基于奥维互动地图和ArcGIS的铁路环水保现场调查技术方法研究

李海蓉

(中国铁路设计集团有限公司, 天津 300251)

1 概述

铁路建设一方面对国民经济和社会发展起到巨大推进作用，另一方面，铁路建设对沿线地区生态环境也可能造成严重且长久的影响[1]。目前，社会对建设项目的环境影响评价要求越来越严，铁路环评项目的现场调查显得尤为重要。然而铁路线路长，调查内容和调查点多，如何提高调查工作效率是值得研究的问题。

铁路环水保现场调查主要内容如下：(1)了解沿线地貌类型、水系、植被类型、土壤类型、土地利用现状等生态要素[2]；(2)实地查勘重点工程如高填深挖路基、特大隧道、跨河桥梁、站场的现状地形、土地利用、植被等；(3)实地查勘取土场现状地貌、土地利用、植被、周边环境等，确定选址的合理性；(4)实地查勘弃土(渣)场的地形、土地利用、植被、汇水面积、下游重要基础设施、村庄的分布情况[3]；(5)逐一实地调查噪声振动敏感点规模，包括隧道顶部村庄；(6)逐一调查制梁场、拌和站、铺轨基地等大型临时工程周围环境现状；(7)逐一实地调查饮水水源保护区、自然保护区、风景名胜区、森林公园、湿地公园、文物等环境敏感区。

奥维互动地图是由北京元生华网公司开发的基于Google API与Sogou API的跨平台地图浏览器，可安装在手机移动终端上，直接调用Google地图、Google卫星图、Google卫星混合图等免费地图，集成了各种免费影像数据、地图及地形数据，可导入导出谷歌KMZ文件并具有定位导航功能。

地理信息系统软件ArcGIS能有效管理各种地理空间数据，目前可以在相关网站免费下载全国众多地理空间数据(全国行政区划图、河流水系、DEM高程数据、植被类型分布数据、地貌类型分布图等)，通过地理信息系统软件能快速共享已有数据资源至某铁路项目，进而整体大尺度了解铁路沿线地貌类型、水系、土地利用等相关信息[4,5]。

本文以商丘至合肥至杭州客运专线为例，有效利用地理信息系统软件(ArcGIS)完成铁路环评水保外业调查方案及调查计划，将铁路线位、设计里程、车站、环境敏感区、取弃土场、大临工程等数据导入到手机移动终端奥维互动地图，利用奥维互动地图高分辨率影像、地图及定位导航功能在外业中快速准确无误地找到调查目标点，并直观地精准判断调查点与拟建铁路的位置关系，调查点周围环境现状，最终研究形成一套快速高质量完成铁路项目环水保现场调查方法。

2 Arcgis数据转化方法研究

2.1 CAD转KMZ方法流程

环水保现场调查分内业工作和外业工作，内业制定调查方案及调查计划，根据调查方案完成外业调查工作。

首先收集线路平面、取土场、弃土(渣)场、大临工程、环境敏感区等CAD格式矢量图，并了解各矢量图所采取的投影类型和坐标系统，通过ArcGIS软件数据转换功能能转换为地理信息系统矢量格式，以便转换为谷歌KMZ文件及叠加免费矢量数据，如全国行政区划图、河流水系等，了解铁路线位穿越的行政区划、沿线的地貌类型、主要植被类型、主要土地利用现状、主要河流水系分布情况，对项目有一个整体的认识和把握[6]。具体流程如图1。

图1 方法流程图

2.2 数据转换

数据转换包括：一是线路平面、取土场、弃土(渣)场、大临工程、环境敏感区等CAD格式矢量图转换为shapefile格式，二是shapefile格式转换为谷歌KMZ文件。

CAD格式矢量图转换利用ArcGIS的ArcToolbox工具的To Shapefile工具，在Arccatalog工具中定义文件投影和坐标系统。

shapefile格式转换为谷歌KMZ文件利用ArcGIS的ArcToolbox工具的To KML工具。

(1)线位转换为ArcGIS格式shapefile

线路平面图线路中线为多条线段，转化过程中数据冗余较多且后期转为KMZ文件时数据量太大导致无法正常显示，建议重新沿线路左线进行描线，尽可能减少线段数量，将描的新线按正确的投影类型和坐标系统转换为线位Shapefile格式，在ArcGIS中依据重大桥梁、隧道起终点分割线位，并在属性表中输入相应桥隧名称。

(2)取弃土场、噪声敏感点等点状坐标转换为shapefile格式

首先通过线路平面图查阅取弃土场、噪声敏感点等点状坐标，并存到EXCEL文件，在ArcGIS软件的AD XY Data工具将坐标增加到ArcMap环境中(见图2)，并转成成shepefile格式，文件投影坐标系统可以直接引入线位数据的投影坐标系统(见图3)。

