曹勇剛，李進喜

(甘肅省地礦局 第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050)

基于Google Earth三維遙感影像在地質(zhì)連圖中的應用

曹勇剛，李進喜

(甘肅省地礦局 第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050)

提出了在1∶50 000區(qū)域地質(zhì)(礦產(chǎn))調(diào)查工作中將調(diào)查區(qū)具體點、線、區(qū)要素通過二次文件轉(zhuǎn)換生成KML或KMZ格式文件的方法，將其導入Google Earth客戶端中顯示；以西藏打加錯東地區(qū)1∶50 000區(qū)調(diào)項目為例，探討了利用實時瀏覽Google Earth三維遙感影像數(shù)據(jù)，結(jié)合調(diào)查區(qū)地形、地層產(chǎn)狀和地質(zhì)文件來直觀地輔助地質(zhì)工作前期布設和后期檢查；結(jié)合“V”字型法則，對青藏高原雪被區(qū)、自然地理條件惡劣等人力無法到達地域地質(zhì)界線的圈連，對部分地層產(chǎn)狀的獲取和后期地質(zhì)界線的圈連取得了良好效果，具有實際應用意義。

Google Earth；地標文件；等高線；遙感影像；地質(zhì)連圖

0 前 言

Google Earth軟件一經(jīng)發(fā)布，即在全球各行各業(yè)引起巨大反響，憑借其免費、數(shù)據(jù)源不斷更新和分辨率高的優(yōu)勢，在地震、地理、測繪和地質(zhì)方面發(fā)揮出重要作用，不斷有學者對其具體應用予以研究，在地質(zhì)、地震及KML語言應用方面有研究者已做工作，但均未涉及其在地質(zhì)連圖中的重要意義。在以往區(qū)域地質(zhì)(礦產(chǎn))調(diào)查工作中需購買SPORT、ALOS和ASTER等數(shù)據(jù)并由專人解譯，耗費大量人力物力，且在填圖工作進程中數(shù)據(jù)源未有更新，尤其對青藏高原雪被區(qū)或人力無法到達的區(qū)域，加上少量云層或陰影的干擾，影響具體連圖界線的判定，從而降低成圖質(zhì)量。

現(xiàn)結(jié)合Global Mapper、Mapgis或Arcgis軟件可將工作區(qū)的圖框、等高線、經(jīng)緯網(wǎng)、公里網(wǎng)和照片等每一個具體要素以KML語言直觀地展現(xiàn)于Google Earth上，從三維空間以地質(zhì)思維具體分析地質(zhì)現(xiàn)象，判明產(chǎn)狀，結(jié)合“V”字型法則，為具體地質(zhì)連圖具有借鑒意義。

1 軟件平臺的準備

Google Earth 4.2，Mapgis 6.0，Global Mapper 14.1.2漢化版，谷歌衛(wèi)星下載器和GetScreen軟件，具體操作過程中可適當以Arcgis10.0軟件輔助。

2 影像數(shù)據(jù)的獲取

Google Earth衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)是衛(wèi)星影像與航拍數(shù)據(jù)的整合，分辨率高且為真彩色數(shù)據(jù)[1-2]，便于觀察分析地質(zhì)現(xiàn)象，具體與其他衛(wèi)星影像的對比見表1。

表1 GE影像數(shù)據(jù)與其他衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的對比

目前獲取Google Earth衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的方法主要有以下3種：a在谷歌衛(wèi)星下載器軟件中輸入工作區(qū)既定范圍，下載完成后轉(zhuǎn)換為 *.tif格式的拼接閉合圖片，但其受導出級數(shù)的限制，一般無法獲取最高分辨率的影像且后續(xù)影像需多點誤差校正；b以Google Earth軟件在線瀏覽影像數(shù)據(jù)時以 GetScreen軟件圈定范圍截屏，得到分塊影像后仍需多點誤差校正[3-4]；c通過改變Google Earth緩存的存儲位置，在線瀏覽工作區(qū)詳細影像數(shù)據(jù)，影像無需下載，即可從三維角度任意觀察。

3 地標文件的管理

Google Earth所支持的地標文件為KML和KMZ格式，KML文件可用于保存如點、線、圖像、多邊形或3D模型等特定的地理信息，而KMZ格式文件實質(zhì)是一種壓縮文件格式，其能存儲更多KML文件不能存儲的信息，如圖片，視頻等，只是包含了更多的用于顯示的輔助資料。打開Google Earth軟件添加地標后，可見地標的屬性包含有名稱、坐標(經(jīng)緯度)、說明、樣式/顏色、視圖和海拔高度幾項，已滿足普通的研究應用。

