劉琪

摘 要：當(dāng)前越來越多的勘測設(shè)計(jì)單位承接境外電網(wǎng)工程，但是經(jīng)常又收不到如地形圖等基礎(chǔ)資料，本文利用Google Earth 提供的全球免費(fèi)的地圖影像平臺(tái)，進(jìn)行電網(wǎng)工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集，生成斷面圖，排干定位，最后直觀的顯示出整個(gè)路徑圖，從而彌補(bǔ)了在國外勘測設(shè)計(jì)時(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的不足，同時(shí)也分析了采集Google Earth三維影像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步排干定位的可行性，提高了勘測設(shè)計(jì)效率，對(duì)部分國內(nèi)電網(wǎng)工程的勘測設(shè)計(jì)也有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：Google Earth 地圖影像 選線 斷面 東帝汶

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）07（a）0018-02

目前國內(nèi)電網(wǎng)市場建設(shè)趨于飽和，越來越多的勘測設(shè)計(jì)單位積極開拓海外市場，在當(dāng)前背景下，我院與中國核工業(yè)第二二建設(shè)有限公司簽訂了合同，由我院承擔(dān)東帝汶海拉～帝力150kV雙回路送電線路的勘測設(shè)計(jì)任務(wù)。

1 Google Earth遙感影像地圖

Google Earth是一款Google公司開發(fā)的虛擬地球儀軟件，它將衛(wèi)星照片、航空攝影和地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System）綜合在一個(gè)地球的三維模型上。Google Earth的衛(wèi)星影像，并非單一數(shù)據(jù)來源，而是衛(wèi)片與航片的數(shù)據(jù)整合。其衛(wèi)星影像部分來自于美國Digital Globe公司的Quick Bird（捷鳥）商業(yè)衛(wèi)星與Earth Sat公司（美國公司，影像來源于陸地衛(wèi)星LANDSAT-7衛(wèi)星居多），航拍部分的來源有Blue Sky公司（英國公司，以航拍、GIS/GPS相關(guān)業(yè)務(wù)為主）、Sanborn公司（美國公司，以GIS、地理數(shù)據(jù)、空中勘測等業(yè)務(wù)為主）等。Google Earth（簡稱GE）在全球免費(fèi)提供了大量的高分辨率影像，在東帝汶境內(nèi)，GE提供的影像照片分辨率一般都是優(yōu)于15m，大部分地區(qū)可以達(dá)到1m左右，視角高度（Eye alt）約為500米，成圖比例尺接近800：1，這樣的高分辨率影像完全滿足我們的線路勘測設(shè)計(jì)的要求。

2 GE在東帝汶國家電網(wǎng)勘測中的應(yīng)用

2.1 GE地圖上選線

GE的坐標(biāo)系統(tǒng)是以WGS84為基準(zhǔn)，地理坐標(biāo)采用墨卡托投影，這與我們使用的GPS儀器采用的坐標(biāo)系統(tǒng)是一致的。首先我們在GE地圖上選出整個(gè)線路的走向，并利用GE的添加地標(biāo)功能，在圖上把每個(gè)轉(zhuǎn)角塔位標(biāo)注出來，這樣就在GE上形成一個(gè)完整的路徑圖。然后在GE圖上進(jìn)行影像的判別，調(diào)整路徑，讓線路避開公路，村莊，教堂，學(xué)校等對(duì)路徑有影響的地物。由于東帝汶是個(gè)土地私有制國家，根據(jù)東帝汶政府的要求，要盡量避開一些人工的建筑物，私有的莊園領(lǐng)地等。如圖1示。

最后是進(jìn)行路徑的整體優(yōu)化，提取出各個(gè)轉(zhuǎn)角的WGS84坐標(biāo)，作為第二天現(xiàn)場實(shí)地踏勘的初選位置，同時(shí)依據(jù)設(shè)計(jì)好的路徑圖對(duì)每天的基準(zhǔn)站位置和工作量進(jìn)行了優(yōu)化安排，這樣既保證了工程精度，又提高了工作的效率，為整個(gè)勘測設(shè)計(jì)節(jié)約了成本，減輕了外業(yè)工作量。

