基于Google Earth三維遙感影像在地質(zhì)連圖中的應(yīng)用

曹勇剛，李進(jìn)喜

(甘肅省地礦局 第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050)

科 技

基于Google Earth三維遙感影像在地質(zhì)連圖中的應(yīng)用

曹勇剛，李進(jìn)喜

(甘肅省地礦局 第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050)

提出在1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)(礦產(chǎn))調(diào)查工作中，將調(diào)查區(qū)具體點(diǎn)、線(xiàn)、區(qū)要素通過(guò)二次文件轉(zhuǎn)換生成KML或KMZ格式文件的方法，將其導(dǎo)入Google Earth客戶(hù)端中顯示。以西藏打加錯(cuò)東地區(qū)1∶5萬(wàn)區(qū)調(diào)項(xiàng)目為例，探討了利用實(shí)時(shí)瀏覽Google Earth三維遙感影像數(shù)據(jù)，結(jié)合調(diào)查區(qū)地形、地層產(chǎn)狀和地質(zhì)區(qū)文件來(lái)直觀地輔助地質(zhì)工作前期布設(shè)和后期檢查；結(jié)合“V”字型法則，對(duì)青藏高原雪被區(qū)、自然地理?xiàng)l件惡劣等人力無(wú)法到達(dá)地域地質(zhì)界線(xiàn)的圈連，對(duì)部分地層產(chǎn)狀的獲取和后期地質(zhì)界線(xiàn)的圈連取得了良好效果，具有實(shí)際應(yīng)用意義。

地標(biāo)文件；等高線(xiàn)；遙感影像；地質(zhì)連圖

0 前 言

Google Earth軟件一經(jīng)發(fā)布，即在全球各行各業(yè)引起巨大反響，憑借其免費(fèi)、數(shù)據(jù)源不斷更新和分辨率高的優(yōu)勢(shì)，在地震、地理、測(cè)繪和地質(zhì)方面發(fā)揮出重要作用，不斷有學(xué)者對(duì)其具體應(yīng)用予以研究，在地質(zhì)、地震及KML語(yǔ)言應(yīng)用方面有部分人已做工作，但均未涉及其在地質(zhì)連圖中的重要意義。在以往區(qū)域地質(zhì)(礦產(chǎn))調(diào)查工作中需購(gòu)買(mǎi)SPORT、ALOS和ASTER等數(shù)據(jù)并由專(zhuān)人解譯，耗費(fèi)大量人力物力，且在填圖工作進(jìn)程中數(shù)據(jù)源未有更新，尤其對(duì)青藏高原雪被區(qū)或人力無(wú)法到達(dá)的區(qū)域，加上少量云層或陰影的干擾，影響具體連圖界線(xiàn)的判定，從而降低成圖質(zhì)量。

現(xiàn)結(jié)合Global Mapper、Mapgis或Arcgis軟件可將工作區(qū)的圖框、等高線(xiàn)、經(jīng)緯網(wǎng)、公里網(wǎng)和照片等每個(gè)具體要素以KML語(yǔ)言直觀地展現(xiàn)于Google Earth上，從三維空間以地質(zhì)思維具體分析地質(zhì)現(xiàn)象，判明產(chǎn)狀，結(jié)合“V”字型法則，對(duì)具體地質(zhì)連圖有借鑒意義。

軟件平臺(tái)需準(zhǔn)備Google Earth 4.2，Mapgis 6.0，Global Mapper 14.1.2漢化版，谷歌衛(wèi)星下載器和GetScreen軟件，操作過(guò)程中可適當(dāng)以Arcgis 10.0軟件輔助。

1 影像數(shù)據(jù)的獲取

Google Earth衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)是衛(wèi)星影像與航拍數(shù)據(jù)的整合，分辨率高且為真彩色數(shù)據(jù)[1-2]，便于觀察分析地質(zhì)現(xiàn)象，具體與其他衛(wèi)星影像的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 GE影像數(shù)據(jù)與其他衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的對(duì)比

目前獲取Google Earth衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的方法主要有以下3種：a在谷歌衛(wèi)星下載器軟件中輸入工作區(qū)既定范圍，下載完成后轉(zhuǎn)換為*.tif格式的拼接閉合圖片，但其受導(dǎo)出級(jí)數(shù)的限制，一般無(wú)法獲取最高分辨率的影像且后續(xù)影像需多點(diǎn)誤差校正；b以Google Earth軟件在線(xiàn)瀏覽影像數(shù)據(jù)時(shí)以 GetScreen軟件圈定范圍截屏，得到分塊影像后仍需多點(diǎn)誤差校正[3-4]；c通過(guò)改變Google Earth緩存的存儲(chǔ)位置，在線(xiàn)瀏覽工作區(qū)詳細(xì)影像數(shù)據(jù)，影像無(wú)需下載，即可從三維角度任意觀察。

