Google Earth在地学研究中的应用

帅 菲， 肖根如， 揭志强

(1.东华理工大学测绘工程学院，江西抚州 344000;2.上海建燕测绘有限公司，上海 201300)

Google Earth在地学研究中的应用

帅 菲1， 肖根如1， 揭志强2

(1.东华理工大学测绘工程学院，江西抚州 344000;2.上海建燕测绘有限公司，上海 201300)

Google Earth是Google公司发布的当前非常流行的一款三维虚拟地球软件，已在许多行业得到了广泛应用。采用传统方法研究地壳形变时，对点、线、面的分析一般是基于地理信息系统软件，通常在三维功能上较为欠缺，而引入Google Earth软件可较好地进行三维地形等要素的显示。介绍Google Earth的KML语言格式、功能与特点，采用Visual Basic编程，充分利用KML功能，将中国大陆的地震、GPS观测站及其运动矢量等要素很好地展示在三维地球上，直观地显示出地震的地理分布和中国大陆的地壳运动状况，取得较好的效果。

Google Earth;KML;地震;GPS速率

1 Google Earth概述

Google Earth是Google公司发布的一款免费的桌面地球探索软件，同时具有全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)功能。软件可以从Google网站上直接下载安装，在连接互联网的前提下，软件运行后会自动连接到Google服务器，实时为用户提供三维影像数据。这些影像数据包括卫星照片，受许可的航片和公共领域的图片，以及由网友上传的具体细部图片等，数据覆盖了全球范围。通过这款软件，人们可以足不出户地查看世界每个角落。

Google Earth目前已发展了三个版本:免费版，Plus版和Pro版。三个版本的主影像库所提供的全球地貌影像与3D数据完全相同，都具有根据经纬度定位地标、截图、制作及导出地标文件、距离量测等功能。具体功能区别见表1(廖露等，2007)。

Google为了满足企业级的需要，在Pro版的基础上推出功能更加强大的Google Earth Enterprise版本(Geogle地球企业版，2009)。企业版实现了地球的三维可视化，可用于整合、组织和发布企业的位置数据，并借助它的强大功能来浏览地理信息。通过使用Google地图API来支持基于二维浏览器的访问，企业的地理空间数据就可以整合到基于Web的应用中，或供任意用户查看，而不论他们使用何种客户端软件。

表1 Google Earth各版本功能对照区别表Tab.1 Different editions of Google Earth

Google Earth是一种全新的地理信息服务平台，已经在地理教学、路线工程、地质石油勘查与灾害调查、土地利用、水域、地震等领域应用(陈强等，2008;孙晓茹等，2006;符海月等，2006;刘红彦等，2008;漆明生等，2008)。随着Google Earth版本的更新和服务的升级，其在各个行业中的应用也越来越广泛。笔者主要是利用KML语言制作地震分布、GPS点的速度矢量显示来说明Google Earth在地震及地壳形变研究方面的应用拓展。

2 KML简介

KML全称 Keyhole Markup Language，是 Google公司开发的、基于XML语法和文件格式的、用来描述和保存地理信息如点、线、面、三维模型等的编码规范(漆明生等，2008)。KML是一种文件格式，用于在地球浏览器(例如 Google Earth，Google Map和Google Maps for Mobile)中显示地理数据。它可以针对精确位置创建KML文件、添加地标并以新的方式展示丰富的数据。KML是OGC(Open Geospatial Consortium，Inc.)维护的国际标准，KML在吸收和借鉴OGC制定的GML(Geography Markup Language)标准的基础上，舍弃地理模型中拓扑关系的描述，精简描述元素，使用一种基于标签的语法格式来描述地理信息，使KML文件在Google Earth的显示过程与HTML网页被浏览器处理过程类似，即利用KML标准形成的KML文件是通过Google Earth浏览器解释并在Google Earth浏览器表现出来的。

由此可以看出，KML是面向Google Earth的。KML的应用是为了增强Google Earth的功能，实现与用户的交互操作，但它缺乏独立的坐标系描述元素，依赖于Google Earth实现外在表示。故可以利用KML能实现地标、贴图、自定义模型、要素分层分组管理等功能(贾文珏，2006)。