2.2 近似斷面數(shù)據(jù)的采集

由于GE還沒有開放它的高程數(shù)據(jù)，GE的立體影像模型是用美國太空總署（NASA）和美國防部國家圖像測繪局（NIMA）聯(lián)合測量的全球SRTM的數(shù)據(jù)建立的，其中的SRTM3。

是迄今為止現(xiàn)勢性最好，分辨率最高，精度也最好的全球性數(shù)字地形數(shù)據(jù)[6]，而GE的影像就是疊加在SRTM3數(shù)據(jù)之上的，SRTM3的標(biāo)稱絕對(duì)高程精度+16 m，標(biāo)稱絕對(duì)平面精度20 m，以EGM96的大地水準(zhǔn)面為高程基準(zhǔn)，WGS84橢球?yàn)槠矫婊鶞?zhǔn)，GE用來構(gòu)建三維地面模型的DEM數(shù)據(jù)精度是相同的，所以GE中地面高程的精度并不因影像清晰與否而有所不同，高清影像只是有助于目標(biāo)的識(shí)別，而對(duì)高程精度并無影響。這樣就為我們從圖面提起GE的高程信息提供了可能。

近似斷面數(shù)據(jù)采集工作流程如圖2。

利用Google Earth開放的API，我們用VB語言開發(fā)了從GE三維圖面上直接提取坐標(biāo)經(jīng)緯度和高程的程序，主要用到了GE里面ApplicationGE類中的GetPointOnTerr

ainFromScreenCoords函數(shù)[7]，將打開的GE視圖中屏幕經(jīng)緯度坐標(biāo)和高程信息提取出來。如圖2示。

通過近似斷面提取程序，首先在打開的GE影像視圖中，確定每個(gè)線路路徑轉(zhuǎn)角坐標(biāo)，并把選擇好的轉(zhuǎn)角坐標(biāo)連線，生成KML文件，然后將KML導(dǎo)入近似斷面數(shù)據(jù)采集軟件，識(shí)別線路路徑圖，從中提取出線路各個(gè)轉(zhuǎn)角樁位置的坐標(biāo)和高程信息，然后以轉(zhuǎn)角樁位置為起始點(diǎn)沿線路方向，自定義采集步長，從GE影像上沿路徑方向提取斷面點(diǎn)坐標(biāo)及高程信息，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，還需采集左右邊線和部分危險(xiǎn)斷面點(diǎn)，生成文本文件，最后用這些提取的坐標(biāo)和高程信息，用自開發(fā)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件，生成道亨的斷面圖，并在其上排干定位，然后用這些數(shù)據(jù)在現(xiàn)場實(shí)地放樣和校測，相對(duì)與實(shí)地的工測數(shù)據(jù)，如圖3示。

從（圖3）GE和工測斷面比較圖分析，在地形起伏不大，植被比較稀疏的地區(qū)地形趨勢和實(shí)際的比較符合，有較高的可信度，如在圖上A點(diǎn)到B點(diǎn)之間，附近地勢平坦，B、C點(diǎn)之間，E點(diǎn)零度方向側(cè)區(qū)域植被稀少，GE采集斷面和實(shí)測斷面擬合較好，高程點(diǎn)較差均在3 m以內(nèi)，部分地形起伏變化較大，植被密，覆蓋厚的山坡，且山脊上有凹陷區(qū)域的地方，如圖上B點(diǎn)處林木比較茂盛，有高大樹木高程較差達(dá)到15 m，D點(diǎn)前面山坳，E點(diǎn)前進(jìn)方向處山坳區(qū)域，提取的高程數(shù)據(jù)就有很大的誤差，這應(yīng)該和GE的DEM數(shù)據(jù)有關(guān)系，GE影像和DEM數(shù)據(jù)有時(shí)會(huì)有系統(tǒng)偏差，需要應(yīng)用相關(guān)的數(shù)學(xué)函數(shù)擬合處理高程點(diǎn)，消除系統(tǒng)誤差，對(duì)于高程誤差比較大的地方，要進(jìn)行忽略舍去，重要的危險(xiǎn)點(diǎn)用實(shí)際的工測數(shù)據(jù)去修正。

