何玉春，王 勇

(新疆塔里木河流域希尼爾水庫(kù)管理局，新疆庫(kù)爾勒 841000)

Google Earth(GE)是Google公司推出的一項(xiàng)新型的地理信息服務(wù)項(xiàng)目［1］，它問世之初就引起了廣泛的關(guān)注和贊譽(yù)。GE以衛(wèi)星圖片和矢量地圖相結(jié)合，以虛擬現(xiàn)實(shí)的方式展現(xiàn)微縮的地球景觀，使人們能以直觀的、三維的方式瀏覽地球上每一個(gè)角落，被形象地稱為“上帝之眼”。GE還開發(fā)了專用的地理信息描述語(yǔ)言KML［2］，以及地標(biāo)標(biāo)注工具，使得每個(gè)用戶都可以將自己關(guān)注的地理信息標(biāo)注在GE上，與全球共享。此外，GE還提供了免費(fèi)的地圖開發(fā)AP1，任何網(wǎng)站都可以以GE為基礎(chǔ)，在自己的網(wǎng)站中開發(fā)基于GE的WebGIS應(yīng)用項(xiàng)目。由于地標(biāo)工具的推出，GE已從單純的衛(wèi)星圖像瀏覽工具演變?yōu)樾乱淮腉IS開發(fā)平臺(tái)。

GE的出現(xiàn)對(duì)于傳統(tǒng)的GIS平臺(tái)形成了強(qiáng)大的沖擊，它以免費(fèi)、開放、簡(jiǎn)單易用等特點(diǎn)，吸引了大量的普通大眾，GIS的應(yīng)用從專業(yè)化、學(xué)術(shù)化開始大規(guī)模走向普通大眾。基于GE的GIS地理信息開發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域出現(xiàn)［3－9］。這些不同專業(yè)領(lǐng)域的研究和實(shí)踐顯示了GE的強(qiáng)大功能和可喜的發(fā)展前景。

但目前大部分的GE應(yīng)用都是零星的和利用GE某些特性的具體個(gè)案，完全基于GE的完整GIS項(xiàng)目開發(fā)很少見，而基于GE的專題制圖技術(shù)研究，目前國(guó)內(nèi)外尚未見報(bào)道。本文以新疆焉耆盆地地下水埋深制圖為例，研究基于GE的專題制圖技術(shù)流程與關(guān)鍵問題。

1 GE與傳統(tǒng)GIS平臺(tái)的比較

(1)與傳統(tǒng)的GIS相比，GE的優(yōu)勢(shì)在于提供了大量的免費(fèi)高清衛(wèi)星影像資料。GE衛(wèi)星地圖供應(yīng)商Digital Globe公司2007年9月18發(fā)射了一顆的WorldView I衛(wèi)星，連同以前的Quick Bird衛(wèi)星，至此Digital Globe公司在軌衛(wèi)星數(shù)量已達(dá)到3顆，日采集能力將達(dá)到106 km2，目前的平均分辨率可達(dá)0.5m。

GE衛(wèi)星圖像覆蓋全球，海洋、山地等地形的分辨率可達(dá)60m，城市的分辨率可達(dá)1m以下，在局部地區(qū)可達(dá)0.15m［1］。這些衛(wèi)星影像大部分以免費(fèi)的方式發(fā)布，相比傳統(tǒng)的GIS處理平臺(tái)及信息獲取渠道，GE無(wú)疑可以節(jié)省大量的投資。

(2)GE提供了資料豐富的GIS基礎(chǔ)庫(kù)。除了衛(wèi)星影像圖，GE在Web上還可以顯示矢量的Google Map地圖以及兩者疊加的混合顯示方式。另外，有大量的GE用戶添加的地標(biāo)、航跡、KML地圖、地貌景觀圖像，共同組成了一個(gè)巨大的多維地理信息基礎(chǔ)庫(kù)。

(3)GE提供了方便的GIS工具支持。GE的客戶端程序以及GE的Sketch Up可以為Web GIS開發(fā)者提供GPS支持，地圖制作、保存、三維建模等方面的制圖支持。相比之下，GE中的制圖直觀簡(jiǎn)便，所有的位置信息直接以經(jīng)緯度表示，可以與GPS等設(shè)備結(jié)合使用，制圖快捷方便。

