李孝林，李孝根（.內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計(jì)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 0000；. 巴彥淖爾市科興電力勘測設(shè)計(jì)所有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 05000）

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Google Maps拼圖軟件的開發(fā)及其在送電線路中的應(yīng)用

李孝林1，李孝根2
（1.內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計(jì)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；2. 巴彥淖爾市科興電力勘測設(shè)計(jì)所有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000）

摘要：傳統(tǒng)1:5萬、1:1萬的地圖數(shù)據(jù)比較陳舊，圖上的地形地物與現(xiàn)場相差很大，已不能滿足送電線路工程的選線、測量等工作的要求；衛(wèi)星遙感、航拍航測數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)價(jià)格昂貴，后期處理也相當(dāng)繁瑣。Google Maps免費(fèi)提供了全球絕大部分城市的衛(wèi)星影像圖，其更新速度較快，衛(wèi)星影像圖與現(xiàn)場實(shí)際情況能很好地吻合。本文將介紹Google Maps拼圖軟件的開發(fā)，用軟件拼接并生成DWG格式的圖形文件，經(jīng)坐標(biāo)糾正后用于送電線路路徑方案的選定，為設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確、直觀的數(shù)據(jù)，減少勘測工作量，提高工作效率。

關(guān)鍵詞：Google Maps；拼圖；送電線路；路徑選擇。

1 概述

Google Maps也稱谷歌地圖，是 Google 公司提供的電子地圖服務(wù)，包括局部詳細(xì)的衛(wèi)星照片。它把衛(wèi)星影像、航空照相和地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System， GIS）布置在三維數(shù)字地球模型上，可以提供含有政區(qū)和交通以及商業(yè)信息的矢量地圖、不同分辨率的衛(wèi)星照片和可以用來顯示地形和等高線地形視圖。其在各類平臺(tái)均有應(yīng)用，操作簡單方便。

本文將介紹基于Web版的Google Maps的拼圖軟件開發(fā)方法及過程，包含：Google Maps圖片參數(shù)分析、地圖數(shù)據(jù)庫的建立、拼接文檔的構(gòu)建、拼圖操作、與AutoCAD軟件的交互等。

軟件可拼接并生成DWG格式的圖形文件，用手持GPS現(xiàn)場采取圖上的特征點(diǎn)（如道路交叉點(diǎn)、房屋角點(diǎn)）坐標(biāo)后在AutoCAD中進(jìn)行糾正，糾正后地圖的精度約5 m左右；如用大GPS采點(diǎn)糾正后，精度可精確到1 m以內(nèi)。經(jīng)坐標(biāo)糾正后得到全新的衛(wèi)星影像圖，在圖上可進(jìn)行可研、初步、施工圖等階段的路徑方案選定，減少外業(yè)測量時(shí)間、提高工作效率。

2 Google Maps 拼圖軟件的建模

圖1軟件開發(fā)模型中：“分析Google Maps在Web中的參數(shù)”、“建立各地區(qū)的數(shù)據(jù)庫”、“地圖拼接文檔的構(gòu)建”、“選擇地區(qū)、設(shè)定拼圖范圍”、“生成SCR圖形交換文件”是軟件開發(fā)中的關(guān)鍵步驟，將在下文中介紹。

圖1 軟件開發(fā)模型

3 軟件開發(fā)的關(guān)鍵步驟

3.1 分析Google Maps 在Web中的參數(shù)

Google Maps的Web參數(shù)見表1。

表1 Google Maps的Web參數(shù)

Google Maps中每張Web圖像的大小為256×256像素，除道路圖、衛(wèi)星地標(biāo)和地形地標(biāo)為PNG圖片格式外，其余均為JPG圖片格式。

地址中“khm0”、“mt0”中的數(shù)字“0”為服務(wù)器代號，多個(gè)服務(wù)器有利于圖片的均衡下載，其值可取“0”、“1”、“2”、“3”。地址中“v=125”、“s@125”、“t@127”、“m@ 160000000”、“h@ 160000000”、“r@ 160000000”中的數(shù)字為更新圖片的版本?！靶l(wèi)星圖-谷歌Maps”需要讀取網(wǎng)頁“http://maps.google.com”中的參數(shù)，其它類型地圖的更新需要讀取網(wǎng)頁“http://ditu. google.cn” 中的參數(shù)。參數(shù)X、Y中“s=”目前無意義，“x=53097”、“y=24620”中的數(shù)字為圖片X、Y坐標(biāo)代號；參數(shù)Z中“Z=16”，Z代表分辨率，數(shù)字為分辨率的值，可取1～19整數(shù)，分辨率越大圖像越清晰。

