2024年5月7日发(作者:单驰)
第23卷第5期 石油规划设计 2012年9月 21
文章编号:1004—2970(2012)05—0021—05
刘定智利 任红军 刘定东。 李茜
(1.中国石油天然气股份有限公司规划总院;2.中国石油四川销售分公司;
3.中国石油西南油气田公司重庆天然气净化总厂长寿分厂;4.长兴化学有限(中国)有限公司天津分公司)
刘定智等.Google Earth在油气管道线路工程前期研究中的应用.石油规划设计,201 2,23(5):21~
摘要针对传统地形图时效性较差、购买周期长、商业卫星遥感数据售价昂贵等问题,结合
油气管道前期研究精度要求相对宽松的特点,利用互联网上公开的地理信息数据,以Goog1e Earth
软件为例,介绍其在油气管道线路工程前期研究中的应用。经过综合比较,在管道线路前期研究
中采用Google Earth软件是可行的,将其引入到管道前期研究中,可有效提高内业选线和外业踏
勘的效率。该软件的数据范围、数据质量、时效性等基本能够满足油气管道规划、预可研和部分
可研阶段的要求。但是,受总体精度的限制,在设计阶段仍需购买高清遥感数据和大比例尺地形
图来优化管道线路。
关键词 Google Earth;管道线路;前期研究;应用
中图分类号:TE973 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1004—2970.2012.05.005
近年来,随着我国石油工业的蓬勃发展,油气
管网建设呈快速发展态势。以中国石油为例,十一
五期间,其建设油气管道总长超过2.7 X 10 km,达
到十五期间的1.65倍。十二五期间,油气管道建设
规模还将进一步扩大。在干线管道建设的同时,支
干线、支线的建设也在快速推进,对管道规划设计、
建设施工、运营管理各环节的要求越来越高。在这
种形势下,管道前期工作的周期缩短、效率要求更
高。Google Earth卫星地图软件的出现为管道线路人
员提供了丰富的地理信息数据,提高了管道前期工
作的效率。
Google公司开发的一款虚拟地球软件,它把卫星照
片、航空照片和GIS(地理信息系统)数据布置在
同一个地球三维模型上,使地形和建筑物都能以三
维图像的状态显示。GE软件针对个人计算机桌面系
统推出了3种不同版本:Free版、Plus版和Pro版。
GE软件经过不断改进,目前版本已升至6.2版。
1.1 数据来源及分辨率
GE软件的卫星影像并非单一数据来源,而是卫
星影像与航拍数据的整合。
GE上全球卫星影像的有效分辨率至少为
lOOm,通常为15—30m。但是,针对大中城市、著
1 Google Earth的特点
谷歌地球(Google Earth,以下简称GE)是
名风景区等能提供分辨率约为lm或O.5m的高清影
像。2010年开始,GE软件大面积推广了分辨率约
为2.5m的次高清卫星影像,对应的地图比例尺在
1:50 000以内。GE软件卫星影像地面分辨率与地
球刘定智,男,工程师。2003年毕业于西南石油大学储运专业,获硕士学位。现在中国石油天然气股份有限公司规划总院从事油气管道工程前期研究
工作。地址:北京市海淀区志新西路3号,100083。E-mail:liudingzhi@petrochina.corn_cn
22 刘定智等:Google Earth在油气管道线路工程前期研究中的应用 201 2年9月
图比例尺的大致关系见表1。
表1 地图比例和影像地面分辨率的对应关系
地图比例尺 影像地面分辨率,m
1.2数据更新快,时效性好
目前,管道线路工程上常用的地形图大多绘制
于20世纪80年代以前。鉴于地形图绘制的复杂性
和高投入,传统地形图的更新往往较慢。而GE软
件卫星数据的时效性较好。近年来,Google公司逐
渐增加了卫星数据的更新频率,几乎每个月都提供
局部更新。截至目前,我国许多地区已更新为2005
年甚至2010年以后的卫星影像。
1.3数据覆盖范围广
与传统的纸质地图相比,GE软件的数据覆盖范
围广泛。它整合了包括南极、北极在内全球性的卫
星影像资源。这对研究距离很长的跨国油气管道,
特别是国外油气管道的线路走向优势明显。
1.4浏览直观,高分辨率影像多
配合SRTM(航天飞机雷达地形测绘任务)高
程数据和卫星遥感影像,GE软件能以三维立体方
式显示地形地貌,浏览方便。在分辨率上,我国除
新疆东南部局部地区、青海西南部和西藏东部等少
部分地区的分辨率仍约为15m外,其余地区已被次
高清(分辨率2.5m)和高清(分辨率0.5~lm)卫
星影像覆盖。
1.5数据免费
目前,多数遥感公司对卫星影像采用收费方
式。对于线路长、范围广的管道工程来说,全线购
买卫星遥感数据,特别是高分辨率遥感数据总体费
用较高。而GE软件对浏览卫星影像完全免费,仅
对基于卫星数据的高级应用收取一定费用。这大大
方便了重点关注地形地貌、主要浏览卫星影像的油
