基于CARD/1軟件平臺開發(fā)實現(xiàn)GoogleEarth道路三維數(shù)據(jù)的研究
2014-12-31 00:00:00劉和平安民偉蔣雷
數(shù)字化用戶 2014年7期
【摘 要】道路設(shè)計隨著科技的進步經(jīng)歷了手工繪制到電子繪制的轉(zhuǎn)變，然而隨著時代的發(fā)展三維設(shè)計成為必然。目前借助GoogleEarth平臺進行一系列的工程設(shè)計成為一個重要的研究方向。本論文針對如何將道路設(shè)計軟件中的路線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為在GoogleEarth中可識別的數(shù)據(jù)進行研究說明，并提出了應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】CARD/1 GoogleEarth KML文件 道路三維設(shè)計
Abstract： With the progress of Science and Technology， road design experienced the transformation from hand drafting to the electronic drawing. However， three-dimensional（3D） design has become inevitable with the times. Currently， using GoogleEarth platform in a series of engineering and construction design has become an important research direction. This thesis focuses on how to convert the route data into the acceptable ones by GoogleEarth in the road design.
Key words： CARD/1、GoogleEarth、KML file、 route 3D
一、前言
隨著電腦的廣泛應(yīng)用，道路設(shè)計從手工繪圖進入了以CAD為代表的電腦繪圖；再隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，道路設(shè)計又逐漸從電腦平面設(shè)計轉(zhuǎn)向三維設(shè)計。
目前GoogleEarth以其數(shù)據(jù)的準確性，三維的直觀性在許多行業(yè)都得以廣泛應(yīng)用，在道路設(shè)計尤其是山區(qū)道路前期設(shè)計中如何如何在GE中實現(xiàn)道路的三維設(shè)計，成為設(shè)計者關(guān)心的問題。
本文通過對*.kml文件的解析研究，并在CARD/1平臺下進行二次開發(fā)，生成GoogleEarth可識別的*.kml文件。對將路線設(shè)計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GoogleEarth數(shù)據(jù)的思路進行介紹。
二、原始數(shù)據(jù)及目標格式
路線設(shè)計數(shù)據(jù)：由于道路設(shè)計軟件的不同各自的路線數(shù)據(jù)格式也不一樣。但是這里我們可以考慮將這些不同的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一個通用的數(shù)據(jù)格式如下：
X（N） Y（E） Z（設(shè)計高）
X 、Y可從逐樁坐標表獲取（XY為測量坐標）
Z由縱斷面設(shè)計數(shù)據(jù)獲取，無Z則貼地表面
也就是從我們的軸線上提取一系列等間距的點（如5m間距），再將這些點串聯(lián)起來得到近似的軸線。
KML數(shù)據(jù)格式：
KML全稱是Keyhole Markup Language ，KML是一個基于XML語法和文件格式的文件，用來描述和保存地理信息如點、線、圖片、折線并在GoogleEarth客戶端中顯示，這里我們主要采用作為KML文件的根標簽：
……
102.638173072869，25.05264135071148，0
102.6354267987128，25.05176082152575，0
102.6325113720684，25.04981177156513，0
……
coordinates區(qū)間的內(nèi)容為GoogleEarth中的串聯(lián)點數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)格式為：
經(jīng)度，緯度，高程
其中經(jīng)緯度單位為度，高程為米。當高程小于GoogleEarth中的高程值時點將在表面顯示。
三、程序思路
通過上面的介紹可知，其實問題的關(guān)鍵就在于如何將我們設(shè)計中的坐標轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度的問題。
道路的三維開發(fā)思路如下：
其中主要的公式：
其中主要參數(shù)及公式如下：
需要準備參數(shù)：
PI = 3.1415926 |圓周率
SL0 = 105 |中央經(jīng)度，各帶不同