2.1 KML地理数据的组织与显示

KML 运用 KML，Document，Folder，Placemark 四个元素作为KML文件的根标签进行信息的组织。Feature抽象元素的各实元素实现地理信息的封装与管理;NetworkLink元素实现本地或网络的KML共享;Placemark元素实现地理对象的封装与可视化;Folder元素实现对地理对象的层次化管理;Document元素实现各类Feature元素、Style元素、Schema元素的封装与管理;Overlay元素实现屏幕贴图与地面贴图功能。KML通过Style元素实现地理对象的外在样式表示;通过Schema元素对Placemark元素的继承实现地理对象属性值扩展。KML通过Geometry抽象元素定义了几种基本的几何图形元素，提供了点、线、环、多边形、三维模型等基本几何图形，还可以通过MultiGeometry聚合不同形态的基本几何图形形成复合的几何图形从而定义复杂的几何实体。

2.2 KML中点线的表示

本次研究主要利用Point和LineString二种地理几何对象。Point元素即点元素，用来编码几何点类，描述地理点位置及与其对应的其他信息，每一个Point元素包括一个coordinates元素，包括仅有的一个坐标对;Line元素主要有 LineString和LinearRing二类，LineString元素即折线元素，是由一序列的坐标对所组成的直线段连接起来的折线。LinearRing与LineString的区别为前者是起点与终点重合的折线。Point的语法:

上面语法结构中，extrude是在相对地面还是绝对高度模式下的空间点是否通过线扩展延伸到相应的地面点，默认为0，即使用绝对高度。tessellate指定几何对象是否随地形起伏变化，默认为不随，这二个都是逻辑型。altitudeMode是高度模式，clampToGround模式是点对象紧贴地面，忽略coordinates中的高度值，还有另外relativeToGround、absolute二种高度模式。coordinates即坐标对，采用经度、纬度、高度形式。

3 Google Earth在地震研究中的应用

3.1 在Google Earth中显示地震信息

从美国北加州地震数据中心的FTP服务器(www.ncedc.org/pub/catalogs/anss)上下载的地震数据，是分年按月以cnss(ftp://quake.geo.berkeley.edu/pub/doc/cat5/cnss.format.5)格式进行存放的。因此，需要进行初步的数据处理，将需要的经纬度、震级、时间、震源深度等信息提取出来。提取后组成的数据格式为经度、纬度、震级、深度、时间，一行一次地震记录，依次记录下来生在成文件。若在Google Earth中手动添加这样大量的地震点，费时费力，且容易出错;若再添加说明信息则加大工作难度。为此，利用VB编写程序，生成KML格式的文件，因为体现在具体的点上，所以只需要把位置信息利用地标Point形式写入正确即可，同时在程序中可根据要求写入一些必要的说明，且可以按震级不同进行分类显示。这种方法可以大大减少工作量，且不容易出错，对显示结果也可控制。文件生成的主要代码段为:

上述代码段在＜Description＞与＜/Description＞间写入有关点位的说明性文字;在＜Point＞与＜/Point＞间写入点的经纬度坐标。生成文件以*.kml后缀保存，再在Google Earth中打开，即可看到生成的效果(图1)。

图1 中国及周边地区大于6级地震分布(数据截止2007年)Fig.1 Earthquakes ＞Ms 6.0 in and around China(Data cutoff before year 2007)

从图1可以直观看到除环太平洋地震带地震发生比较多外，青藏高原东北部地震也比较频繁，加上Google Earth的三维地形影像图，大致可以看到地震主要发生在西部地势较高的区域，地震发生位于板块汇合处且分布相对较为集中。由此可分析地形地势与地震之间的空间相关性。

3.2 在Google Earth中显示GPS速度场

GPS速度矢量在其它的GIS软件中都比较容易实现，如MapInfo软件，但该软件显示的底图不够丰富，色彩比较单一;利用GMT软件绘制(程朋根等，2008)，对用户操作有较高要求。为此利用Google Earth来实现。画速率矢量箭头需要知道GPS站点坐标，北向及东向速度分量。通过收集数据，研究KML文件格式可以知道，需要利用KML的LineString的格式进行。LineString的主要的代码段:

