基于Google Earth的GIS制图技术应用——以新疆焉耆盆地地下水埋深制图为例<br/>

基于Google Earth的GIS制图技术应用——以新疆焉耆盆地地下水埋深制图为例

2013-03-24何玉春

地下水 2013年2期

何玉春，王勇

(新疆塔里木河流域希尼尔水库管理局，新疆库尔勒 841000)

Google Earth(GE)是Google公司推出的一项新型的地理信息服务项目［1］，它问世之初就引起了广泛的关注和赞誉。GE以卫星图片和矢量地图相结合，以虚拟现实的方式展现微缩的地球景观，使人们能以直观的、三维的方式浏览地球上每一个角落，被形象地称为“上帝之眼”。GE还开发了专用的地理信息描述语言KML［2］，以及地标标注工具，使得每个用户都可以将自己关注的地理信息标注在GE上，与全球共享。此外，GE还提供了免费的地图开发AP1，任何网站都可以以GE为基础，在自己的网站中开发基于GE的WebGIS应用项目。由于地标工具的推出，GE已从单纯的卫星图像浏览工具演变为新一代的GIS开发平台。

GE的出现对于传统的GIS平台形成了强大的冲击，它以免费、开放、简单易用等特点，吸引了大量的普通大众，GIS的应用从专业化、学术化开始大规模走向普通大众。基于GE的GIS地理信息开发与应用已经在多个领域出现［3－9］。这些不同专业领域的研究和实践显示了GE的强大功能和可喜的发展前景。

但目前大部分的GE应用都是零星的和利用GE某些特性的具体个案，完全基于GE的完整GIS项目开发很少见，而基于GE的专题制图技术研究，目前国内外尚未见报道。本文以新疆焉耆盆地地下水埋深制图为例，研究基于GE的专题制图技术流程与关键问题。

1 GE与传统GIS平台的比较

(1)与传统的GIS相比，GE的优势在于提供了大量的免费高清卫星影像资料。GE卫星地图供应商Digital Globe公司2007年9月18发射了一颗的WorldView I卫星，连同以前的Quick Bird卫星，至此Digital Globe公司在轨卫星数量已达到3颗，日采集能力将达到106 km2，目前的平均分辨率可达0.5m。

GE卫星图像覆盖全球，海洋、山地等地形的分辨率可达60m，城市的分辨率可达1m以下，在局部地区可达0.15m［1］。这些卫星影像大部分以免费的方式发布，相比传统的GIS处理平台及信息获取渠道，GE无疑可以节省大量的投资。

(2)GE提供了资料丰富的GIS基础库。除了卫星影像图，GE在Web上还可以显示矢量的Google Map地图以及两者叠加的混合显示方式。另外，有大量的GE用户添加的地标、航迹、KML地图、地貌景观图像，共同组成了一个巨大的多维地理信息基础库。

(3)GE提供了方便的GIS工具支持。GE的客户端程序以及GE的Sketch Up可以为Web GIS开发者提供GPS支持，地图制作、保存、三维建模等方面的制图支持。相比之下，GE中的制图直观简便，所有的位置信息直接以经纬度表示，可以与GPS等设备结合使用，制图快捷方便。

(4)GE提供了开放的web编程接口。GE提供了开放格式的KML地图描述语言，以及免费的API，任何网站均可以将GE丰富的地图资源集成到自己的Web应用中。

2 制图需求

(1)将地下水埋深专题图矢量化，矢量化地图可以作为GE中的图层，与原始卫星图像叠加，从宏观上呈现地下水埋深在焉耆盆地分布。

(2)矢量地图的图斑具有属性描述，以及与上下级分类图斑、属性的联系字段。

(3)矢量地图可应用于 GE，WebGIS，桌面 GIS等应用环境。

3 GE制图原理与制图过程

3.1 制图原理

在GE当中，制图的实现是通过GE客户端程序，利用鼠标在GE虚拟地球地面上定义出点、线、面等性状的地图对象，这些地图对象的数据以KML格式［2］保存。KML是一种基于XML标准的标签式地理信息描述语言，所有的地理信息字段都被映射为XML标签。