aa = 6378140 |橢球體長半軸
bb = 6356755.2882 |橢球體短半軸
k0 = 1 |比例因子
FE = 500000 |東經(jīng)偏移
FN = 0 |南半球
Dy = 0 |東坐標校正值
Dx = 0 |北坐標校正值
Dl = 0 |東經(jīng)校正值
Db = 0 |北緯校正值
計算中間參數(shù)
ff = （aa - bb） / aa |扁率
ee = SQRT（1-（bb/aa）**2） |第一偏心率
ee0 = SQRT（（aa/bb）**2-1） |第二偏心率
函數(shù)一高斯-克呂格投影反解
編寫函數(shù) 函數(shù)名；輸入變量sL0；輸入變量sXN；輸入變量sYE；返回變量sL；返回變量sB
FUNCTION XY2BL：sL0；sXN；sYE；sL；sB
|計算開始
e1 = （1 - bb / aa） / （1 + bb / aa）
Mf = （sXN - FN） / k0
fai = Mf / （aa * （1 - ee * ee / 4 - 3 * （ee**4） / 64 - 5 * （ee**6） / 256））
Bf = fai + （3 * e1 / 2 - 27 * （e1**3） / 32） * SIN（2 * fai） + （21 * e1 * e1 / 16 - 55 * （e1**4） / 32） * SIN（4 * fai） + （151 * （e1**3） / 96） * SIN（6 * fai）
Rf = aa * （1 - ee * ee） / （（1-（ee*SIN（Bf））**2）**（3/2））
Nf = aa / SQRT（1 - （ee * SIN（Bf））** 2）
Tf = （TAN（Bf））**2
Cf = （ee0 * COS（Bf））**2）
DD = （sYE - FE） / （k0 * Nf）
|結(jié)果
sB = Bf- （Nf * TAN（Bf） / Rf） * （DD * DD / 2 - （5 + 3 * Tf + Cf - 9 * Tf * Cf） * （DD**4） / 24 + （61 + 90 * Tf + 45 * Tf * Tf） * （DD**6） / 720）
sL = sL0 + （1 / COS（Bf）） * （DD - （1 + 2 * Tf + Cf） * （DD**3） / 6 + （5 + 28 * Tf + 6 * Cf + 8 * Tf * Cf + 24 * Tf * Tf） * （DD**5） / 120）
|化為度數(shù)
sB = sB * 180 / PI
sL = sL * 180 / PI
END FUNCTION
函數(shù)二高斯-克呂格投影正解
FUNCTION BL2XY：sL0；sXN；sYE；sL；sB
sL= sL* PI / 180 |經(jīng)度化為弧度
sB= sB* PI / 180 |緯度化為弧度
|中間值
Tf = （TAN（sB））**2
Cf = （ee0 * COS（sB））**2）
Af = （sL - sL0） * COS（sB）
value1=（1-（ee**2）/4-3*（ee**4）/64-5*（ee**6）/256）*sB
value2=（3*（ee**2）/8+3*（ee**4）/32+45*（ee**6）/1024）*SIN（2*sB）
value3=（15*（ee**4）/256+45*（ee**6）/1024）*SIN（4*sB）
value4=（35*（ee**6）/3072）*SIN（6*sB）
Mf = aa*（value1-value2+value3-value4）
Nf = aa / SQRT（1 - （ee * SIN（sB））** 2）
|結(jié)果
value1=（Af**2）/2+（5-Tf+9*Cf+4*（Cf**2））*（Af**4）/24 value2=（61-58*Tf+（Tf**2）+270*Cf-330*Tf*Cf）*（Af**6）/720
sXN = k0*（Mf + Nf*TAN（sB）*value1 + value2）
value1=（1 - Tf + Cf） * （Af**3）/6
value2=（5 - 18*Tf + （Tf**2） + 14*Cf - 58*Tf*Cf） * （Af**5）/120
sYE = FE + k0*Nf*（Af + value1 + value2）
END FUNCTION
備注：其中**表示幾次方；*表示乘；|表示注釋；SQRT表示絕對值。
四. 成果展示
說明：填方段落可以按照設(shè)計標高顯示（上圖紅色部分），挖方部分（如上圖地表黃色線條）由于目前GoogleEarth不能透明顯示，故沿其表面顯示。
五、應(yīng)用前景
在前期路線方案設(shè)計中，可以將生成的*.kml文件導入安裝有GoogleEarth的電子設(shè)備中，然后配合導航功能，可以在測繪地形圖還未完成的情況下，依靠它實現(xiàn)踏勘地物的快速尋找，尤其在山區(qū)密林地帶踏勘地物很難識別，但是通過GE則很容易進行定位。
其次可以作為三維的匯報材料。
參考文獻：
[1]CARD/1二次開發(fā)功能及其命令http：//www.card-1.com.cn
[2]《KML文件格式詳細介紹》本文來源于Google，經(jīng)過翻譯http：//www.gisempire.com/bbs