气管道线路工程人员。
1.6在前期研究层面,总体精度满足要求
经过多次现场踏勘检验(见表2),我国大部分
地区的水平精度和垂直精度在50m以内。这对于管
道前期研究来讲,总体精度满足要求。
GE软件图片由多种卫星数据拼接而成。绝大
部分地区拼接效果较好,但是,也存在拼接错位
较大、地形出现畸变的特殊情况。因此,在可行性
研究阶段及后续的设计阶段仍需通过现场踏勘来评
表2 GE软件水平精度和垂直精度的比较
精度指GE软件与GPS采集点的对比情况。水平精度指同一
地物的GE坐标和GPS坐标间的距离;垂直精度指同一坐标
下GE海拔与GPS海拔的差
价误差情况。
1.7配套功能强大
除了显示卫星影像和高程数据,GE软件还包括
了地名、行政区划范围、主要水系、铁路公路网、
著名山峰名称、著名保护区域名称、历史地震分布、
未来天气、卫星云图、部分地点的实景照片和全景
照片等。另外,GE软件还提供了地标设置、路径绘
制、长度测量、面积测量、坡度测量、GPS数据导
入、三维动画浏览等辅助功能。
2 在油气管道线路工程前期研究中
的应用
2.1 室内辅助选线
2.1.1 选择线路总体走向
利用GE软件数据较新、地标显示较全、地形
地貌直观等特点,可以方便地进行室内选线。主要
步骤如下:第一步,运行GE软件,找到管道首末
站区域。根据软件提供的周边地形地貌、建构筑物
分布等信息,初步选定首末站位置;第二步,利用
GE软件“路径”绘制功能,按照首末站位置和沿线
的主要控制点,绘制管道的大致走向;第三步,根
据管道大致走向,通过GE软件的缩放功能,详细
浏览沿线地形地貌、公路、铁路、城市范围、水系
分布等情况,分段、逐步调整管道线位,直到最终
确定管道走向。
2.1.2局部分析
在管道的隧道出人口、大中型河流穿跨越等困
难点附近,需要详细分析管道通过的可行性。GE软
第23卷第5期 石油规划设计 23
件的一些功能可以对局部分析有所帮助。 围等地形情况。
近年来,GE软件对我国高清卫图的覆盖区域越 “显示高度配置文件”功能使用方便,但这种
来越广。利用高清图片和地形数据,可以在室内详 方法仍存在以下不足:一是,采集得到的里程、高
细考察、比选管道局部地区的通过方式,优化线路
程路径与原路径不完全重合,存在细微偏差;二是,
走向,如隧道出入口、河流穿跨越点、建构筑物密 采集的里程、高程点为等间距分布,地形复杂地区
集区、水网等地段。
自5.0版开始,一是,GE软件提供了“历史图
像”功能。利用历史图像功能,可以直观的考察河
道变化、湖泊水域变化、公路铁路网变化以及城市
建构筑物的变化情况。目前,存在的主要问题是国
内历史影像数据远远少于国外,许多地区甚至尚未
提供历史图像;二是,GE软件提供了谷歌海洋功
能。GE软件提供了海底高程数据,可用于考察海底
管道沿线的高程变化情况。尽管GE软件的海底高
程精度低于陆地高程,但是,在管道前期研究阶段
仍有一定的参考价值。
利用GE软件实景照片功能,即可打开实景照
片。通过实景照片,可以在踏勘前了解到管道局部
地区的实际场景。同时,由于上传过程缺乏地理位
置校核,有些照片与地理位置并非完全对应,只能
参考使用,具体场景还需要通过现场踏勘获取。
2.1.3沿线里程、高程采集
提供油气管道沿线里程、高程数据是线路专业
的重要任务。以前主要通过地形图来获取沿线的里
程和高程数据。利用纸质地形图,需要人工解算沿
线高程,效率较低;采用电子地形图和GIS软件解
算,效率较高。但是,目前电子地形图的价格较高,
一
般的工程项目难以承受。另一方面,近年来国家
对地形图的管理Et趋严格,购买审批流程复杂,周
期较长。
针对前期研究阶段精度要求相对宽松的特点,
GE软件能够按照绘制的管道路径,快捷提取沿线里
程和高程数据。主要有以下几种方法。
2.1.3.1利用“标尺”工具的测量功能
通过“路径”方式测量管道沿线长度。同时,
通过GE主窗口读取鼠标处的高程数值,进而得到
管道沿线的里程高程数据。此方法使用最简单,但
是,也存在一定的随机性,由于需要人工测量和读
取数据,不同人员可能会得出不同的里程高程结果。
2.1.3.2利用“显示高度配置文件”功能
6.0版以后的GE软件提供了“显示高度配置文
件”功能,解决了里程、高程数据读取的随机性问
题。通过对GE软件的操作可显示出管道路径沿线
的里程高程曲线,并显示出最大最小高程、坡度范
和地形简单地区的间距相同,可能会出现地形简单
地区采点过密,地形复杂地区采点过疏;三是,经
过测试,“显示高度配置文件”功能的采集点数为
900~1 300点,路径太长,采集误差将增加。因此,
对于长距离管道,建议分段绘制路径,分段采集里
程高程数据。
2.1-3.3 利用Google COM API功能
利用Google COM API功能可对Google Earth灵
活操控,实现控制视图高度、中心经纬度、保存图