KML有着完善的模型系统，可以用来在GE中表示三维的真实空间的对象。在KML中，地理对象以抽象的Object表示，它可由 Feature(特征)、Geometry(形态)、ColorStyle(色彩)、Style Selector(样式)、Time Primitive(时间)、Schema Field(数据模式)等几类抽象元素以及视角、显示区、放大倍率等显示属性来描述，可满足一般GIS制图的全部需求。但对于一般专题制图而言，常用的制图元素主要有3类。

(1)点状元素。即Point元素，其坐标用真实的空间位置表示，即以经纬度、高程来表示其位置，Point={Longitude，Latitude，Altitude}。

(2)线状元素。包括两种即LineString(线段)和Linear-Ring(闭合线)。线都是由一系列的点来定义的。LinearRing的开始点与终结点相同。

LineString={Point(1)，Point(2)，…，Point(n)}

LinearRing={Point(1)，Point(2)，…，Point(n)，Point(1)}

(3)面状元素。即 Polygon，它由一条外边界线 outer-Boundaryls和零条至多条内边界线innerBoundaryIs组成，边界线均是由LinearRing来定义的。

Polygon={OuterBoundary，InnerBoundary(1)，InnerBoundary(2)，…，InnerBoundarv(n)}

此外，GE还定义了MultiGeometry和Model元素，MultiGeometry用来将其它的点线面元素组合起来，表示逻辑上同一的地理对象，其本身不是制图对象。Model用来将三维物体模型定位在地理空间当中，也不是传统的制图对象，在本例当中没有用到。

3.2 GE中的制图过程

(1)准备资料。焉耆盆地地图的比例尺为1:100万。首先将其扫描为栅格图像，经过图像处理，增强其对比度。

(2)底图匹配、校准。在GE中将扫描好的图像作为Image Overlay对象引入，贴于GE卫星底图上，并调节图像的透明度，使图像和卫星底图同时可见。Image Overlay对象在GE中可以移动、缩放、旋转，依据关键地物点，将图像与卫星影像匹配起来。

(3)图斑转绘。在GE中，沿底图的图斑边界，绘制出地下水位的Polygon类型矢量图。

(4)图斑校对。指根据相关资料校对图斑。

(5)代码编辑。编辑查看KML代码，做必要的修改。

(6)地图修饰。调节图斑的Style属性，修改边界线、填充色、透明度等属性，调整配色风格。

(7)属性对接。编辑KML中图斑ID，Name属性字段，使之与属性数据记录中的ID匹配，完成图形数据与属性数据的对接，形成完整的GIS数据集。

(8)导出结果。即将结果保存为KML文件或者KMZ文件。

4 GE制图工具存在的两个问题及解决方法

(1)GE不支持多边形内边界的绘制。因此如果图斑中间有镶嵌情况，即图斑中间有“洞”，在GE当中就无法绘制。共解决方法为利用文本编辑工具编辑KML文件，为图斑增加innerBoundaryIs属性，用闭合线来定义内部的镶嵌图斑。

(2)GE工具不支持对图斑元素ID、Name属性的编辑。图斑的ID、Name等属性作为图斑的键值标识，是图形与属性数据对接时的依据。目前GE制图工具不支持对图斑这些属性的改写。其解决方法为利用文本编辑工具直接修改KML文件，为图斑添加惟一的命名标签和详细注释。

5 GE制图结果及其应用

5.1 GE 制图结果

在焉耆盆地地下水埋深制图结果中，矢量图斑包括点状元素(Point)、线状元素(LineString)、闭合曲线(LinearRing)、面状元素(Polygon)、图斑组合(MultiGeometry)、三维模型(Mode)。多个点描述一条线，闭合线描述一个面，多个元素又组合成为一个图斑组合，制图中使用了Folder来组织。所以，KML当中的矢量图归根结底是以点为基础的，而点则是以Latitude，Longitude，Altitude三个量来表示。如果需要，点还可以附加时间维，成为四维，表示特定时空当中的一个点，这在研究动态地理信息时特别有用。