2 地標(biāo)文件的管理

Google Earth所支持的地標(biāo)文件為KML和KMZ格式，KML文件可用于保存如點(diǎn)、線(xiàn)、圖像、多邊形或3D模型等特定的地理信息，而KMZ格式文件實(shí)質(zhì)是一種壓縮文件格式，其能存儲(chǔ)更多KML文件不能存儲(chǔ)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(kāi)Google Earth軟件添加地標(biāo)后，可見(jiàn)地標(biāo)的屬性包含有名稱(chēng)、坐標(biāo)(經(jīng)緯度)、說(shuō)明、樣式/顏色、視圖和海拔高度，已滿(mǎn)足普通的研究應(yīng)用。

2.1 地標(biāo)文件的生成及導(dǎo)入

在1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)(礦產(chǎn))調(diào)查或大比例尺礦產(chǎn)普查、詳查工作中，已知工作區(qū)的具體范圍、公里網(wǎng)、經(jīng)緯網(wǎng)等要素，通過(guò)輸入其具體坐標(biāo)，經(jīng)地標(biāo)生成軟件即可生成KML文件。導(dǎo)入軟件后即可根據(jù)等高線(xiàn)和地質(zhì)界線(xiàn)結(jié)合“V”字型法則連圖。

以西藏打加錯(cuò)東地區(qū)1∶5萬(wàn)區(qū)調(diào)項(xiàng)目為例，若已知工作區(qū)等高線(xiàn)數(shù)據(jù)，由于Google Earth為WGS-84坐標(biāo)系，首先將Mapgis線(xiàn)文件 *.wl通過(guò)單個(gè)文件的投影變換將其賦以實(shí)際經(jīng)緯度范圍[5]，經(jīng)文件轉(zhuǎn)換，再通過(guò)Global Mapper軟件將其轉(zhuǎn)換為KMZ格式地標(biāo)文件，打開(kāi)即可實(shí)時(shí)瀏覽工作區(qū)影像數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1 調(diào)查區(qū)地形及三維影像數(shù)據(jù)(等高距20 m)

若工作區(qū)地質(zhì)調(diào)查程度低，缺乏地質(zhì)資料，無(wú)工作區(qū)等高線(xiàn)數(shù)據(jù)，例如部分非洲海外項(xiàng)目，可通過(guò)網(wǎng)站下載免費(fèi)的SRTM數(shù)據(jù)[6]，目前能夠免費(fèi)獲取中國(guó)境內(nèi)和部分海外的SRTM3文件，SRTM3的文件里面包含1201*1201個(gè)采樣點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是90 m的數(shù)據(jù)，每個(gè)90 m的數(shù)據(jù)點(diǎn)是由 9個(gè)30 m的數(shù)據(jù)點(diǎn)算術(shù)平均得來(lái)的，誤差約30m，需后續(xù)校正，該數(shù)據(jù)導(dǎo)入后仍可為地質(zhì)前期工作起重要輔助作用。同理，可將已知的工區(qū)*.wt點(diǎn)文件和*.wp區(qū)文件通過(guò)投影變換和文件轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)為KMZ格式地標(biāo)文件，將其顯示在Google Earth客戶(hù)端上，不同地質(zhì)區(qū)的顏色和不透明度均可通過(guò)改變其屬性來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，以利于觀察，如圖2所示。

圖2 調(diào)查區(qū)各地層分區(qū)及三維影像數(shù)據(jù)(不透明度75%)

2.2 地標(biāo)文件的涉密管理

Google Earth地標(biāo)文件新建保存成功后，為防止等高線(xiàn)、重要圖片等涉密地標(biāo)的上傳共享泄密，可對(duì)項(xiàng)目已知的密級(jí)程度高的數(shù)據(jù)，適當(dāng)刪除涉密要素[7]，在斷網(wǎng)狀態(tài)下將其打開(kāi)使用；或可采取盡量使用網(wǎng)絡(luò)免費(fèi)下載的DEM獲得的精度較低的高程數(shù)據(jù)；對(duì)重要地標(biāo)分開(kāi)保存，不合并保存于一個(gè)較大的KMZ格式文件下；不登錄Google賬戶(hù)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和電子郵件共享地標(biāo)文件，通過(guò)以上幾種方法來(lái)確保涉密地質(zhì)資料的安全性。

