多地理信息平臺(tái)在線數(shù)據(jù)獲取與其在EV-Globe電力選線系統(tǒng)的應(yīng)用研究

王 彬，肖偉紅，何 勇，鄭光輝

(1.甘肅省電力設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730050；2.北京國遙新天地信息技術(shù)有限公司，北京 100101)

多地理信息平臺(tái)在線數(shù)據(jù)獲取與其在EV-Globe電力選線系統(tǒng)的應(yīng)用研究

王 彬1，肖偉紅1，何 勇2，鄭光輝1

(1.甘肅省電力設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州730050；2.北京國遙新天地信息技術(shù)有限公司，北京100101)

隨著地理信息系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)和技術(shù)的不斷革新，電力選線越來越多地利用優(yōu)勢(shì)地理信息平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)數(shù)據(jù)作支撐，傳統(tǒng)的依賴紙質(zhì)地圖和地圖庫的選線方式正在淡出視野。本文研究將多地理信息平臺(tái)在線數(shù)據(jù)直接或間接接入EV-Globe平臺(tái)并應(yīng)用于電力選線。其一是調(diào)用谷歌GoogleEarth、微軟BingMaps和天地圖等主流地理信息平臺(tái)在線影像地圖和高程數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的公開發(fā)布的免費(fèi)的接口，并封裝成為數(shù)據(jù)插件，然后根據(jù)需要，加載到國遙EV-Globe平臺(tái)，為電力選線提供數(shù)據(jù)服務(wù)；其二是通過像素拆拼法將數(shù)據(jù)獲取到本地，無縫集成到傳統(tǒng)的AutoCAD等選線工具內(nèi)，實(shí)現(xiàn)新技術(shù)與傳統(tǒng)工具的結(jié)合。結(jié)果表明：該技術(shù)可以高效、準(zhǔn)確地獲取高精度的影像和高程數(shù)據(jù)，同時(shí)能夠完美對(duì)接現(xiàn)有工作流程，更好的輔助電力選線工作。

多地理信息平臺(tái)；電力選線；封裝接口；像素級(jí)拆拼；無縫對(duì)接AutoCAD

隨著科技的日新月異，地理信息平臺(tái)的正在向“全球化的GIS”、“社會(huì)化的GIS”，所有人都能夠獲取GIS、獲取地理知識(shí)，所有人都能使用GIS這樣的方向發(fā)展著。已經(jīng)在土地資源、城市發(fā)展規(guī)劃、地礦資源、測(cè)繪、森林、生態(tài)環(huán)境、水利、海洋、防火救災(zāi)、軍事等行業(yè)的廣泛應(yīng)用[1-2]，其發(fā)展速度快并且資源日益豐富。目前在線地圖可達(dá)到真實(shí)地球及相應(yīng)現(xiàn)象的統(tǒng)一，而且按地理坐標(biāo)集成了有關(guān)地球多分辨率、三維、動(dòng)態(tài)海量數(shù)據(jù)。其中谷歌Google Earth、微軟BingMaps和我國天地圖、百度地圖等在線數(shù)字平臺(tái)具有代表性[3]。

隨著信息資源的全球化共享，使得在線衛(wèi)星地球服務(wù)快速發(fā)展，基于客戶端的虛擬地球軟件的出現(xiàn)，使得在線影像，在線地圖，在線高程等服務(wù)領(lǐng)域更加廣泛。為適應(yīng)新形勢(shì)下信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，電力部門正逐步探索選線設(shè)計(jì)的信息化。