(4)GE提供了開放的web編程接口。GE提供了開放格式的KML地圖描述語(yǔ)言，以及免費(fèi)的API，任何網(wǎng)站均可以將GE豐富的地圖資源集成到自己的Web應(yīng)用中。

2 制圖需求

(1)將地下水埋深專題圖矢量化，矢量化地圖可以作為GE中的圖層，與原始衛(wèi)星圖像疊加，從宏觀上呈現(xiàn)地下水埋深在焉耆盆地分布。

(2)矢量地圖的圖斑具有屬性描述，以及與上下級(jí)分類圖斑、屬性的聯(lián)系字段。

(3)矢量地圖可應(yīng)用于 GE，WebGIS，桌面 GIS等應(yīng)用環(huán)境。

3 GE制圖原理與制圖過程

3.1 制圖原理

在GE當(dāng)中，制圖的實(shí)現(xiàn)是通過GE客戶端程序，利用鼠標(biāo)在GE虛擬地球地面上定義出點(diǎn)、線、面等性狀的地圖對(duì)象，這些地圖對(duì)象的數(shù)據(jù)以KML格式［2］保存。KML是一種基于XML標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽式地理信息描述語(yǔ)言，所有的地理信息字段都被映射為XML標(biāo)簽。

KML有著完善的模型系統(tǒng)，可以用來(lái)在GE中表示三維的真實(shí)空間的對(duì)象。在KML中，地理對(duì)象以抽象的Object表示，它可由 Feature(特征)、Geometry(形態(tài))、ColorStyle(色彩)、Style Selector(樣式)、Time Primitive(時(shí)間)、Schema Field(數(shù)據(jù)模式)等幾類抽象元素以及視角、顯示區(qū)、放大倍率等顯示屬性來(lái)描述，可滿足一般GIS制圖的全部需求。但對(duì)于一般專題制圖而言，常用的制圖元素主要有3類。

(1)點(diǎn)狀元素。即Point元素，其坐標(biāo)用真實(shí)的空間位置表示，即以經(jīng)緯度、高程來(lái)表示其位置，Point={Longitude，Latitude，Altitude}。

(2)線狀元素。包括兩種即LineString(線段)和Linear-Ring(閉合線)。線都是由一系列的點(diǎn)來(lái)定義的。LinearRing的開始點(diǎn)與終結(jié)點(diǎn)相同。

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

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

(3)面狀元素。即 Polygon，它由一條外邊界線 outer-Boundaryls和零條至多條內(nèi)邊界線innerBoundaryIs組成，邊界線均是由LinearRing來(lái)定義的。

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

此外，GE還定義了MultiGeometry和Model元素，MultiGeometry用來(lái)將其它的點(diǎn)線面元素組合起來(lái)，表示邏輯上同一的地理對(duì)象，其本身不是制圖對(duì)象。Model用來(lái)將三維物體模型定位在地理空間當(dāng)中，也不是傳統(tǒng)的制圖對(duì)象，在本例當(dāng)中沒有用到。

3.2 GE中的制圖過程

(1)準(zhǔn)備資料。焉耆盆地地圖的比例尺為1:100萬(wàn)。首先將其掃描為柵格圖像，經(jīng)過圖像處理，增強(qiáng)其對(duì)比度。

(2)底圖匹配、校準(zhǔn)。在GE中將掃描好的圖像作為Image Overlay對(duì)象引入，貼于GE衛(wèi)星底圖上，并調(diào)節(jié)圖像的透明度，使圖像和衛(wèi)星底圖同時(shí)可見。Image Overlay對(duì)象在GE中可以移動(dòng)、縮放、旋轉(zhuǎn)，依據(jù)關(guān)鍵地物點(diǎn)，將圖像與衛(wèi)星影像匹配起來(lái)。