3.1 地標文件的生成及導入

在1∶50 000區(qū)域地質(zhì)(礦產(chǎn))調(diào)查或大比例尺礦產(chǎn)普查、詳查工作中，已知工作區(qū)的具體范圍、公里網(wǎng)、經(jīng)緯網(wǎng)等要素，通過輸入其具體坐標，經(jīng)地標生成軟件即可生成KML文件。導入軟件后即可根據(jù)等高線和地質(zhì)界線結(jié)合“V”字型法則連圖。以西藏打加錯東地區(qū)1∶50 000區(qū)調(diào)項目為例，若已知工作區(qū)等高線數(shù)據(jù)，由于Google Earth為WGS-84坐標系，首先將Mapgis線文件 *.wl通過單個文件的投影變換將其賦以實際經(jīng)緯度范圍[5]，經(jīng)文件轉(zhuǎn)換，再通過Global Mapper軟件將其轉(zhuǎn)換為KMZ格式地標文件，打開即可實時瀏覽工作區(qū)影像數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1 調(diào)查區(qū)地形及三維影像數(shù)據(jù)(等高距20 m)

若工作區(qū)地質(zhì)調(diào)查程度低，缺乏地質(zhì)資料，無工作區(qū)等高線數(shù)據(jù)，例如部分非洲海外項目，可通過網(wǎng)站下載免費的SRTM數(shù)據(jù)[6]，目前能夠免費獲取中國境內(nèi)和部分海外的SRTM3文件，SRTM3的文件里面包含1 201×1 201個采樣點的高度數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是90 m的數(shù)據(jù)，每個90 m的數(shù)據(jù)點是由 9個30 m的數(shù)據(jù)點算術(shù)平均得來的，誤差約30 m，需后續(xù)校正，該數(shù)據(jù)導入后仍可為地質(zhì)前期工作起重要輔助作用。同理，可將已知的工區(qū)*.wt點文件和*.wp區(qū)文件通過投影變換和文件轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)為KMZ格式地標文件，將其顯示在Google Earth客戶端上，不同地質(zhì)區(qū)的顏色和不透明度均可通過改變其屬性來實時調(diào)節(jié)，以利于觀察，如圖2所示。

圖2 調(diào)查區(qū)各地層分區(qū)及三維影像數(shù)據(jù)(不透明度75%)

3.2 地標文件的涉密管理

Google Earth地標文件新建保存成功后，為防止等高線，重要圖片等涉密地標的上傳共享泄密，可對項目已知的密級程度高的數(shù)據(jù)，適當刪除涉密要素[7]，在斷網(wǎng)狀態(tài)下將其打開使用；或可采取盡量使用網(wǎng)絡免費下載的DEM獲得的精度較低的高程數(shù)據(jù)；對重要地標分開保存，不合并保存于一個較大的KMZ格式文件下；不登錄Google賬戶或通過網(wǎng)絡和電子郵件共享地標文件，通過以上幾種方法來確保涉密地質(zhì)資料的安全性。

4 地質(zhì)連圖應用

4.1 巖層產(chǎn)狀的獲取

關(guān)于巖層產(chǎn)狀的測定方法，已有相當精確的巖層面擬合法、三點法[8-9]等，為方便高效，本文采用目視估算法。在軟件中導入地形數(shù)據(jù)后，選取合適角度，在測定范圍內(nèi)，巖層產(chǎn)狀穩(wěn)定，風化剝蝕程度較低，對巖層界面無影響，且無斷層或小褶皺的干擾，即可求的巖層產(chǎn)狀?，F(xiàn)以求取調(diào)查區(qū)北東部昂杰組(P1a)灰白色變巖屑石英砂巖為例，該區(qū)平均海拔5 600 m之上，秋冬季均為冰雪覆蓋，實地測制產(chǎn)狀困難，結(jié)合Google Earth遙感影像獲取產(chǎn)狀步驟如下：a不斷調(diào)整以選取合適觀察方位，該區(qū)將正北方位拖至正東以利于觀察；b選取工具——標尺，分別測量地層兩交點A與B之間的距離，讀取兩點的高程分別為5 656，5 641 m，即高差為15 m，地圖長度即兩點直線距離為47.40 m，如圖3所示；c得其傾角為arcsin(15/47.4)≈18.45(°)，傾向可由軟件直接讀出為174.62(°)，故得該地層產(chǎn)狀為175(°)∠18(°)，走向85(°)。