文件保存后利用Google Earth打开，效果如图2显示。

图2 中国大陆及周边GPS站速率图Fig.2 GPS velocity vector of China and its adjacent regions

从图2中也可以看出地形与GPS速度场很好的叠加效果，如在稳定欧亚参考框架下，青藏高原GPS站点的运动速率大，而在华南块体的速率相对则比较小，在地形地势上看得比较明显，简单明了地显示出印度板块对青藏高原的北东向挤压及受到稳定华南块体的阻挡。这样相比于传统的GIS软件更直观和更容易理解。

4 结论与讨论

Google Earth在地学领域已经有了广泛的应用，通过研究，除了利用地标功能显示点位分布外，利用线型的方式在其上面叠加显示了GPS速度矢量箭头，取得较好的效果。但是利用Google Earth时需要注意:

(1)在制作地震的KML文件时，可以通过一定的规则(如按震级分类、按震源深度分类等)给地震点赋予不同的颜色、大小及图标。这样不需要每个点都写一个属性值，减小KML文件的大小。

(2)在生成速度矢量箭头时，因为坐标是经纬度的形式，所以速度分量也必须取在经纬度方向上的数值，否则会产生一定的偏差，得出错误的结论。同时画线时需要考虑起始点间的距离，如果距离太长的话则需要增加中间点，否则可能因地形起伏出现断线情况，从而得不到需要的图形效果。

(3)最后可以采用第三方软件的一些插件功能，使得输出效果更美观。利用Google Earth COMAPI或Google Earth Plug-in等方式，可扩展Google Earth到网络应用和实时应用，更好地发挥Google Earth的功能，在更多的领域中得到各自的应用。

程朋根，甘卫军，李大军，等.2008.跨地震带GPS剖面线观测与数据分析［J］.东华理工大学学报:自然科学版，31(4):301-305.

陈强，姜立新，帅向华.2008.Google Earth在地震应急中的应用［J］.地震，28(1):121-128.

符海月，赵军，李满春.2006.从GoogleMaps看我国全球化地理信息服务面临的挑战和对策［J］.地理与地理信息科学，22(3):1-3.

贾文珏.2006.Google Earth和World Wind比较研究［J］.国土资源信息化，(5):45-48.

廖露，周申立.2007.基于Google Earth的教学探索地理网络课程开发及应用探讨［J］.中国教育信息化，(12):73-75.

刘红彦，任军.2008.基于Google Earth Plug-in的实时信息发布技术［J］.时代教育，(8):111-112.

漆明生，徐家清.2008.基于KML的地理数据表示［J］.四川林勘设计，(1):77-80.

孙晓茹，赵军.2006.Google Maps API在WebGIS中的应用［J］.微计算机信息，22(7-1):224-226.

Google地球企业版［EB/OL］.2009［2009-07-21］.http://earth.google.com/enterprise/earth_enterprise.html.

Faculty of Geomatics Application of Google Earth in Geoscience Research

SHUAI Fei1， XIAO Gen-ru1， JIE Zhi-qiang2
(1.Faculty of Geomatics，East China Institute of Technology，Fuzhou，JX 344000，China;2.Jianyan Surveying Limited Company，Shanghai，201300，China)

Google Earth is a popular three dimensional virtual earth software release by Google.It has applied in many domains，such as pipeline engineering，geography teaching，geology and earthquakes.Usually，the crustal deformation impressions by the geography information system software are researched.Shortage for their three dimensional functions，the Google Earth to accomplish them is introduced.This research briefly introduce the language formations，functions and characters of KML(Keyhole Markup Language)language of Google Earth.Using the Visual Basic and according to the CNSS formation description of earthquake catalogs，a good expression of earthquake on Google Earth is gived with full utility the point，line and polygon of KML.It more directly shows the geographic distributions of earthquake，at the same time，we overlap the GPS velocity arrows with different color，it is a optical display result with the crustal movement and earthquake location on the three dimensional image of Google Earth.

Google Earth;KML;earthquake;GPS velocity

P208

:A

:1674-3504(2011)01-089-05

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.01.015

2010-08-08

帅 菲(1979—)，女，硕士，讲师，主要从事3S应用，E-mail:fshuai@ecit.cn