參數(shù)Z與參數(shù)XY的關(guān)系：Z值增加1相當(dāng)于放大1倍，XY的值也放大1位（即乘2），反之也成立。如果已知圖片A在分辨率Z=19下的Xa、Ya值，那么Z=18下圖片B（圖片B包含圖片A的范圍） Xb=Xa/2、Yb=Ya/2的整數(shù)部分，以此類推。

參數(shù)S為圖片的字符串代號，其值為字符串“Galileo□”經(jīng)變化循環(huán)的一個(gè)矩陣，“□”代表字符串為空，見圖2。

圖2 參數(shù)S的字符串矩陣

按地圖“上北下南，左西右東”的原則，Google Maps參數(shù)X越往右其值越大，參數(shù)Y越往下其值越大；如果將參數(shù)S的字符串矩陣、參數(shù)XY和參數(shù)Z對應(yīng)起來，可得出結(jié)論：在參數(shù)Z（分辨率）相同的基礎(chǔ)上，已知圖片A的X、Y、S值和圖片B的X、Y值，就能求出圖片B的S值。

3.2 建立各地區(qū)的數(shù)據(jù)庫

由于JPG圖片格式的像素大小是有限的，超過其范圍則不能顯示，因此必須控制拼接圖片的大小。

以分辨率Z=16為例，若每幅圖由25×25張小圖拼成，則其像素大小為6400×6400，實(shí)際范圍大約為12×12 km。在AutoCAD中加載速度也很快。因此本軟件拼接圖片的大小采用6400×6400像素，命名規(guī)則為：圖名為10個(gè)字符，前面5個(gè)字符為X/25取整后在前面加0補(bǔ)齊5位，后面5個(gè)字符為Y/25取整后在前面加0補(bǔ)齊5位。

分辨率小于11的圖片范圍太大，在工程中基本上不使用，故只需建立分辨率≥12以上的數(shù)據(jù)即可。

建立圖3的數(shù)據(jù)庫，其中ID為主鍵。

圖3 地區(qū)數(shù)據(jù)庫

獲取某一地區(qū)分辨率Z=19的X、Y值的方法：在瀏覽器中打開這一地區(qū)分辨率Z=19的地圖，然后點(diǎn)擊“工具”菜單下的“Internet選項(xiàng)”“Internet臨時(shí)文件和歷史記錄設(shè)置”“查看文件”然后找出一張分辨率Z=19的圖的X、Y值，然后將X、Y值往小調(diào)整，使其均成為25的整數(shù)倍。

批量添加數(shù)據(jù)：為方便添加數(shù)據(jù)，軟件應(yīng)具備批量添加數(shù)據(jù)功能。在分辨率12～19中各已知1張圖片的X、Y、S值，獲取某一地區(qū)如五指山市的分辨率Z=19的X、Y值，則可以將五指山市分辨率12～19級的數(shù)據(jù)全部添加上。

3.3 地圖拼接文檔的構(gòu)建

文件命名 為“*.GMP” 格式，其內(nèi)容為XML文件格式。

圖4 地圖拼接文檔格式

圖4中Filetype為文件類型。

選擇地區(qū)：PictureX、PictureY、PictureS、PictureZ分別為圖片的X、Y、S、Z參數(shù)，PictureT為地區(qū)名稱，PictureName為本圖圖號。

設(shè)定拼圖范圍：North、South、East、West分別為本圖北方、南方、東方、西方的圖幅數(shù)量，如North=”1”指本圖北方需要拼接1張圖的范圍。最后由North、South、East、West的數(shù)值構(gòu)成矩形的拼接范圍。