片、读取高程信息等功能。在应用层面上,经过几
年发展,广大GE软件爱好者利用Google COM API
功能开发了一系列的高程提取工具,如“谷歌地球一
取点工具”、“谷歌地球高程提取专业版”、“高程数
据下载(DEM)助手”等。这些工具再配合GIS软
件中自带的路径分析功能,可以灵活实现“等间距
采集里程高程”、“按拐点采集里程高程”、“按指定
区域采集高程”等功能。此方法控制灵活,可用的
小软件多。但是,需熟练Google COM API语法或熟
悉相关高程采集软件及GIS软件。
2.1.3.4利用GIS软件和第三方高程数据
通过GIS软件和下载第三方高程数据,获取管
道的里程高程。首先,在GE软件中大致确定管道
沿线经过的经纬度范围,并将管道路径导出为kml
文件;其次,按照管道经过的经纬度范围,从互联
网上下载SRTM DEM高程数据或ASTERG DEM高
程数据;最后,在GIS软件中(如ArcInfo、Global
Mapper等),载入高程数据和管道路径kml文件,
即可利用GIS软件的路径分析功能自动提取管道的
里程高程数据。这种方法的优点是数据搭配灵活,
可以用不同来源的高程数据相互比较和验证。不足
之处在于用户需专门下载高程数据且需熟悉GIS
软件。
总体来看,GE软件“显示高度配置文件”功能
使用简单方便、精度适中,在规划、预可行性研究
阶段能够满足要求。而在可行性研究阶段,则需要
经过现场踏勘验证和校核GE软件的误差。对于需
按拐点提交里程、高程的情况,可利用由Google
COM API功能开发的高程提取工具。另外,对于精
度要求高的特殊情况,可考虑采用其他高精度的数
24 刘定智等:Google Earth在油气管道线路工程前期研究中的应用 201 2年9月
字高程模型(DEM)配合GIS软件来采集里程、高
程数据。
2.1.4工程量统计
在管道走向确定后,线路专业还需要提供河流
穿跨越长度及次数;铁路公路穿越长度及次数、行
政区划穿越长度;各类地区穿越长度等工程量。在
实际使用中,一般由人工统计穿跨越次数,由GE
软件的“标尺”工具测量穿跨越长度。随着GIS软
件功能的Et益强大,未来可以利用GIS软件的空间
查询与空间分析功能实现各种工程量的自动统计。
目前来看,小型河流、沟渠、新建公路铁路、镇级
行政区划范围、河流宽度等GIS数据难以获取,制
约了工程量的自动统计。
2.2与GPS结合,辅助踏勘
在室内选线后,往往需要线路人员现场踏勘确
认选线是否合理。结合GPS工具,GE软件可在踏
勘过程中起到明显的帮助作用。
2.2.1 直观显示踏勘经过的路线和关键点
在踏勘过程中,为了便于记录和回忆经过的路
线和地点,通常采用GPS航迹来记录踏勘经过的轨
迹,采用兴趣点来记录关键点坐标。这些数据保存
在GPS中,显示不直观。而GE软件为踏勘路线和
坐标采集点提供了完整、形象、直观地显示平台。
对于kml格式的GPS文件,可在GE中直接打
开使用。在GE软件中,通过“GPS导人”对话框
中,选择“从文件导人”,即可导入GPS数据文件。
目前,由于GE的广泛使用,GPS配套软件基
本都提供了将存储数据直接转换为kml文件的功能。
2.2.2用GPS航点引导踏勘
传统纸质地形图也能实现该功能,但是,需人
工输入各航点坐标。利用GE软件,可直接将地标
批量转换为航点,提高工作效率。具体步骤:第一
步,踏勘前,首先在GE软件上找出重点踏勘地点,
并添加相应地标,如隧道出入口、河流穿跨越点等;
第二步,将所有地标导出为kml文件。利用GPS配
套软件和GIS软件,将kml地标作为航点导入到GPS
中;第三步,在踏勘过程中,利用GPS的航点功能,
可确定当前位置与目标位置的距离、方位角、预计
到达时间等参数,辅助找点。
2.2.3制作航迹,对车辆导航
目前,手持和车载GPS导航软件的路网已比较
全面,导航功能强大,但是,通常不包括野外的砂
石路、土路等低等级公路。在无人区,寻找路是踏
勘的重要任务之一,尤其对一些分叉较多,车辙混
乱的土路,踏勘时容易迷失方向、走错路。此时,
可以利用GE软件的高清、次高清卫星影像制作道
路航迹,对车辆导航。具体步骤:第一步,踏勘前,
首先利用GE软件的高清、次高清卫星影像,按照
显示的道路痕迹和地形地貌,绘制出预计行车路径;
第二步,保存行车路径为kml文件。利用GPS配套
软件和GIS软件,将kml文件作为航迹导入到GPS
中;第三步,在踏勘过程中,利用GPS的载入航迹
显示功能,可直接对车辆导航。
2011年,在“哈密一马鬃山一额济纳旗一巴彦
淖尔”线路踏勘过程中,这种方法在无人区得到了
良好应用。通过踏勘,也从另一角度检验了GE数
据在总体上的准确性。
2.2.4 实时显示当前位置与规划管道间的关系
在踏勘过程中,往往通过GPS结合带管道线位
的地形图来考察当前位置和管道线位的关系。使用
时需要人工对比GPS和地形图坐标,比较繁琐。在
