jù)有時會有系統(tǒng)偏差，需要應用相關的數(shù)學函數(shù)擬合處理高程點，消除系統(tǒng)誤差。最后GE生成的斷面圖基本可以滿足現(xiàn)場定位的要求。這樣的工作流程和航測線路工作基本是一致的，減少了大量的線路外業(yè)測量的工作，提高了工作效率。

圖4 GE和工測斷面比較圖

2.3 精度分析

線路勘測完成后，對了平面位置，我們將GE影像中提取的50多個地物特征點，如公路邊界點、教堂、學校等建筑物邊緣點，與實測數(shù)據(jù)進行比較，80%的特征點GE平面坐標點位較差均小于3m，15%的小于5m，5%的數(shù)據(jù)由于是在茂密的林區(qū)采集的，植被覆蓋較厚，誤差超限，在不影響電氣專業(yè)排干定位的情況下，忽略了該部分數(shù)據(jù)。高程方面，我們把以特定步長提取的斷面數(shù)據(jù)和實際測量的高程點位數(shù)據(jù)進行比較，地形起伏比較小、地表植被稀疏的地區(qū)和實際測量的數(shù)據(jù)基本吻合，我們主要比較了29km，共78個塔位實測高程和GE采集高程較差，60%在3m以內(nèi)，30%在3m～10m之間，10%的10m～15m之間，由于GE的影像存在系統(tǒng)變形，我們沒有用專業(yè)糾偏軟件處理圖像，某些凹陷的山坡處圖像解析的不好，所以GE采集的高程和實際的相差較大，所以在選線時應盡量避開這些地區(qū)。

2.4 利用Path Editor形成效果圖

Path Editor(以下簡稱為PE) 是為GE開發(fā)的KML批量制作工具。用于大量坐標數(shù)據(jù)文件與KML文件的雙向交流?？梢詫崿F(xiàn)坐標數(shù)據(jù)到KML文件的制作；由KML文件提取坐標數(shù)據(jù)并生成文本文件；坐標數(shù)據(jù)的中間處理等功能，可用來制作電力、通訊、煤氣、自來水路徑及地名標注等。這里我們在路徑終勘結束后用來制作線路路徑圖并在GE上顯示出來，首先，我們將全線桿塔位的WGS84坐標輸入到Path Editor軟件中，再生成GE的KML地標文件，然后把KML的地標文件導入GE，同時修改距離地表的高程，便形成了全面的路徑圖，見圖5。

3 結論

總之，在國外地圖資料匱乏，又不能收集到資料的情況下，利用GE提供的高清地圖影像進行線路勘測設計是完全可行的，不但能更好從全局對線路路徑進行優(yōu)化設計，而且還有效的降低了勘測強度，節(jié)約成本。

圖5 GE桿位路徑圖

可以看到，GE提供的全球開放的平臺，為我們以后無論是從事國內(nèi)還是國外的電力勘測項目，都提供了一種全新的便利的勘測模式。分辨率更高的地圖影像提供了更好的平面精度，只是由于GE的高程信息沒有開放，地形高程數(shù)據(jù)的精度較低，在某些區(qū)域存在較大的系統(tǒng)偏差，目前只能通過從平面影像提取高程信息，且有一定程度的高程系統(tǒng)誤差。但是隨著google 不斷的更新更多區(qū)域的影像圖和以后高程信息的開放，將改變我們傳統(tǒng)的電力勘測模式。線路設計中使用GE，能完全滿足設計要求，可大大的節(jié)約設計成本，縮短設計時間，體現(xiàn)較強的實用價值，對于國內(nèi)外的電力勘測項目都值得推廣研究。

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