最后經(jīng)過擬合修正的GE斷面圖基本可以滿足前期現(xiàn)場定位的要求。這樣的工作流程和航測線路工作基本是一致的，減少了大量的線路外業(yè)測量的工作，提高了工作效率。

2.3 精度分析

線路勘測完成后，對(duì)了平面位置，我們將GE影像中提取的50多個(gè)地物特征點(diǎn)，如公路邊界點(diǎn)、教堂、學(xué)校等建筑物邊緣點(diǎn)，與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，80 %的特征點(diǎn)GE平面坐標(biāo)點(diǎn)位較差均小于3 m，15%的小于5 m，5%的數(shù)據(jù)由于是在茂密的林區(qū)采集的，植被覆蓋較厚，誤差超限，在不影響電氣專業(yè)排干定位的情況下，忽略了該部分?jǐn)?shù)據(jù)。高程方面，我們把以特定步長提取的斷面數(shù)據(jù)和實(shí)際測量的高程點(diǎn)位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，地形起伏比較小、地表植被稀疏的地區(qū)和實(shí)際測量的數(shù)據(jù)基本吻合，我們主要比較了29 km，共78個(gè)塔位實(shí)測高程和GE采集高程較差，60%在3 m以內(nèi)，30%在3～10 m之間，10%的10～15 m之間，由于GE的影像存在系統(tǒng)變形，我們沒有用專業(yè)糾偏軟件處理圖像，某些凹陷的山坡處圖像解析的不好，所以GE采集的高程和實(shí)際的相差較大，所以在選線時(shí)應(yīng)盡量避開這些地區(qū)。

2.4 利用Path Editor形成效果圖

Path Editor（以下簡稱為PE）是為GE開發(fā)的KML批量制作工具[9]。用于大量坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件與KML文件的雙向交流?？梢詫?shí)現(xiàn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)到KML文件的制作；由KML文件提取坐標(biāo)數(shù)據(jù)并生成文本文件；坐標(biāo)數(shù)據(jù)的中間處理等功能，可用來制作電力、通訊、煤氣、自來水路徑及地名標(biāo)注等。這里我們在路終勘結(jié)束后用來制作線路路徑圖并在GE上顯示出來，首先，我們將全線桿塔位的WGS84坐標(biāo)輸入到Path Editor軟件中，再生成GE的KML地標(biāo)文件，然后把KML的地標(biāo)文件導(dǎo)入GE，同時(shí)修改距離地表的高程，便形成了全面的路徑圖，如下圖4示，可以看到整體效果。

3 結(jié)論

總之，在國外地圖資料匱乏，又不能收集到資料的情況下，利用GE提供的高清地圖影像進(jìn)行線路勘測設(shè)計(jì)是完全可行的，不但能更好從全局對(duì)線路路徑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且還有效的降低了勘測強(qiáng)度，節(jié)約成本。

可以看到，GE提供的全球開放的平臺(tái)，為我們以后無論是從事國內(nèi)還是國外的電力勘測項(xiàng)目，都提供了一種全新的便利的勘測模式。分辨率更高的地圖影像提供了更好的平面精度，只是由于GE的高程信息沒有開放，地形高程數(shù)據(jù)的精度較低，在某些區(qū)域存在較大的系統(tǒng)偏差，目前只能通過從平面影像提取高程信息，且有一定程度的高程系統(tǒng)誤差。但是隨著google不斷的更新更多區(qū)域的影像圖和以后高程信息的開放，將改變我們傳統(tǒng)的電力勘測模式。線路設(shè)計(jì)中使用GE，能完全滿足設(shè)計(jì)要求，可大大的節(jié)約設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，體現(xiàn)較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，對(duì)于國內(nèi)外的電力勘測項(xiàng)目都值得推廣研究。

參考文獻(xiàn)

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