实际使用中,可以将GE软件规划的管道线路路径
导入到GPS中,实时显示当前位置与规划管道线位
的关系。具体步骤:第一步,踏勘前,首先利用GE
软件的“路径”功能规划出管道线路走向,并保存
路径为kml文件;第二步,利用GPS配套软件和
GIS软件,将kml文件作为航迹导人到GPS中;第
三步,在踏勘过程中,可以通过GPS实时查看当前
位置和管道拟选线位的相互关系。结合现场地形地
貌情况,考察室内选线的合理性。
2.3线路成果展示
2.3.1 制作卫星遥感地图
与基于行政区划的线路示意图相比,线路卫星
遥感图能更形象显示管道沿线的地形地貌情况,是
目前常用的线路成果展示方式。采用Google Earth
数据,可制作出管道线路走向卫星遥感图。
在图幅不大的情况下,可以先由GE软件浏览,
用截屏方式获取所需图像。再由图片软件拼接得到
完整的卫星遥感图,但这种手工方法效率较低。建
议采用“电子地图一把抓”等软件实现图片自动抓
取和拼接。使用直接拼接方式获取的地图没有经纬
度信息,只能作为示意图使用。
利用Google COM API功能,可以准确获取经纬
度,实现准确地主动定位,为自动拼图提供了工具。
主要原理:一是,首先使用Google COM API功能精
确定位到固定高度、零方位角、垂直视角;二是,
避免高程变化对拼接的影响,需再用Google COM
API功能关掉地形,等待数据下载进度达到100%
第23卷第5期 石油规划设计 25
后,准备调用截屏程序;三是,以GE软件界面的
中心点(0,0)为中心进行矩形截屏;四是,以矩
形长度或者宽度来重定位中心点,再次取同样大小
的矩形截屏;五是,循环,直到完成整个区域的截
屏;六是,调用图片拼接程序,拼接截取的矩形图片。
在应用层面,目前通常采用GEtScreen等成熟
软件实现自动拼接。
需要说明的是,由于GE软件为球面方式显示,
在拼接大范围、小比例尺的平面图片时,容易出现
图片错位。建议仅在拼接小范围、大比例尺的局部
高清卫星影像时采用Google Earth数据。在拼接大
范围、小比例尺卫星影像时采用其他数据。
2.3.2 制作三维飞行动画
在讨论油气管道线路走向时,通常采用播放三
维飞行动画视频的方式来显示管道沿线的地形地
貌、重要穿跨越点、主要行政区划等典型特征。5.0
版以后,GE软件提供了具有音频和视频录制功能的
游览工具。可根据自己需要,通过对GE软件的操
作,设计并录制各种形式的三维飞行方式。如果要
制作脱离GE软件的视频动画,可以利用GE软件
Pro版的“视频制作程序”或第三方屏幕录制软件实
现。另外,在游览过程中GE软件需要下载大量数
据。为了提高画面质量,建议首先沿设计的飞行路
径游览一遍,将数据下载到本地缓存中。在第二遍
游览时,再录制形成视频文件。
3 存在的不足
尽管GE软件数据全面、功能强大,但仍存在
个别地区卫星影像分辨率低、拍摄时间早、云量过
多、成像质量不佳、路网及地标偏差较大等问题,
此时,需要借助其他卫星数据来弥补GE数据的不
足。目前,互联网上常见卫星影像的优劣势比较见
表3。
4 结论
随着Google Earth软件的广泛应用,将三维卫
星影像显示技术应用于油气管道线路规划具有积极
的意义。在多条管道前期项目中,经过GE数据与
传统地图比较及现场踏勘验证,可以得出以下结论:
表3互联网上常见卫星影像比较
一
是,在油气管道线路工程前期研究中采用GE
软件是可行的。其数据范围、数据质量、时效性等
基本能够满足要求。但是,由于其数据精度限制,
目前只能满足油气管道规划、预可行性研究和部分
可行性研究阶段的要求,在设计阶段仍需购买高清
遥感数据和大比例尺地形图来优化线路。
二是,GE软件卫星数据丰富,配套的GIS功能
强大,将其引入到油气管道前期研究中,可有效提
高选线效率,给线路专业人员提供了一个形象直观
的室内操作平台,帮助设计人员实现二维选线向三
维选线的转变。同时,结合GPS,GE软件能将内业
成果充分应用到踏勘过程中,提高外业工作效率。
参考文献:
[1] 徐拥军,廖婷.基于Google Earth的高程图制作方法
[J].中国西部科技,2O10,9(11):29—31.
[2] 易共才,王彦军,高宏.Google Earth在公路工程中
的应用研究[J].中外公路,2008,28(1):1-4.
[3] 王一波,邵伟伟,罗新宇.Google Earth数据精度分
析及在铁路选线设计中的应用[J].铁道勘查,
2010,36(5):68—71.
[4] 谷歌公司.Google地球[EB/0L].http://www.google.
com/earth/index.htm1.2012-06—18.
[5] 南宁市天之眼网络科技有限公司.上帝之眼[EB/0L].
http://www.godeyeS.cn/index.htm1.20l2—06—18.