圖3 地層產(chǎn)狀的獲取方法

4.2 地質(zhì)界線的圈連

4.2.1 巖體與地層的界線

以測區(qū)中部古近紀石英二長斑巖(ηοπE)與典中組二段(E1-2d2)界線的圈連為例，已有兩條路線將其界線定出，石英二長斑巖呈巖蓋產(chǎn)出，蓋于典中組火山巖之上，以遙感影像結(jié)合地形與“V”字型法則，圈連如圖4所示。

圖4 巖體與地層界線的圈連

4.2.2 非正式填圖單位界線的圈連

測區(qū)東部昂杰組三段(P1a3)以灰色，灰黑色千枚巖、深灰色生物碎屑灰?guī)r及淺灰色變巖屑長石巖屑砂巖為主，該段中影像呈灰黑色的為灰黑色千枚狀板巖。地質(zhì)區(qū)文件不透明度為30%，以利于觀察影像，由前文可知該區(qū)地層產(chǎn)狀南傾，結(jié)合地形數(shù)據(jù)可知巖層傾向與地面坡向相同，且?guī)r層傾角大于地面坡度角，轉(zhuǎn)為平面視角觀察，以“V”字型法則將其圈出[10]，如圖5所示。

圖5 非正式填圖單位的圈連

4.2.3 雪被區(qū)界線的圈連

測區(qū)北西部區(qū)域平均海拔5 750 m之上，共散落分布有5個冰斗冰川，均發(fā)育于雪線附近的積雪洼地中[11]，規(guī)模不大，面積0.4～0.8 km2之間，以刃脊、角峰為界。2014年5月底于溝中布設了一條追索路線，控制了冰舌的位置，經(jīng)調(diào)查及與影像(影像數(shù)據(jù)日期2013年4月10日)對比發(fā)現(xiàn)其冰舌前緣位置未有明顯變化，冰舌位置穩(wěn)定，說明氣候變化對海拔5 800 m之上冰川影響甚微，結(jié)合Google Earth歷史遙感影像可具體研究該地區(qū)冰斗的長度、寬度和深度，以作為氣候變化的重要指標，圈連后的冰川界線如圖6所示。

圖6 雪被區(qū)界線的圈連

5 結(jié) 論

本文以Google Earth軟件為平臺，探討了對調(diào)查區(qū)每一要素轉(zhuǎn)換為地標文件的方法，可將等高線、地質(zhì)區(qū)、地層點、照片等融合顯示，實時觀察。利用Google Earth三維遙感影像數(shù)據(jù)，將其應用于自然條件惡劣地域、地層產(chǎn)狀測量、地質(zhì)界線圈連、冰川活動調(diào)查均有很好效果，為地質(zhì)工作前期部署及后期連圖、檢查均起到促進作用，提高了工作效率，節(jié)省人力財力成本，綜合表明其應用于地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域初步可行。

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An Application of Graph Geological Boundary on Google Earth Three-dimensional Image Data

CAO Yonggang, LI Jingxi

(No.3ExplorationInstituteofGeologyandMineral,GansuprovinceBureauofGeologyandMineralExploration,Lanzhou,Gansu730050,China)

This article puts forward a method for 1∶50 000 regional geological(mineral) survey project. Survey area dot-line-district of various elements will generate KML or KMZ format file through the second file conversion．It shows the files in Google Earth client. We have discussed the real-time browsing Google Earth of three-dimensional image data．By assisting early geological work in arranging to check combination with survey area terrain，we have a good understanding of the attitude of stratum and district file, including Qinghai-Tibet Plateau snow area，severe natural geographical conditions and the geologic boundary where human cannot reach by using the laws of “V”．With 1∶50 000 of regional geological survey project base of Tibet region east of DaJia lake，for example, we will access to part of the attitude of stratum to get the geologic boundary in good effect．This method has its significance of practical application．

Google Earth；Placemark file；Contour line；Remote-sensing image；Geological graph

2017-03-16

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目青藏專項(12120113034400)

曹勇剛(1990-)，男，甘肅臨洮人，助理工程師，研究方向：區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查，手機：15009315175，E-mail：cygcao@126.com.

P618.13

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.02.049