Google Earth在公路路线设计中的应用

赵景彭

（山西省交通物资供应总公司，山西 太原 030012）

近年来，随着互联网的飞速发展，以Google Earth（谷歌地球）为代表的三维空间信息应用模式为电子地图直观应用打开了新的发展方向。Google Earth是由谷歌公司开发的虚拟地球软件，它把航空照片、卫星影像、三维地面模型等GIS信息布置在一个地球模型上。谷歌公司于2004年收购Keyhole，在Keyhole的基础上推出由最初的Google Earth 5.0到现在的Google Earth7.0，其丰富的全球地理信息、接口开放和大众化软件，使其广泛运用于林业、国土、农业、矿产、交通等诸多行业，越来越受到相关领域广大用户的青睐。

Google Earth软件平台的优势在于接口开放和卫星影像三维地形数据的免维护使用，是一款普及率比较高的大众化软件。GE软件GIS数据覆盖面广、卫星图片精度较好且图片更新较快，使其操作简单易行且能直接利用其开放的GIS数据，这些地理信息正是公路前期路线设计所需的基础数据，同时Google Earth直观的三维地形图片及自身具有的三维漫游功能，使工程可行性研究阶段路线方案汇报演示更具有身临其境的现场效应。

1 在公路路线设计布设中的应用

公路路线设计中村镇、路网、厂矿、环境敏感点（文物、水源地、保护区等）等是主要的控制因素，随着社会经济的发展，高速公路的建设趋向于山区化和平原地区的路网加密化，从测绘部门收集到的地形图资料最新的也是将近10多年以前的资料，因经济的飞速发展，地形图上的地物资料不能满足公路选线的需要，特别是制约性的地物（大型的厂矿、开发区、环境敏感点）直接导致选线的成功与否。

Google Earth拥有高清晰三维卫星影像且卫星图片数据更新及时，因此对村庄、路网、厂矿既能分辨清楚又能及时补充新建的厂矿、开发区等地物，基本上能反应该区域近期现状，因此将在地形图上布设的路线转换为Google Earth软件上，就能很清楚直观地了解路线的布设正确与否，是否与当地的规划、厂矿、村庄等存在冲突，以便于及时调整路线方案，提高设计质量、缩短设计时间和减少外业踏勘的工作量。

路线在CAD与Google Earth之间的转换核心问题是坐标的转换，即将CAD文件中的大地坐标转换为WGS-84经纬度坐标，转换步骤如图1。

图1 路线在CAD与Google Earth之间的转换步骤

1.1 CAD平面坐标导出

首先利用纬地道路设计软件在地形图上进行路线设计，根据地形图上坐标系统，利用纬地道路软件导出设计路线平面的坐标。

1.2 坐标转换使用和校核

利用坐标转换（Coord3.1）软件，对平面坐标和经纬度坐标进行转换。在这里首先了解坐标系统，坐标系统大致有3种方法：大地坐标（WGS-84经纬度），空间直角坐标（X、Y、Z），平面坐标（X、Y、H，北京54、西安80等）。同一个坐标系统坐标转换是严密的，而在不同坐标系统的转换是不严密的，因此不同坐标系统坐标转比较严密的是用七参数法，即X、Y、Z平移，X、Y、Z旋转，尺度变化K。在一个地区七参数需要3个以上的已知点。详细步骤如图2。

图2 坐标转换步骤

利用经过校核的七参数（三参数），利用Coord3.1的批量转换功能，将路线的坐标点转换为经纬度的坐标（文件格式为TXT型）。

1.3 转换为WGS-84经纬度坐标，并利用KML文件导入Google Earth中

利用转换后的WGS-84经纬度坐标，根据Google Earth中的添加中的路径功能并结合KML（keyhole markup language），将转换后的经纬度坐标（文件格式为TXT型）导入到KML文件中，即纬地中的路线数据就成功导入了谷歌地图中。转换步骤如图3。

图3 坐标导入KML文件步骤

使用KML文件将路线数据文件导入谷歌地图中最为关键，因此需要详细了解KML文件的格式及优势，现将KML文件的特点和语言结构介绍如下。

a）KML文件介绍 KML是 Keyhole Markup Language的英文缩写，KML描述了相关的地理要素信息（如点、线、面、图像等），在Google Earth平台上能显示出相应的要素模型，KML本身具有的优势特点见表1。

表1 KML的特点

b）KML的语言结构 Google Earth最吸引的地方就是KML的地标文件，而与公路路线最为相似的是路径文件即＜LinrString＞，在＜LinrString＞标签中最重要的属性如表2。

表2 KML文件的属性标签

通过以上的转换，CAD中的路线完全布置于谷歌地图中，根据谷歌地图的三维地形图中的地物情况，能准确了解路线经过地方的实际情况，是否与当地的敏感性地物存在冲突，及时进行路线方案的修改，从而节省大量外业踏勘时间并且能提高现场调查的准确度，为路线方案的选择提供充分的依据。谷歌地图中的路线数据通过KML文件导出WGS-84经纬度坐标，利用Coord3.1的批量转换功能将WGS-84经纬度坐标转换为平面坐标，再通过CAD将其布置于地形图中。

2 工程应用实例

在某高速公路工可阶段路线设计过程中，将Google Earth的卫星影像用于公路选线起到很好的效果。该高速公路在某县范围内，路线需从县城附近经过，特别是河（绵延近16 km）两侧工厂林立，村庄密集，跨越河道难度较大，只能在河一侧布线。收集到最新的1∶10 000电子地形图（2000年）距今已有十几年，与实际现状相差很大。从地形图（图4）看，河东岸没有什么地物，工厂和村庄主要集中在河的西岸，为了不干扰当地经济发展和村民的生活，同时东岸的山脚下地势平缓，地形条件较好，工程量较小，造价较低，因此将路线布置于河的东侧。

图4 地形图中M线方案

图5 谷歌地图中A、M线方案

图6 地形图中的A、M线方案

为了保证路线布设的合理性，采用以上的坐标转换方法将路线布置于谷歌地图中（详见图5），发现村对面的沟口已经布置了化工厂，一侧与河和村相距不足50 m，另一侧沿沟延伸将近1 km，工业园区规模较大，拆迁困难；并且东岸沟口的北面已经建成新的村庄，路线再从东侧经过已经不现实，为了保证路线方案的成立，项目设计组重新布设了河西侧的路线方案，即图5的A线方案。

根据初步控制布设在谷歌地图上的A线路线方案，通过转换后将其布置于地形图上，再进行详细的纬地路线设计，详细情况见图6。通过外业踏勘，谷歌地图上所反映的地物情况与现场踏勘基本吻合，最终以A线方案作为推荐方案。

3 结语

通过以上的论述，只要简单了解坐标转换和Google Earth的KML文件中标签的基本含义，就能将Google Earth应用于公路工程可行性研究阶段的路线走廊带研究，并且节省大量外业踏勘工作量，缩短路线设计的工作时间和提高路线设计的质量，同时在路线方案汇报中，路线方案与谷歌三维地形图的完美结合，更加符合人们的感性认识。下一阶段如何将路线导入导航软件（手持GPS）中，使现场踏勘能清楚了解自己所处的位置及与路线的相对位置，将对现场踏勘的质量有很大提高。