(3)圖斑轉(zhuǎn)繪。在GE中，沿底圖的圖斑邊界，繪制出地下水位的Polygon類型矢量圖。

(4)圖斑校對(duì)。指根據(jù)相關(guān)資料校對(duì)圖斑。

(5)代碼編輯。編輯查看KML代碼，做必要的修改。

(6)地圖修飾。調(diào)節(jié)圖斑的Style屬性，修改邊界線、填充色、透明度等屬性，調(diào)整配色風(fēng)格。

(7)屬性對(duì)接。編輯KML中圖斑ID，Name屬性字段，使之與屬性數(shù)據(jù)記錄中的ID匹配，完成圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的對(duì)接，形成完整的GIS數(shù)據(jù)集。

(8)導(dǎo)出結(jié)果。即將結(jié)果保存為KML文件或者KMZ文件。

4 GE制圖工具存在的兩個(gè)問題及解決方法

(1)GE不支持多邊形內(nèi)邊界的繪制。因此如果圖斑中間有鑲嵌情況，即圖斑中間有“洞”，在GE當(dāng)中就無(wú)法繪制。共解決方法為利用文本編輯工具編輯KML文件，為圖斑增加innerBoundaryIs屬性，用閉合線來(lái)定義內(nèi)部的鑲嵌圖斑。

(2)GE工具不支持對(duì)圖斑元素ID、Name屬性的編輯。圖斑的ID、Name等屬性作為圖斑的鍵值標(biāo)識(shí)，是圖形與屬性數(shù)據(jù)對(duì)接時(shí)的依據(jù)。目前GE制圖工具不支持對(duì)圖斑這些屬性的改寫。其解決方法為利用文本編輯工具直接修改KML文件，為圖斑添加惟一的命名標(biāo)簽和詳細(xì)注釋。

5 GE制圖結(jié)果及其應(yīng)用

5.1 GE 制圖結(jié)果

在焉耆盆地地下水埋深制圖結(jié)果中，矢量圖斑包括點(diǎn)狀元素(Point)、線狀元素(LineString)、閉合曲線(LinearRing)、面狀元素(Polygon)、圖斑組合(MultiGeometry)、三維模型(Mode)。多個(gè)點(diǎn)描述一條線，閉合線描述一個(gè)面，多個(gè)元素又組合成為一個(gè)圖斑組合，制圖中使用了Folder來(lái)組織。所以，KML當(dāng)中的矢量圖歸根結(jié)底是以點(diǎn)為基礎(chǔ)的，而點(diǎn)則是以Latitude，Longitude，Altitude三個(gè)量來(lái)表示。如果需要，點(diǎn)還可以附加時(shí)間維，成為四維，表示特定時(shí)空當(dāng)中的一個(gè)點(diǎn)，這在研究動(dòng)態(tài)地理信息時(shí)特別有用。

5.2 GE地圖的應(yīng)用

GE制圖后得到的是KML格式圖件格式的圖件，大致有4種應(yīng)用模式。

(1)以GE作為客戶端，KML在格式圖件GE當(dāng)中直接顯示。

(2)將KML轉(zhuǎn)換為SVG圖形，然后直接輸出到網(wǎng)頁(yè)顯示。

(3)開發(fā)專用的KML解析組件，顯示格式KML地圖。(4)轉(zhuǎn)換文件格式，提供給其它GIS平臺(tái)應(yīng)用。

我們采用的是第一種模式，可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)的專題地圖制作、地圖信息查詢應(yīng)用。

［1］Google Inc.Google Earth［DB/OL］.［2007 － 09 － 14］.Google web Site.http://earth.google.com/.

［2］Google Inc.Google KML 2.2 Reference［DB/OL］.［2007 － 09 －14］.Google Web Site.http://code.google.com/apis/kml/documentation/.

［3］陳銳祥，何兆成，黃敏，等.Google Earth在交通信息服務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］.中山大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版.2007(S2):195－198.

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［5］傅軍.Google Earth在常識(shí)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)電化教育.2007(1):98－99.

［6］廖露，周申立.基于Google Earth的地理網(wǎng)絡(luò)課程開發(fā)及應(yīng)用探討［J］.中國(guó)教育信息化.2007(23):73－75.

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