電力線路設(shè)計(jì)中對(duì)地面影像高清程度、地形高程精度的依賴性很大，因此對(duì)在線地圖平臺(tái)高清數(shù)據(jù)和高精度DEM的無損獲取一直是業(yè)界鉆研的課題之一[4]。截至目前，基于接口的影像下載軟件層出不窮，但其借助接口開發(fā)的實(shí)質(zhì)性沒有變，若平臺(tái)下載通道關(guān)閉，下載軟件隨即也不能獲取到相應(yīng)的資源，而且通過接口下載的影像圖清晰度不高，水印厚重，嚴(yán)重影響使用[5]。為滿足線路選線工作實(shí)際應(yīng)用需求，并為電力設(shè)計(jì)輔助決策提供可行性方案，可選擇各在線地理信息平臺(tái)或者數(shù)字地球平臺(tái)的地理信息優(yōu)勢(shì)資源，借助信息化手段實(shí)現(xiàn)在線高清影像的獲取成圖。這里說的成圖有兩方面的意思，一方面將優(yōu)勢(shì)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)資源通過調(diào)用其服務(wù)接口的形式加載到EV-Globe平臺(tái)，在平臺(tái)進(jìn)行使用；另一方面，將優(yōu)勢(shì)數(shù)據(jù)資源通過數(shù)字化像素拆拼技術(shù)下載到本地，對(duì)接傳統(tǒng)選線工具，例如CAD等常用傳統(tǒng)軟件。因此本研究結(jié)合幾種主流在線平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，在此基礎(chǔ)上研究通過服務(wù)和拆拼瓦片將在線數(shù)據(jù)為我所用，可以更好地輔助電力選線。

1 多地理信息平臺(tái)優(yōu)勢(shì)分析

目前優(yōu)秀的地理信息平臺(tái)有谷歌公司的國遙公司的EV-Globe平臺(tái)數(shù)據(jù)，Google Earth平臺(tái)，微軟公司的BingMaps平臺(tái)，百度公司的百度地圖，高德公司的高德地圖，騰訊公司的騰訊地圖和天地圖等在線地理信息數(shù)據(jù)平臺(tái)。

電力選線研究重點(diǎn)在于選線，注重優(yōu)勢(shì)平臺(tái)對(duì)比選線，EV-Globe和Google Earth具有高程優(yōu)勢(shì)，三維立體視覺效果比較好，適合進(jìn)行粗略電力選線。此外，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行電力精選線。Bing地圖影像清晰，可以有效的在該地圖進(jìn)行障礙物規(guī)避。天地圖街道地圖的信息非常豐富，可以作為地形圖參考，進(jìn)而更能有效的進(jìn)行電力選線。

從數(shù)據(jù)的支持度來說，EV-Globe靈活，可控性比較好。從地形圖角度來說，天地圖、EV-Globe可進(jìn)行地形圖的導(dǎo)入，但是其他地圖均不支持該操作。此外，Google Earth中具有影像歷史，這是電力選線中非常重要的一個(gè)方面，可為電力選線提供參考。

從高低空視角切換，細(xì)化線路來說，天地圖具有高清的影像，Google Earth平臺(tái)具有良好的三維可視效果，影像高清，高程數(shù)字模型清晰，非常有利于選線。

基于多平臺(tái)的電力選線系統(tǒng)可以進(jìn)行多格式文件導(dǎo)入與繪制、多圖層管理與交互、多坐標(biāo)系互轉(zhuǎn)、多平臺(tái)成果展示、多平臺(tái)線路編輯等，降低了外業(yè)調(diào)查的工作量，提高了電力線路路徑方案的可行性和選線質(zhì)量。

在線路選線開始時(shí)，需設(shè)計(jì)線路屬性，主線屬性，邊線屬性，風(fēng)偏線屬性，偏移距離等均可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置。系統(tǒng)提供了邊線和風(fēng)偏線兩種伴隨線路的設(shè)計(jì)，旨在清晰分析線路影響范圍，緩沖區(qū)分析等提供方便。

2 數(shù)據(jù)獲取方法設(shè)計(jì)