開發(fā)過程中，軟件需要考慮對“*.GMP”文件中各對數(shù)的讀取、修改等。

3.4 拼圖操作、生成SCR圖形交換文件

生成SCR圖形交換文件：在AutoCAD中插入圖片的命令為：IMAGE A “0208800989. jpg” 0，0 1 0。“0208800989.jpg”為圖名，“0，0”為X，Y坐標(biāo)，多張圖片時(shí)需要計(jì)算每張圖片插入位置。最后將其保存為“*.SCR”文件。

圖片加載：在AutoCAD中“工具”菜單下點(diǎn)擊“運(yùn)行腳本”，選擇生成的SCR文件后打開即可將影像圖加載。

4 坐標(biāo)糾正

4.1 RTK點(diǎn)校正法（用大GPS）

Google Maps主要采用WGS84大地坐標(biāo)，但投影后的坐標(biāo)與實(shí)際我國采用的國家坐標(biāo)系統(tǒng)之間還有很大差異。這一差異可能是由于未采用當(dāng)?shù)貐⒖紮E球引起的，為解決之一問題，借助工程中常用的RTK點(diǎn)校正法，將Google Maps中數(shù)據(jù)的WGS84坐標(biāo)與實(shí)際工程網(wǎng)格坐標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)校正，以滿足影像數(shù)據(jù)坐標(biāo)高精度的要求。具體步驟是首先將項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)的主要地形特征點(diǎn)（道路交叉口、房角、電桿、斑馬線等）在Google Maps上的WGS84坐標(biāo)作為基準(zhǔn)，然后以此特征點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)啟動(dòng)基準(zhǔn)站，依次去測量項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)的國家控制點(diǎn)，建立國家坐標(biāo)與Google Maps坐標(biāo)系統(tǒng)準(zhǔn)確對應(yīng)關(guān)系，包括高程異常值的確定，并隨著線路控制區(qū)域不斷與影像圖上的特征點(diǎn)進(jìn)行對比校正，全測區(qū)檢核無誤后直接進(jìn)行施工圖階段的定線、定位測量。

經(jīng)大GPS校正后，其精度能控制在1m內(nèi)甚至更小。此方法的優(yōu)點(diǎn)是精度高，缺點(diǎn)是測量外業(yè)工作量大。

4.2 手持機(jī)采點(diǎn)校正法

步驟是首先選定項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)的主要地形特征點(diǎn)（道路交叉口、房角、電桿、斑馬線等）至少3個(gè)（以3個(gè)點(diǎn)為例），3個(gè)點(diǎn)最好組成銳角三角形；然后用手持機(jī)現(xiàn)場采集特征點(diǎn)的坐標(biāo)；最后將衛(wèi)星影像圖編輯成塊，塊的基點(diǎn)最好取某一個(gè)特征點(diǎn)，通過調(diào)整X、Y方向的比例和旋轉(zhuǎn)角度的方法糾正坐標(biāo)，因手持機(jī)的精度就是5 m左右，當(dāng)3個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo)精度控制在5 m內(nèi)時(shí)即可將塊打散。

如果拼接的圖面范圍較大時(shí)，取相鄰幾幅圖編輯成塊，用手持機(jī)采點(diǎn)坐標(biāo)糾正，其它相鄰的圖可經(jīng)多次操作把坐標(biāo)糾正后即可，最后將所有塊打散。

經(jīng)大手持機(jī)采點(diǎn)校正后，其精度能控制在5 m左右。此方法的優(yōu)點(diǎn)是方便快捷，測量外業(yè)工作量小，滿足工程需求；缺點(diǎn)是精度不太高。

5 應(yīng)用

5.1 城區(qū)線路：億利電石二期雙回220 kV供電線路

線路位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市達(dá)拉特旗城區(qū)，周圍出線環(huán)境相當(dāng)困難：達(dá)拉特發(fā)電廠及其眾多送出線路、億利化學(xué)工業(yè)園區(qū)、磚廠、灰渣場、眾多民房等。

對比圖5、圖6可發(fā)現(xiàn)：1∶5萬傳統(tǒng)地形圖所缺地物太多，遠(yuǎn)不符合現(xiàn)場情況；采用衛(wèi)星影像圖選出的路徑方案合理，一目了然，說服力強(qiáng)。