收稿日期:201 2-05-18
编辑:廉践维
2024年5月7日发(作者:单驰)
第23卷第5期 石油规划设计 2012年9月 21
文章编号:1004—2970(2012)05—0021—05
刘定智利 任红军 刘定东。 李茜
(1.中国石油天然气股份有限公司规划总院;2.中国石油四川销售分公司;
3.中国石油西南油气田公司重庆天然气净化总厂长寿分厂;4.长兴化学有限(中国)有限公司天津分公司)
刘定智等.Google Earth在油气管道线路工程前期研究中的应用.石油规划设计,201 2,23(5):21~
摘要针对传统地形图时效性较差、购买周期长、商业卫星遥感数据售价昂贵等问题,结合
油气管道前期研究精度要求相对宽松的特点,利用互联网上公开的地理信息数据,以Goog1e Earth
软件为例,介绍其在油气管道线路工程前期研究中的应用。经过综合比较,在管道线路前期研究
中采用Google Earth软件是可行的,将其引入到管道前期研究中,可有效提高内业选线和外业踏
勘的效率。该软件的数据范围、数据质量、时效性等基本能够满足油气管道规划、预可研和部分
可研阶段的要求。但是,受总体精度的限制,在设计阶段仍需购买高清遥感数据和大比例尺地形
图来优化管道线路。
关键词 Google Earth;管道线路;前期研究;应用
中图分类号:TE973 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1004—2970.2012.05.005
近年来,随着我国石油工业的蓬勃发展,油气
管网建设呈快速发展态势。以中国石油为例,十一
五期间,其建设油气管道总长超过2.7 X 10 km,达
到十五期间的1.65倍。十二五期间,油气管道建设
规模还将进一步扩大。在干线管道建设的同时,支
干线、支线的建设也在快速推进,对管道规划设计、
建设施工、运营管理各环节的要求越来越高。在这
种形势下,管道前期工作的周期缩短、效率要求更
高。Google Earth卫星地图软件的出现为管道线路人
员提供了丰富的地理信息数据,提高了管道前期工
作的效率。
Google公司开发的一款虚拟地球软件,它把卫星照
片、航空照片和GIS(地理信息系统)数据布置在
同一个地球三维模型上,使地形和建筑物都能以三
维图像的状态显示。GE软件针对个人计算机桌面系
统推出了3种不同版本:Free版、Plus版和Pro版。
GE软件经过不断改进,目前版本已升至6.2版。
1.1 数据来源及分辨率
GE软件的卫星影像并非单一数据来源,而是卫
星影像与航拍数据的整合。
GE上全球卫星影像的有效分辨率至少为
lOOm,通常为15—30m。但是,针对大中城市、著
1 Google Earth的特点
谷歌地球(Google Earth,以下简称GE)是
名风景区等能提供分辨率约为lm或O.5m的高清影
像。2010年开始,GE软件大面积推广了分辨率约
为2.5m的次高清卫星影像,对应的地图比例尺在
1:50 000以内。GE软件卫星影像地面分辨率与地
球刘定智,男,工程师。2003年毕业于西南石油大学储运专业,获硕士学位。现在中国石油天然气股份有限公司规划总院从事油气管道工程前期研究
工作。地址:北京市海淀区志新西路3号,100083。E-mail:liudingzhi@petrochina.corn_cn
22 刘定智等:Google Earth在油气管道线路工程前期研究中的应用 201 2年9月
图比例尺的大致关系见表1。
表1 地图比例和影像地面分辨率的对应关系
地图比例尺 影像地面分辨率,m
1.2数据更新快,时效性好
目前,管道线路工程上常用的地形图大多绘制
于20世纪80年代以前。鉴于地形图绘制的复杂性
和高投入,传统地形图的更新往往较慢。而GE软
件卫星数据的时效性较好。近年来,Google公司逐
渐增加了卫星数据的更新频率,几乎每个月都提供
局部更新。截至目前,我国许多地区已更新为2005
年甚至2010年以后的卫星影像。
1.3数据覆盖范围广
与传统的纸质地图相比,GE软件的数据覆盖范
围广泛。它整合了包括南极、北极在内全球性的卫
星影像资源。这对研究距离很长的跨国油气管道,
特别是国外油气管道的线路走向优势明显。
1.4浏览直观,高分辨率影像多
配合SRTM(航天飞机雷达地形测绘任务)高
程数据和卫星遥感影像,GE软件能以三维立体方
式显示地形地貌,浏览方便。在分辨率上,我国除
新疆东南部局部地区、青海西南部和西藏东部等少
部分地区的分辨率仍约为15m外,其余地区已被次
高清(分辨率2.5m)和高清(分辨率0.5~lm)卫
星影像覆盖。
1.5数据免费
目前,多数遥感公司对卫星影像采用收费方
式。对于线路长、范围广的管道工程来说,全线购
买卫星遥感数据,特别是高分辨率遥感数据总体费
用较高。而GE软件对浏览卫星影像完全免费,仅
对基于卫星数据的高级应用收取一定费用。这大大
