基于GMT的KML幾何圖元繪制方法*

沈雪華

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇南京 210016)

0 引言

Google Earth(以下簡(jiǎn)稱GE)是一款功能強(qiáng)大的虛擬地球軟件。它可以提供海量全球高分辨率地球影像、DEM等地理信息數(shù)據(jù)，支持用戶對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽、查詢和下載，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“數(shù)字地球”。由于GE改變了傳統(tǒng)的地理信息以點(diǎn)、線、面為主的平面形式，能夠?qū)崿F(xiàn)立體三維遙感影像空間展示，且任何人都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)訪問(wèn)，目前已經(jīng)在城市安全、水文、地質(zhì)調(diào)查、防震減災(zāi)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。Liu et al.(2013)基于GE模擬了城市氣體滲漏，為城市燃?xì)獍踩芾砗蛻?yīng)急救援提供了可靠的數(shù)據(jù)［1］。Chien＆Keat Tan(2011)以GE為工具，建立了2－D水動(dòng)力模型，認(rèn)為GE有足夠的能力實(shí)現(xiàn)水動(dòng)力數(shù)據(jù)的可視化，但其交互數(shù)據(jù)輸入仍受到一定的限制［2］。在地質(zhì)勘查領(lǐng)域，虛擬技術(shù)正在成為構(gòu)造地質(zhì)可視化的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)流程，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了利用GE建立構(gòu)造地質(zhì)可視化符號(hào)和曲流河地質(zhì)知識(shí)庫(kù)，為地質(zhì)勘查提供了便利［3－5］。銀正彤等(2009)在GE平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地震災(zāi)害信息的快速收集、傳輸和展示應(yīng)用，為救災(zāi)搶險(xiǎn)提供依據(jù)，并提出相應(yīng)的救災(zāi)方案路線［6］。

GE除了可以通過(guò)瀏覽查詢?nèi)蚋鞯氐母咔逵跋駡D獲得相應(yīng)的位置、地形、高度等信息外，還可以根據(jù)經(jīng)緯度導(dǎo)入點(diǎn)符號(hào)、線、多邊形等外部信息。少量而簡(jiǎn)單的地理要素可以利用GE界面交互生成，但對(duì)于大量而又復(fù)雜的地理信息，交互生成幾乎是不可能的。例如:地質(zhì)勘探中的GPS航跡和大量地球物理測(cè)點(diǎn)，或者等高線三維地形模型等［7］，手動(dòng)交互難以達(dá)到目的。此時(shí)可以先通過(guò)ArcGIS、MapInfo、Global Mapper等軟件根據(jù)經(jīng)緯度信息生成KML格式，再導(dǎo)入到GE中［8］。KML是 Keyhole標(biāo)記語(yǔ)言(Keyhole Markup Language)的縮寫(xiě)，用來(lái)保存和描述諸如點(diǎn)、線、面、圖片等地理信息。目前絕大多數(shù)虛擬地球都采用KML格式來(lái)描述地理目標(biāo)，GE也不例外。KML可以通過(guò)人工交互和計(jì)算機(jī)程序兩種方式生成。人工交互是在GE中采用不同的工具繪制出相應(yīng)的地理要素，然后將這些地理要素保存為KML文件。后一種方式則是通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)⒂脩魯?shù)據(jù)自動(dòng)生成KML文件，然后導(dǎo)入GE中。采用計(jì)算機(jī)程序可以產(chǎn)生更復(fù)雜的地理要素類型，同時(shí)減少人工干預(yù)所帶來(lái)的誤差，更為高效和精確。為此，本文介紹一種簡(jiǎn)單高效的KML文件生成方法，只需GMT軟件中的一個(gè)命令即可實(shí)現(xiàn)利用地標(biāo)信息生成KML文件。

1 gmt2kml命令

gmt2kml是GMT軟件中的一個(gè)命令。GMT是1987年由Paul Wessel和Walter Smith H.F.Smith共同開(kāi)發(fā)的一款功能強(qiáng)大而開(kāi)源的繪圖軟件，可在Linux、Windows等系統(tǒng)下安裝使用，用戶可以到 GMT 主頁(yè)(http://gmt.soest.hawaii.edu/)下載安裝包。GMT有圖形美觀、色彩強(qiáng)烈、組織靈活、移植性強(qiáng)等特點(diǎn)，支持多種地圖投影，可由命令行、腳本和用戶程序調(diào)用，能繪制出非常美觀的2D和3D圖形，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，已在地理、地球物理、大氣、海洋等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［9－12］。gmt2kml命令可以直接將數(shù)據(jù)表文件轉(zhuǎn)換為GE所需的KML文件，用法如下:

infile表示輸入的數(shù)據(jù)表文件;－A為高度信息;－C為色標(biāo);－D為描述文件;－E伸出特征;－F表示要素類型，e－地震事件，s－點(diǎn)符號(hào)，t－時(shí)間序列，l－線，p－多邊形;－G 填充點(diǎn)要素;－H識(shí)別表頭，－Hi跳過(guò)所有#注釋;－K允許追加命令;－L數(shù)據(jù)列名稱;－N地理要素命名;－O追加的命令;－Q要素的透明度;－R限定區(qū)域;－S要素顯示比例;－T標(biāo)題;－W線或多邊形的屬性;－m多段數(shù)據(jù)。