2.1 封裝數(shù)據(jù)接口法

系統(tǒng)通過對(duì)三維GIS平臺(tái)研究、地信數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)主要是將地理影像，地圖矢量及DEM數(shù)據(jù)，通過糾正、配準(zhǔn)、融合等數(shù)據(jù)處理工作后，基于空間四叉樹原理進(jìn)行空間數(shù)據(jù)金字塔構(gòu)建，并建立高效索引機(jī)制，以瓦片文件形式進(jìn)行存儲(chǔ)、管理與發(fā)布；在線的數(shù)據(jù)的訪問則是通過其對(duì)應(yīng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)接口服務(wù)實(shí)現(xiàn)的。目前國內(nèi)外主流的地理信息平臺(tái)都發(fā)布了公開的免費(fèi)的用于發(fā)布高清影像，DEM和矢量數(shù)據(jù)和平臺(tái)服務(wù)使用服務(wù)API接口。

首先通過分析在線地信平臺(tái)的數(shù)據(jù)接口，邏輯分層，將每個(gè)數(shù)據(jù)接口通過面向?qū)ο蟮姆椒ńM織成一個(gè)完整的，獨(dú)立的對(duì)應(yīng)一個(gè)在線地信平臺(tái)的數(shù)據(jù)獲取對(duì)象。然后將該對(duì)象封裝為一個(gè)插件功能，生成一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫；最后將插件根據(jù)不同的業(yè)務(wù)分情況應(yīng)用，插件之間和插件內(nèi)部均實(shí)現(xiàn)靈活的調(diào)用機(jī)制和通信機(jī)制，滿足平臺(tái)業(yè)務(wù)縱向深度挖掘和橫向水平擴(kuò)展的應(yīng)用需求。

其次全面封裝了兩個(gè)三維平臺(tái)(EV-Globe和Google Earth)和兩個(gè)二維平臺(tái)(BingMaps和天地圖)。在深入理解和分析Google Earth、BingMaps和天地圖軟件的基礎(chǔ)上，基于.net的架構(gòu)上重新將上述在線平臺(tái)全部資源無差異地全面封裝成功能插件。

最后將基于多平臺(tái)公開免費(fèi)API封裝的插件，按照應(yīng)用需要加載到國遙EV-Globe平臺(tái)上，使得EV-Globe平臺(tái)為基礎(chǔ)的電力選線平臺(tái)不但能夠充分享受到免費(fèi)高清的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，而且可在上述平臺(tái)上進(jìn)行有針對(duì)性的二次開發(fā)，資源獲取。本文利用數(shù)據(jù)共享技術(shù)、大幅制圖、電路選線等技術(shù)構(gòu)建多平臺(tái)選線系統(tǒng)中。

其技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 封裝數(shù)據(jù)接口法設(shè)計(jì)流程圖

2.2 影像像素拆拼法

對(duì)在線地圖平臺(tái)高清數(shù)據(jù)和高精度DEM的無損獲取一直是業(yè)界鉆研的課題之一，截至目前，基于接口的影像下載軟件層出不窮，但其借助接口開發(fā)的實(shí)質(zhì)沒有變，若平臺(tái)下載通道關(guān)閉，下載軟件隨即也無法獲取相應(yīng)的影像資源。所以本系統(tǒng)提出像素級(jí)影像瓦片拆拼技術(shù)，即在可視的在線資源平臺(tái)上截取數(shù)據(jù)瓦片，經(jīng)坐標(biāo)化計(jì)算后，按像素拼接成大圖，使數(shù)據(jù)獲取不再受制于影像接口。該技術(shù)具有靈活設(shè)置保存格式，二次切割發(fā)布到第三方平臺(tái)，可出圖制圖等優(yōu)勢(shì)，關(guān)于上述技術(shù)，做了如下研究和工作。

第一，對(duì)出圖范圍進(jìn)行分析，設(shè)置參數(shù)對(duì)出圖范圍進(jìn)行瓦片分割，自動(dòng)控制像素級(jí)定位算法對(duì)分割的瓦片區(qū)域進(jìn)行清晰度預(yù)判。