方便了重点关注地形地貌、主要浏览卫星影像的油
气管道线路工程人员。
1.6在前期研究层面,总体精度满足要求
经过多次现场踏勘检验(见表2),我国大部分
地区的水平精度和垂直精度在50m以内。这对于管
道前期研究来讲,总体精度满足要求。
GE软件图片由多种卫星数据拼接而成。绝大
部分地区拼接效果较好,但是,也存在拼接错位
较大、地形出现畸变的特殊情况。因此,在可行性
研究阶段及后续的设计阶段仍需通过现场踏勘来评
表2 GE软件水平精度和垂直精度的比较
精度指GE软件与GPS采集点的对比情况。水平精度指同一
地物的GE坐标和GPS坐标间的距离;垂直精度指同一坐标
下GE海拔与GPS海拔的差
价误差情况。
1.7配套功能强大
除了显示卫星影像和高程数据,GE软件还包括
了地名、行政区划范围、主要水系、铁路公路网、
著名山峰名称、著名保护区域名称、历史地震分布、
未来天气、卫星云图、部分地点的实景照片和全景
照片等。另外,GE软件还提供了地标设置、路径绘
制、长度测量、面积测量、坡度测量、GPS数据导
入、三维动画浏览等辅助功能。
2 在油气管道线路工程前期研究中
的应用
2.1 室内辅助选线
2.1.1 选择线路总体走向
利用GE软件数据较新、地标显示较全、地形
地貌直观等特点,可以方便地进行室内选线。主要
步骤如下:第一步,运行GE软件,找到管道首末
站区域。根据软件提供的周边地形地貌、建构筑物
分布等信息,初步选定首末站位置;第二步,利用
GE软件“路径”绘制功能,按照首末站位置和沿线
的主要控制点,绘制管道的大致走向;第三步,根
据管道大致走向,通过GE软件的缩放功能,详细
浏览沿线地形地貌、公路、铁路、城市范围、水系
分布等情况,分段、逐步调整管道线位,直到最终
确定管道走向。
2.1.2局部分析
在管道的隧道出人口、大中型河流穿跨越等困
难点附近,需要详细分析管道通过的可行性。GE软
第23卷第5期 石油规划设计 23
件的一些功能可以对局部分析有所帮助。 围等地形情况。
近年来,GE软件对我国高清卫图的覆盖区域越 “显示高度配置文件”功能使用方便,但这种
来越广。利用高清图片和地形数据,可以在室内详 方法仍存在以下不足:一是,采集得到的里程、高
细考察、比选管道局部地区的通过方式,优化线路
程路径与原路径不完全重合,存在细微偏差;二是,
走向,如隧道出入口、河流穿跨越点、建构筑物密 采集的里程、高程点为等间距分布,地形复杂地区
集区、水网等地段。
自5.0版开始,一是,GE软件提供了“历史图
像”功能。利用历史图像功能,可以直观的考察河
道变化、湖泊水域变化、公路铁路网变化以及城市
建构筑物的变化情况。目前,存在的主要问题是国
内历史影像数据远远少于国外,许多地区甚至尚未
提供历史图像;二是,GE软件提供了谷歌海洋功
能。GE软件提供了海底高程数据,可用于考察海底
管道沿线的高程变化情况。尽管GE软件的海底高
程精度低于陆地高程,但是,在管道前期研究阶段
仍有一定的参考价值。
利用GE软件实景照片功能,即可打开实景照
片。通过实景照片,可以在踏勘前了解到管道局部
地区的实际场景。同时,由于上传过程缺乏地理位
置校核,有些照片与地理位置并非完全对应,只能
参考使用,具体场景还需要通过现场踏勘获取。
2.1.3沿线里程、高程采集
提供油气管道沿线里程、高程数据是线路专业
的重要任务。以前主要通过地形图来获取沿线的里
程和高程数据。利用纸质地形图,需要人工解算沿
线高程,效率较低;采用电子地形图和GIS软件解
算,效率较高。但是,目前电子地形图的价格较高,
一
般的工程项目难以承受。另一方面,近年来国家
对地形图的管理Et趋严格,购买审批流程复杂,周
期较长。
针对前期研究阶段精度要求相对宽松的特点,
GE软件能够按照绘制的管道路径,快捷提取沿线里
程和高程数据。主要有以下几种方法。
2.1.3.1利用“标尺”工具的测量功能
通过“路径”方式测量管道沿线长度。同时,
通过GE主窗口读取鼠标处的高程数值,进而得到
管道沿线的里程高程数据。此方法使用最简单,但
是,也存在一定的随机性,由于需要人工测量和读
取数据,不同人员可能会得出不同的里程高程结果。
2.1.3.2利用“显示高度配置文件”功能
6.0版以后的GE软件提供了“显示高度配置文
件”功能,解决了里程、高程数据读取的随机性问
题。通过对GE软件的操作可显示出管道路径沿线
的里程高程曲线,并显示出最大最小高程、坡度范
和地形简单地区的间距相同,可能会出现地形简单
地区采点过密,地形复杂地区采点过疏;三是,经
过测试,“显示高度配置文件”功能的采集点数为
900~1 300点,路径太长,采集误差将增加。因此,
对于长距离管道,建议分段绘制路径,分段采集里
程高程数据。
2.1-3.3 利用Google COM API功能
利用Google COM API功能可对Google Earth灵
活操控,实现控制视图高度、中心经纬度、保存图