3 地質(zhì)連圖應(yīng)用

3.1 巖層產(chǎn)狀的獲取

關(guān)于巖層產(chǎn)狀的測(cè)定方法，已有相當(dāng)精確的巖層面擬合法、三點(diǎn)法[8-9]等，為方便高效，本文采用目視估算法。在軟件中導(dǎo)入地形數(shù)據(jù)后，選取合適角度，在測(cè)定范圍內(nèi)，巖層產(chǎn)狀穩(wěn)定，風(fēng)化剝蝕程度較低，對(duì)巖層界面無(wú)影響，且無(wú)斷層或小褶皺的干擾，即可求得巖層產(chǎn)狀。現(xiàn)以求取調(diào)查區(qū)北東部昂杰組(P1a)灰白色變巖屑石英砂巖為例，該區(qū)平均海拔5 600 m之上，秋冬季均為冰雪覆蓋，實(shí)地測(cè)制產(chǎn)狀困難，結(jié)合Google Earth遙感影像獲取產(chǎn)狀步驟如下：a不斷調(diào)整以選取合適觀察方位，該區(qū)將正北方位拖至正東以利于觀察；b選取標(biāo)尺，分別測(cè)量地層兩交點(diǎn)A與B之間的距離，讀取兩點(diǎn)的高程為5 656 m和5 641 m，即高差為15 m，地圖長(zhǎng)度即兩點(diǎn)直線(xiàn)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(chǎn)狀為175(°)∠18(°)，走向85(°)。

圖3 地層產(chǎn)狀的獲取方法

3.2 地質(zhì)界線(xiàn)的圈連

3.2.1 巖體與地層的界線(xiàn)

以測(cè)區(qū)中部古近紀(jì)石英二長(zhǎng)斑巖(ηοπE)與典中組二段(E1-2d2)界線(xiàn)的圈連為例，已有兩條路線(xiàn)將其界線(xiàn)定出，石英二長(zhǎng)斑巖呈巖蓋產(chǎn)出，蓋于典中組火山巖之上，以遙感影像結(jié)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(xiàn)的圈連

3.2.2 非正式填圖單位界線(xiàn)的圈連

測(cè)區(qū)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?guī)r及淺灰色變巖屑長(zhǎng)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(zhì)區(qū)文件不透明度為30%，以利于觀察影像，由前文可知該區(qū)地層產(chǎn)狀南傾，結(jié)合地形數(shù)據(jù)可知巖層傾向與地面坡向相同，且?guī)r層傾角大于地面坡度角，轉(zhuǎn)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

3.2.3 雪被區(qū)界線(xiàn)的圈連

測(cè)區(qū)北西部區(qū)域平均海拔5 750 m之上，共散落分布有5個(gè)冰斗冰川，均發(fā)育于雪線(xiàn)附近的積雪洼地中[11]，規(guī)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(shè)了一條追索路線(xiàn)，控制了冰舌的位置，經(jīng)調(diào)查及與影像(影像數(shù)據(jù)日期2013年4月10日)對(duì)比發(fā)現(xiàn)其冰舌前緣位置未有明顯變化，冰舌位置穩(wěn)定，說(shuō)明氣候變化對(duì)海拔5 800 m之上冰川影響甚微，結(jié)合Google Earth歷史遙感影像可具體研究該地區(qū)冰斗的長(zhǎng)度、寬度和深度，以作為氣候變化的重要指標(biāo)，圈連后的冰川界線(xiàn)如圖6所示。

圖6 雪被區(qū)界線(xiàn)的圈連

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以Google Earth軟件為平臺(tái)，探討了對(duì)調(diào)查區(qū)每一要素轉(zhuǎn)換為地標(biāo)文件的方法，可將等高線(xiàn)、地質(zhì)區(qū)、地層點(diǎn)、照片等融合顯示，實(shí)時(shí)觀察。利用Google Earth三維遙感影像數(shù)據(jù)，將其應(yīng)用于自然條件惡劣地域、地層產(chǎn)狀測(cè)量、地質(zhì)界線(xiàn)圈連、冰川活動(dòng)調(diào)查均有很好效果，為地質(zhì)工作前期部署及后期連圖、檢查均起到促進(jìn)作用，提高了工作效率，節(jié)省人力財(cái)力成本，綜合表明其應(yīng)用于地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域初步可行。

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

CAO Yonggang, LI Jinxi

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

This article will put forward a method for 1∶50 000 regional geological survey project in the area of dot-line-district various elements to generate KML or KMZ format file through a second file conversion, as is shown in the file into the Google Earth client. We have discussed the real-time browsing Google Earth in three-dimensional image data. It will assist us in early geological work arrangement to combine with survey area terrain in the attitude of stratum and district file. The result, in the geologic boundary use of laws of “V”, will do good to the snow area of Qinghai-Tibet Plateau, severe natural geographical conditions or the areas where man cannot arrive. With 1∶50 000 regional geological survey project base of Tibet region east of DaJia lake，for example, we have access to part of the attitude of stratum and even the geologic boundary to obtain the good effect, the which of method has practical application significance.

Place mark file; Contour line; Remote-sensing image; Geological graph

2017-03-28

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目——青藏專(zhuān)項(xiàng)(12120113034400)

曹勇剛(1990-)，男，甘肅臨洮人，助理工程師，研究方向：區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查，手機(jī)：15009315175，E-mail：cygcao@126.com.

P627

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.048