圖5 億利電石1:5萬傳統(tǒng)地形圖

圖6 億利電石衛(wèi)星影像圖（已糾正坐標(biāo)）

5.2 礦區(qū)線路：蒙西-湖北±800 kV特高壓直流輸電工程

線路位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗，其地區(qū)的地形是千溝萬壑。作為國家煤炭基地，線路路徑所經(jīng)地區(qū)煤礦眾多且埋層淺，很多煤礦為露天開采，路徑選擇須避開煤礦，同時(shí)也要避開不良地質(zhì)區(qū)域。近年來準(zhǔn)旗地區(qū)的民房、窯洞、危房大量改造，很多地質(zhì)條件相對較好的地方新建了不少民房，線路應(yīng)盡量避開民房。圖7、圖8中，受多方條件的制約，在傳統(tǒng)地形上選線變得相當(dāng)困難，而采用衛(wèi)星影像圖來選線既輕松且合理。

圖7 蒙西-湖北1∶5萬傳統(tǒng)地形圖

圖8 蒙西-湖北衛(wèi)星影像圖（已糾正坐標(biāo)）

5.3 國外工程

近年來，我院不斷開拓海外市場，在塔吉克斯坦、巴基斯坦、柬埔寨、烏干達(dá)等國中標(biāo)了不少項(xiàng)目。地形圖作為國家機(jī)密，想獲得國外的地圖相當(dāng)困難，幾乎不可能獲得。采用航拍航測需要進(jìn)入國外的領(lǐng)空，也不具備可行性。開展可研、初步設(shè)計(jì)階段的路徑選線工作，唯一的希望就是寄托在免費(fèi)的衛(wèi)星地圖上面。

擁有最基本的地圖后，才可以去國外開展外業(yè)選線工作。今后，衛(wèi)星影像圖將在國外工程中發(fā)揮越來越重要的作用。

6 應(yīng)用前景

本文簡明地介紹了Google Maps拼圖軟件關(guān)鍵步驟，軟件開發(fā)的思路清晰，可操作性強(qiáng)。

采用手持機(jī)方法糾正坐標(biāo)簡單方便，且能滿足送電線路工程路徑方案選擇的需要。影像圖經(jīng)坐標(biāo)糾正后可持續(xù)使用，如某一地區(qū)的地圖更新后只需重新下載和更換影像底圖即可。

跟傳統(tǒng)地形上選線相比，用衛(wèi)星影像圖選出的路徑方案合理，一目了然，說服力強(qiáng)。

衛(wèi)星影像圖在開展國外送電線路工程中具有廣闊的前景。

由于衛(wèi)星影像圖地物信息詳細(xì)、更新速度快，其在公路、鐵路、林業(yè)、國土等行業(yè)也有良好的應(yīng)用。

總之，Google Maps衛(wèi)星影像圖在送電線路工程路徑方案選擇中的應(yīng)用是科學(xué)的：選出的路徑方案合理，減輕了測量工作量，提高了工作效率。

參考文獻(xiàn)：

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［4］ 依維恩，等.XML高級編程［M］.王春楠，劉永金，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

中圖分類號：P2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1671-9913（2016）01-0041-05

* 收稿日期：2014-12-11

作者簡介：李孝林（1984- ），男，湖南邵陽人，工程師，從事送電線路工程設(shè)計(jì)和送電線路軟件開發(fā)工作。

The Google Maps Puzzle Software Development and its Application in the Transmission Line

LI Xiao-lin1， Li Xiao-gen2
（1. Inner Mongolia Electric Power Survey & Design Institute Co.，Ltd.， Hohhot 010020， China 2. Bayan Nur Kexing Electric Power Survey and Design Institute Co.，Ltd.， Bayan Nur 015000， China）

Abstract:Traditional 1:5 million，1:1 million map data is relatively old， on the terrain and the scene is very different，can no longer meet the requirements in the path selection and measuring of the transmission line project； satellite remote sensing， aerial photography are expensive， and the post-processing of the data is also quite onerous. Google Maps provide free satellite images of the vast majority of cities around the world， and its updates faster， satellite images with the actual situation in good agreement. This article describes the development of the Google Maps puzzle software， with the software generate DWG drawing file format， the file is used for path selection of the power transmission line project by the coordinate corrected ，aim to provide accurate and intuitive data for the design， reduce surveying workload， improve work efficiency.

Key words:Google Maps； puzzle； path selection； transmission line.