片、读取高程信息等功能。在应用层面上,经过几
年发展,广大GE软件爱好者利用Google COM API
功能开发了一系列的高程提取工具,如“谷歌地球一
取点工具”、“谷歌地球高程提取专业版”、“高程数
据下载(DEM)助手”等。这些工具再配合GIS软
件中自带的路径分析功能,可以灵活实现“等间距
采集里程高程”、“按拐点采集里程高程”、“按指定
区域采集高程”等功能。此方法控制灵活,可用的
小软件多。但是,需熟练Google COM API语法或熟
悉相关高程采集软件及GIS软件。
2.1.3.4利用GIS软件和第三方高程数据
通过GIS软件和下载第三方高程数据,获取管
道的里程高程。首先,在GE软件中大致确定管道
沿线经过的经纬度范围,并将管道路径导出为kml
文件;其次,按照管道经过的经纬度范围,从互联
网上下载SRTM DEM高程数据或ASTERG DEM高
程数据;最后,在GIS软件中(如ArcInfo、Global
Mapper等),载入高程数据和管道路径kml文件,
即可利用GIS软件的路径分析功能自动提取管道的
里程高程数据。这种方法的优点是数据搭配灵活,
可以用不同来源的高程数据相互比较和验证。不足
之处在于用户需专门下载高程数据且需熟悉GIS
软件。
总体来看,GE软件“显示高度配置文件”功能
使用简单方便、精度适中,在规划、预可行性研究
阶段能够满足要求。而在可行性研究阶段,则需要
经过现场踏勘验证和校核GE软件的误差。对于需
按拐点提交里程、高程的情况,可利用由Google
COM API功能开发的高程提取工具。另外,对于精
度要求高的特殊情况,可考虑采用其他高精度的数
24 刘定智等:Google Earth在油气管道线路工程前期研究中的应用 201 2年9月
字高程模型(DEM)配合GIS软件来采集里程、高
程数据。
2.1.4工程量统计
在管道走向确定后,线路专业还需要提供河流
穿跨越长度及次数;铁路公路穿越长度及次数、行
政区划穿越长度;各类地区穿越长度等工程量。在
实际使用中,一般由人工统计穿跨越次数,由GE
软件的“标尺”工具测量穿跨越长度。随着GIS软
件功能的Et益强大,未来可以利用GIS软件的空间
查询与空间分析功能实现各种工程量的自动统计。
目前来看,小型河流、沟渠、新建公路铁路、镇级
行政区划范围、河流宽度等GIS数据难以获取,制
约了工程量的自动统计。
2.2与GPS结合,辅助踏勘
在室内选线后,往往需要线路人员现场踏勘确
认选线是否合理。结合GPS工具,GE软件可在踏
勘过程中起到明显的帮助作用。
2.2.1 直观显示踏勘经过的路线和关键点
在踏勘过程中,为了便于记录和回忆经过的路
线和地点,通常采用GPS航迹来记录踏勘经过的轨
迹,采用兴趣点来记录关键点坐标。这些数据保存
在GPS中,显示不直观。而GE软件为踏勘路线和
坐标采集点提供了完整、形象、直观地显示平台。
对于kml格式的GPS文件,可在GE中直接打
开使用。在GE软件中,通过“GPS导人”对话框
中,选择“从文件导人”,即可导入GPS数据文件。
目前,由于GE的广泛使用,GPS配套软件基
本都提供了将存储数据直接转换为kml文件的功能。
2.2.2用GPS航点引导踏勘
传统纸质地形图也能实现该功能,但是,需人
工输入各航点坐标。利用GE软件,可直接将地标
批量转换为航点,提高工作效率。具体步骤:第一
步,踏勘前,首先在GE软件上找出重点踏勘地点,
并添加相应地标,如隧道出入口、河流穿跨越点等;
第二步,将所有地标导出为kml文件。利用GPS配
套软件和GIS软件,将kml地标作为航点导入到GPS
中;第三步,在踏勘过程中,利用GPS的航点功能,
可确定当前位置与目标位置的距离、方位角、预计
到达时间等参数,辅助找点。
2.2.3制作航迹,对车辆导航
目前,手持和车载GPS导航软件的路网已比较
全面,导航功能强大,但是,通常不包括野外的砂
石路、土路等低等级公路。在无人区,寻找路是踏
勘的重要任务之一,尤其对一些分叉较多,车辙混
乱的土路,踏勘时容易迷失方向、走错路。此时,
可以利用GE软件的高清、次高清卫星影像制作道
路航迹,对车辆导航。具体步骤:第一步,踏勘前,
首先利用GE软件的高清、次高清卫星影像,按照
显示的道路痕迹和地形地貌,绘制出预计行车路径;
第二步,保存行车路径为kml文件。利用GPS配套
软件和GIS软件,将kml文件作为航迹导入到GPS
中;第三步,在踏勘过程中,利用GPS的载入航迹
显示功能,可直接对车辆导航。
2011年,在“哈密一马鬃山一额济纳旗一巴彦
淖尔”线路踏勘过程中,这种方法在无人区得到了
良好应用。通过踏勘,也从另一角度检验了GE数
据在总体上的准确性。
2.2.4 实时显示当前位置与规划管道间的关系
在踏勘过程中,往往通过GPS结合带管道线位
的地形图来考察当前位置和管道线位的关系。使用
时需要人工对比GPS和地形图坐标,比较繁琐。在