gmt2kml的參數(shù)較多，可以生成不同類型的地理要素，并允許對(duì)其進(jìn)行修飾。正是因?yàn)榫哂胸S富的參數(shù)，才能體現(xiàn)出gmt2kml命令的強(qiáng)大性。除去輸入數(shù)據(jù)文件infile和輸出結(jié)果文件output.KML，必要的參數(shù)只有要素類型F。常用的要素類型有點(diǎn)符號(hào)(s)、線(l)、多邊形(p)，使用時(shí)分別為 －Fs、－Fl、－Fp。GMT軟件允許命令追加，當(dāng)使用一個(gè)命令得到輸出文件之后，還可以將其它命令的結(jié)果追加到該輸出文件中。gmt2kml具有追加的功能，使用多行命令生成一個(gè)KML文件時(shí)，只需在命令行中增加－K，此時(shí)輸出的結(jié)果便允許被追加。而追加的語(yǔ)句中一定要有－O參數(shù)，表明該語(yǔ)句是一條追加的語(yǔ)句。gmt2kml還可以同時(shí)讀取一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)表文件，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)地理要素的KML文件，用戶可以同時(shí)賦予標(biāo)題、高度、顏色、畫(huà)筆、透明度、限定區(qū)域、描述等特殊的屬性。各參數(shù)詳盡的使用方法可以參考GMT幫助手冊(cè)。

2 實(shí)現(xiàn)方法

2.1 輸入數(shù)據(jù)格式

GE僅支持地理坐標(biāo)，因此輸入數(shù)據(jù)必須是包括經(jīng)度、緯度的地理坐標(biāo)，數(shù)據(jù)表文件格式如下:

經(jīng)度 緯度 ［高度］［開(kāi)始時(shí)間 ［結(jié)束時(shí)間］］

經(jīng)度和緯度屬于位置信息，為必要數(shù)據(jù)，高度、時(shí)間等信息可選。實(shí)際工作中通常使用笛卡爾坐標(biāo)，需將其轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)［13］。

2.2 生成點(diǎn)符號(hào)

生成點(diǎn)符號(hào)的語(yǔ)句:

gmt2kml infile －Fs －Gnred －Gfgreen －Sf0.6 －Sn0.6 ＞out.kml

主要參數(shù)有:－F，要素類型，這里s(symbol)表示生成點(diǎn)符號(hào);－Gn，標(biāo)簽顏色;－Gf，圖標(biāo)顏色;－Sf，圖標(biāo)顯示比例;－Sn，標(biāo)簽顯示比例;out.kml表示輸出的KML文件。除了－F是必要參數(shù)，其余參數(shù)皆為非必要，可選用于修飾和豐富點(diǎn)符號(hào)。

2.3 生成線和多邊形

生成線和多邊形的語(yǔ)句:

gmt2kml infile －Fl －W1p，green，solid ＞ out.kml

主要參數(shù)有－F，要素類型，這里為線(line);－W，線的屬性，1p表示線寬，green為線顏色，solid為線型，可以根據(jù)需要修改。－W為可選參數(shù)，若無(wú)則線條將被賦予默認(rèn)的線寬、顏色和線型。該語(yǔ)句將文件infile中的點(diǎn)從頭至尾依次相連，最終生成一條線。實(shí)際工作中，有時(shí)候希望生成多條線，此時(shí)只需將數(shù)據(jù)按照多段數(shù)據(jù)格式排列如下:

這里－m表示多段數(shù)據(jù)，i表示輸入，＞表示每條線的標(biāo)識(shí)，也可以使用其它符號(hào)標(biāo)識(shí)。

生成多邊形與生成線方法相似。不同的是生成多邊形時(shí)，需將－Fl改為－Fp，則自動(dòng)將每一個(gè)封閉的區(qū)域填充為多邊形。相應(yīng)的語(yǔ)句為:

單個(gè)多邊形:

gmt2kml infile － Fp － W1p，green，solid ＞ out.kml

多個(gè)多邊形:

gmt2kml infile －Fp －W1p，green，solid －mi"＞" ＞out.kml

3 應(yīng)用實(shí)例

gmt2kml轉(zhuǎn)換十分高效，數(shù)據(jù)量越大更能體現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)。例如在地質(zhì)及地球物理測(cè)量過(guò)程中，定位所采用的手持GPS可以記錄每一天的航跡。若能將航跡導(dǎo)入GE，結(jié)合高清影像中的地物，可以更好的管理和分析測(cè)量結(jié)果。圖1是地球物理磁法測(cè)量某一天所記錄的航跡，通過(guò)gmt2kml將其轉(zhuǎn)入到GE中，可以直觀地看出該臺(tái)班的工作路線及地形地貌。將航跡保存為經(jīng)度、緯度、高度之后，采用gmt2kml只需兩行命令即可實(shí)現(xiàn)圖1中的效果。

圖1 航跡管理和顯示Fig.1 Management and display of tracks

實(shí)現(xiàn)命令如下:

第一行命令將 infile.txt中的點(diǎn)生成 result.kml文件，第二條命令將infile.txt中坐標(biāo)點(diǎn)連接成線并追加到已有result.kml文件中。相比前面的介紹，這里使用了參數(shù)－E和－C。－E表示突出地面(圖1效果)，實(shí)現(xiàn)立體感;若沒(méi)有該參數(shù)，則所有的點(diǎn)和線均處于相同的平面;－Crainbow.cpt表示使用rainbow.cpt色標(biāo)文件，將高度賦予不同的顏色。

4 結(jié)束語(yǔ)

gmt2kml命令可以輕松高效的生成各種GE要素。用戶可根據(jù)需要選擇不同的參數(shù)，并對(duì)各種要素進(jìn)行修飾，以獲得更美觀并符合要求的KML文件，更好地服務(wù)于地質(zhì)、地球物理等行業(yè)。

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