第二，針對(duì)已經(jīng)分析預(yù)判的瓦片進(jìn)行逐個(gè)瀏覽，通過影響加載時(shí)間計(jì)算，在可設(shè)置的時(shí)間間隔內(nèi)平臺(tái)提供的高清影像，通過屏幕截圖的方式的對(duì)瓦片進(jìn)行截取。

第三，計(jì)算分析地球曲面對(duì)影像的影響，進(jìn)行B樣條曲面光滑拼接算法將截取的瓦片進(jìn)行邊界拼接預(yù)處理。

第四，通過像素級(jí)圖像拼接技術(shù)對(duì)獲取的瓦片數(shù)據(jù)進(jìn)行無縫拼接最終獲取出圖范圍的影像；

第五，設(shè)置了地理坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系，支持常用的BeiJing54，CGCS2000，XiAn80，WGS84常用參數(shù)整合。

其技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 影像像素拆拼法設(shè)計(jì)流程圖

3 基于獲取數(shù)據(jù)的選線應(yīng)用

3.1 基于多數(shù)據(jù)的EV-Globe平臺(tái)選線應(yīng)用

通過上述研究，解決了電力選線平臺(tái)的基礎(chǔ)平臺(tái)載體，數(shù)據(jù)和矢量等用于支撐選線的“地圖”問題，基于此建設(shè)電力選線系統(tǒng)。

基于EV-Globe選線平臺(tái)中EV-Globe是系統(tǒng)的主平臺(tái)，該平臺(tái)不僅是選線平臺(tái)，也是數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。分為“工程管理”，“線路路徑”，“三維瀏覽”，“三維分析”，“文件轉(zhuǎn)換”，“數(shù)據(jù)管理”，“地形數(shù)字化”和“系統(tǒng)管理”八個(gè)功能模塊。該平臺(tái)可以對(duì)Google Earth地圖、天地圖、百度地圖、高德地圖等其它地圖在線平臺(tái)進(jìn)行工程管理，本平臺(tái)的亮點(diǎn)主要在于影像數(shù)據(jù)的方便添加，自有配置。

本系統(tǒng)基于平臺(tái)的功能菜單包括工程管理，線路路徑，三維瀏覽，三維分析，文件轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)管理，地形數(shù)字化，系統(tǒng)管理等。

選線開始時(shí)，首先將已經(jīng)封裝的Google Earth，BingMaps，天地圖，高德地圖，騰訊地圖等插件任一加入激活插件列表之后，EV-Globe系統(tǒng)調(diào)用已經(jīng)封裝的數(shù)據(jù)插件功能，快速加載谷歌影像和DEM數(shù)據(jù)。在此技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)置保護(hù)邊線和緩沖邊線距離主線的距離，鼠標(biāo)點(diǎn)擊地球，確定線路耐張節(jié)點(diǎn)，同時(shí)系統(tǒng)還能夠顯示轉(zhuǎn)角度數(shù)。其次針對(duì)特殊避讓區(qū)，專題區(qū)和軍事區(qū)等還可以進(jìn)行基于符號(hào)庫的常見地物標(biāo)繪標(biāo)，選線時(shí)進(jìn)行有效規(guī)避。再次在初選線路完成之后，選線平臺(tái)上進(jìn)行平臺(tái)視圖設(shè)置，并進(jìn)行線路重選選線，點(diǎn)擊已有節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)路徑編輯，多方案對(duì)比。還可以實(shí)現(xiàn)地形數(shù)字化成果導(dǎo)出，大幅制圖輸出等功能。選線成果導(dǎo)出等輔助操作。

本平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)能夠獲取在線的高清影像和DEM數(shù)據(jù)，選線效果如圖3所示。