实际使用中,可以将GE软件规划的管道线路路径
导入到GPS中,实时显示当前位置与规划管道线位
的关系。具体步骤:第一步,踏勘前,首先利用GE
软件的“路径”功能规划出管道线路走向,并保存
路径为kml文件;第二步,利用GPS配套软件和
GIS软件,将kml文件作为航迹导人到GPS中;第
三步,在踏勘过程中,可以通过GPS实时查看当前
位置和管道拟选线位的相互关系。结合现场地形地
貌情况,考察室内选线的合理性。
2.3线路成果展示
2.3.1 制作卫星遥感地图
与基于行政区划的线路示意图相比,线路卫星
遥感图能更形象显示管道沿线的地形地貌情况,是
目前常用的线路成果展示方式。采用Google Earth
数据,可制作出管道线路走向卫星遥感图。
在图幅不大的情况下,可以先由GE软件浏览,
用截屏方式获取所需图像。再由图片软件拼接得到
完整的卫星遥感图,但这种手工方法效率较低。建
议采用“电子地图一把抓”等软件实现图片自动抓
取和拼接。使用直接拼接方式获取的地图没有经纬
度信息,只能作为示意图使用。
利用Google COM API功能,可以准确获取经纬
度,实现准确地主动定位,为自动拼图提供了工具。
主要原理:一是,首先使用Google COM API功能精
确定位到固定高度、零方位角、垂直视角;二是,
避免高程变化对拼接的影响,需再用Google COM
API功能关掉地形,等待数据下载进度达到100%
第23卷第5期 石油规划设计 25
后,准备调用截屏程序;三是,以GE软件界面的
中心点(0,0)为中心进行矩形截屏;四是,以矩
形长度或者宽度来重定位中心点,再次取同样大小
的矩形截屏;五是,循环,直到完成整个区域的截
屏;六是,调用图片拼接程序,拼接截取的矩形图片。
在应用层面,目前通常采用GEtScreen等成熟
软件实现自动拼接。
需要说明的是,由于GE软件为球面方式显示,
在拼接大范围、小比例尺的平面图片时,容易出现
图片错位。建议仅在拼接小范围、大比例尺的局部
高清卫星影像时采用Google Earth数据。在拼接大
范围、小比例尺卫星影像时采用其他数据。
2.3.2 制作三维飞行动画
在讨论油气管道线路走向时,通常采用播放三
维飞行动画视频的方式来显示管道沿线的地形地
貌、重要穿跨越点、主要行政区划等典型特征。5.0
版以后,GE软件提供了具有音频和视频录制功能的
游览工具。可根据自己需要,通过对GE软件的操
作,设计并录制各种形式的三维飞行方式。如果要
制作脱离GE软件的视频动画,可以利用GE软件
Pro版的“视频制作程序”或第三方屏幕录制软件实
现。另外,在游览过程中GE软件需要下载大量数
据。为了提高画面质量,建议首先沿设计的飞行路
径游览一遍,将数据下载到本地缓存中。在第二遍
游览时,再录制形成视频文件。
3 存在的不足
尽管GE软件数据全面、功能强大,但仍存在
个别地区卫星影像分辨率低、拍摄时间早、云量过
多、成像质量不佳、路网及地标偏差较大等问题,
此时,需要借助其他卫星数据来弥补GE数据的不
足。目前,互联网上常见卫星影像的优劣势比较见
表3。
4 结论
随着Google Earth软件的广泛应用,将三维卫
星影像显示技术应用于油气管道线路规划具有积极
的意义。在多条管道前期项目中,经过GE数据与
传统地图比较及现场踏勘验证,可以得出以下结论:
表3互联网上常见卫星影像比较
一
是,在油气管道线路工程前期研究中采用GE
软件是可行的。其数据范围、数据质量、时效性等
基本能够满足要求。但是,由于其数据精度限制,
目前只能满足油气管道规划、预可行性研究和部分
可行性研究阶段的要求,在设计阶段仍需购买高清
遥感数据和大比例尺地形图来优化线路。
二是,GE软件卫星数据丰富,配套的GIS功能
强大,将其引入到油气管道前期研究中,可有效提
高选线效率,给线路专业人员提供了一个形象直观
的室内操作平台,帮助设计人员实现二维选线向三
维选线的转变。同时,结合GPS,GE软件能将内业
成果充分应用到踏勘过程中,提高外业工作效率。
参考文献:
[1] 徐拥军,廖婷.基于Google Earth的高程图制作方法
[J].中国西部科技,2O10,9(11):29—31.
[2] 易共才,王彦军,高宏.Google Earth在公路工程中
的应用研究[J].中外公路,2008,28(1):1-4.
[3] 王一波,邵伟伟,罗新宇.Google Earth数据精度分
析及在铁路选线设计中的应用[J].铁道勘查,
2010,36(5):68—71.
[4] 谷歌公司.Google地球[EB/0L].http://www.google.
com/earth/index.htm1.2012-06—18.
[5] 南宁市天之眼网络科技有限公司.上帝之眼[EB/0L].
http://www.godeyeS.cn/index.htm1.20l2—06—18.
收稿日期:201 2-05-18
编辑:廉践维