图2 点状数据转换方式窗口

图3 点状数据转换成果

2.3 线位叠加生态要素

目前，通过收集，已有全国行政区划图、全国水系图、全国县级以上城市分布图、全国地貌类型图、全国植被类型图、全国土壤图、全国土壤类型图、全国土地利用现状图。

将以上生态要素图层和线位图层在ArcGIS软件中叠加，了解铁路线位穿越的行政区划，沿线的地貌类型，主要植被类型，主要土地利用现状，主要河流水系及生态敏感区分布情况(见图4)。

2.4 坐标矫正

由于受谷歌公司限制及坐标系统原因[7]，Shapefile格式线位等矢量数据直接通过ArcGIS转换为KML并插入Google Earth后有偏差，可通过以下方法消除偏差，提高定位及导航精度[8]。

矫正坐标步骤为：首先按实际坐标转换为KML，并插入到谷歌地图和奥维地图中，并依据相关工具测算出E、N相应差值，商合杭铁路E差值为-116，N差值为-4；其次利用ArcGIS投影坐标属性中将相应差值进行消除，False_Easting值为500 000-114=499 884， False_Northing值为-4；最后将坐标调整后的线位等矢量数据依次转换为KML数据(见图5)。

2.5 线位、敏感点数据转为谷歌KML数据

将已转成的线位、敏感点shapefile数据直接利用ArcGIS的ArcToolbox工具直接转换为KML数据。导入到手机移动终端的奥维互动地图中，线状的KMZ以轨迹形式显示，点状KMZ文件以标签形式显示(在地图中可显示具体名称如里程、车站名称等)，面状KMZ文件以图形形式显示。

图4 线位叠加自然景观图、地貌图

图5 坐标矫正步骤

2.6 完成现场调查

按照确定的外业调查的重点区段及点位，借助插入线位和调查点的谷歌地图快速完成环评现场调查，调查点信息可以直接标注在Google earth中，方便在内业工作时进一步落实具体地点、查询和资料整理工作。

3 结果分析

利用Acrgis空间转化功能，实现Arcgis空间数据格式和手机移动终端的转化，实现环评外业勘察快速调查。与传统调查相比，此次主要实现了以下功能：(1)敏感点与工程相对位置关系的直观显示，通过地理信息系统手段，利用既有数据资源，快速了解项目区概况，明确外业的重点区段和点位[9]。(2)实时导航定位功能及数据查询功能。对于首次外业勘察不熟悉路况时，可以将用户在地图上的位置在手机终端实时显示出来；查询定位(可以输入地点的名称，定位到地图上具体位置)。(3)大幅缩短勘察时间，提高外业勘察质量，节约外业时间和成本[10]。传统调查由于不能精准定位，且缺乏空间上直观的认识，通常需要花费更多的时间识图、寻找路径。多次实践显示：传统调查方法所需要的时间是应用奥维互动地图方法的1.5～2倍。(4)实现数据共享，实现数据转化可实现随时、随地为所有人提供实时位置及数据服务，有效实现资源共享。

4 结语

由于铁路线路长、调查点较多，另外涉及的敏感区区域较大、无铁路实体，且环评周期较短，很难逐个到现场调查，故需借助地理信息系统事先了解工程内容及调查目标，直观显示环水保关注的要点，借助谷歌地图遥感影像和道路信息快速找到调查点和路线，缩短调查时间提高工作效率，按时完成环水保外业调查。在移动导航的基础上，可以进一步的发展与互动地图应用领域的结合，应用于环水保“可视化”汇报及环境敏感区数据库的建立。

[1] 丁小玲. 京沪高速铁路(徐沪段)绿色生态评价指标体系研究[D].成都：西南交通大学,2009.

[2] 玉斌,王昱程,郭晋. 水土保持措施适宜性评价的理论与方法初探[J]. 水土保持研究,2014(01):47-55.

[3] 康玲玲,张庆霞,刘坤,等. 公路、铁路项目水土保持方案编制重点探讨[J]. 中国水土保持,2012(10):18-20.

[4] 葛廷婷. 地理信息系统软件设计的研究与应用[D]. 大连：大连理工大学,2002.

[5] 曹瑜,胡光道. 常用的地理信息系统软件及其发展趋势和发展方向[J]. 计算机工程与应用,1999(10):51-53.

[6] 倪春迪,殷晓伟,罗传文. 基于GIS的岷江上游植被特征研究[J]. 森林工程,2008(01):1-4.

[7] 黄爽兵,刘昌蓉,张成功,等. 地质调查中手持GPS和GIS坐标系统应用常见问题[J]. 四川地质学报,2009(S2):307-309.

[8] 刘建军,杨眉,杜晓,等. 一种基于坐标改正量的大区域GIS数据库的坐标系统转换方法[J]. 地理信息世界,2014(04):68-70+82.

[9] 吕明格. 关于环境影响评价现场调查工作的思考：以污染型项目为例[J]. 资源节约与环保,2015(03):142.

[10] 王玲,于晓英. 移动铁路现场踏勘GIS系统设计实现[J]. 科技创新与应用,2013(20):82.