圖3 基于多地信數(shù)據(jù)的EV-Globe電力選線

3.2 基于本地?cái)?shù)據(jù)的傳統(tǒng)工具選線應(yīng)用

本文定位于GIS的具有免費(fèi)高清影像的選線設(shè)計(jì)平臺(tái)，相比現(xiàn)階段傳統(tǒng)的選線方法和工具，與AutoCAD在圖形繪制和編輯方面有一定的差距和差異，選線成果，調(diào)繪成果，等高線等數(shù)字化成果都有在CAD內(nèi)的使用編輯需求，因此為了彌補(bǔ)這方面的不足，通過研究AutoCAD核心算法，首先通過影像像素級(jí)拆拼技術(shù)將影像圖層保存到本地，然后使用AutoCAD工具導(dǎo)入并轉(zhuǎn)換成可使用的dwg文件算法，實(shí)現(xiàn)線路，調(diào)繪，影像等圖層全部在可設(shè)置坐標(biāo)系下導(dǎo)出到AutoCAD軟件中，方便客戶根據(jù)工程需要在AutoCAD上繼續(xù)作業(yè)。

同時(shí)提出電力設(shè)計(jì)工程圖層化概念，一方面系統(tǒng)指導(dǎo)電力設(shè)計(jì)工作圖層化，即設(shè)計(jì)流程和成果定義為一個(gè)圖層，協(xié)同工作交換圖層成果即可；另一方面將選線成果，調(diào)繪成果，數(shù)字化提取，影像制圖均可轉(zhuǎn)成任一平面坐標(biāo)系下圖層在AutoCAD軟件，ArcGIS軟件中進(jìn)行二次作業(yè)。大力改善電力設(shè)計(jì)工作中的成果交互，協(xié)同工作。

其效果如圖4和圖5所示。

4 結(jié) 論

本文通過數(shù)據(jù)服務(wù)接口封裝和影像像素拆拼兩種技術(shù)手段將多個(gè)在線的地理信息平臺(tái)可見的高清影像和高精度高程數(shù)據(jù)分別獲取加載到EV-Globe平臺(tái)和本地化保存。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行電力線路的線路初選，線路優(yōu)化編輯，成果制圖輸出等操作，同時(shí)能夠?qū)F(xiàn)有傳統(tǒng)選線工作方式和工具進(jìn)行無縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)一化，信息共享化，成果精細(xì)化的選線優(yōu)勢(shì)，在電力選線方面達(dá)到先進(jìn)技術(shù)和優(yōu)勢(shì)資源充分利用，先進(jìn)手段與傳統(tǒng)工具無縫對(duì)接的目的，極大程度地方便電力選線工作。

圖4 AutoCAD工具選線圖層效果

圖5 AutoCAD工具線路圖層出圖效果

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Onlinedataacquisitionofmulti-geographicinformationplatform&applicationresearchonthesystemofEV-Globepowerlineselection

WANG Bin1，XIAO Weihong1，HE Yong2，ZHENG Guanghui1

(1.Gansu Electric Power Design Institute Co.,Ltd.，Lanzhou730050,China;2.Earth View Image Inc.Co.,Ltd.,Beijing100101,China)

With the continuous innovation of data and technology of geographic information system,the selection of power line are taking more and more advantage of data from high-quality geographic information platforms,at the meantime,power line selection based on traditional paper map and map-base is getting gradually out of view.This paper shows the process of accessing online data from multi-geographic information platform directly or indirectly to the EV-Globe platform,and how the data will be applied to power line selection.There are two main parts about this technology,one is to use the free interface released by Google Earth,Microsoft BingMaps,Sky Earth and some other mainstream geographic information platforms to obtain online image map,and then pack the image map into data plug-ins,and then upload it to EV-Globe platform according to request to serve for power line selection.The second part is to download the data to local storage by pixel spelling method,seamlessly integrating the data into the traditional selection tools such as AutoCAD,which successfully combines new technology and traditional tools.The result shows that the technology can obtain high-precision image and elevation data effectively and accurately,and perfectly dock it with the existing work process,which will definitely serve for the selection of power line.

multi geographic information platform;power line selection;encapsulationinterface;pixel level disassembly;seamless AutoCAD

TP311.13

A

1004-4051(2017)12-0194-04

2017-06-20責(zé)任編輯宋菲