管线在Google Earth上的模拟生成与应用

□李云芳 贾志强 王显峰

管线在Google Earth上的模拟生成与应用

□李云芳 贾志强 王显峰

管道工程；Google Earth；模拟生成；三维地理坐标；辅助作用

管道运输以其运量大、占地少、成本低、安全性高等优势与公路、铁路、海运、空运并称为五大运输方式。长输管道距离长，所经地区地貌种类多、地形复杂，如西气东输工程自西向东途经11省区（全长4000公里），沿线途经戈壁、沙漠、黄土台塬、山区、丘陵、平原和水网等多种地形地貌。针对复杂的地形地貌，在管道工程施工前，可以利用GoogleEarth的全球定位系统、坐标信息系统、计算机数据库管理技术和虚拟现实等技术，在地图上生成模拟管道，将管道沿线环境、地质条件及地形地貌等各方面的数据资料、信息在三维地理坐标上予以有机整合，为生产管理人员提供必要的、准确的、详细的、可视化的信息，为管道工程建设提供决策支持和服务。

一、Google Earth地图软件概况

GoogleEarth是一款Google公司开发的虚拟地球仪软件，2005年正式向全球推出。它把卫星照片、航空照相和GIS布置在一个地球的三维模型上。其使用了公共领域的图片、受许可的航空照相图片和很多其他卫星所拍摄的城镇照片。用户可以通过一个下载到自己电脑上的客户端软件，免费浏览全球各地的高清晰度卫星图片。

二、Google Earth在管道工程中的作用

GoogleEarth作为一款应用软件，以其功能强大、信息丰富、数据准确而被广泛应用于生产生活的许多领域当中。随着长输管道施工技术的发展与进步，可将Google Earth逐步应用在管道工程建设当中，在管道工程建设的投标、线路优化及现场施工方案编制的各个阶段都能起到辅助和指导作用。

1.指导投标文件编制

在一项管道工程投标前，建设单位根据招标投标法组织投标人踏勘项目现场，旨在让投标人对工程施工现场和周围环境进行勘察，以获取编制投标文件和签署合同的现场数据。但由于异地踏勘时间短，只能对部分特殊地段进行粗略的实地踏勘，对于管道途经地形地貌只能形成感性认识，缺少具体详实的了解，很可能造成施工方案的不确定性和投标报价的不准确性。

GoogleEarth的卫星影像并非单一数据来源，而是卫星影像与航拍的数据整合。如果通过技术手段将管道坐标数据导入Google Earth生成模拟管道，即可以查看卫星图像、地图、各种地形地貌和各种建筑物，在投标书的编制过程中，有助于投标人了解项目施工现场及周围的环境情况，利用Google Earth以获取有用的信息并据此帮助做出关于投标策略和投标报价的决定，以使投标文件更加符合招标文件的要求。Google Earth弥补了投标书编制阶段资料的缺失和踏勘现场工作的不足，保证商务标投标报价的合理性与竞争性，技术标施工方案的针对性与可行性，对投标业务的成功起到了很好的指导作用。

2.提高线路优化效率

由于管道设计后在申报审批的过程中有相当一部分的管道路由被先行施工的水利、电力、交通及安居设施占用，还有一部分管道路由原地貌被破坏，影响管道工程的顺利施工。为了保证管道的安全，降低工程成本，在施工前技术人员需要根据现场实际情况对管道线路进行优化，以便顺利完成施工任务。但是，由于管道途经地形复杂，在测量放线及作业带没有清理之前，在现场准确确定线路所经的所有障碍物或路由被占用位置非常困难，对全线路进行优化需要徒步进行，不但花费时间长、劳动强度大，而且工作准确性差、工作效率低。

把管道线路的坐标点导入GoogleEarth，使线路桩点坐标地理信息具体化，使空间感加强，当GoogleEarth视角海拔高度调整到300米左右时，就足以清晰地观察到管道经过的高原、山地等地形地貌及水利、电力、交通、安居设施等各种建筑物，需要优化的地段一目了然，如图1中的水塘、房屋，通过Google Earth（视角海拔高度553米）即可以观察到拟建管道原设计线路穿越一处面积较大的水塘，为更好地保证管道运行安全、便于管道维护，减少征占费用、施工成本，降低施工难度，建议对此处线路路由进行优化。

图1 管道线路路由优化示例

另外，Google Earth地图中的图片时效性较强、更新快，相比长输管道工程常用的1∶50 000地形图，Google Earth与现场情况相符性极高。施工技术人员可以充分参考GoogleEarth显示的信息，进行线路优化，而且可以在Google Earth上生成优化后的模拟线路走向，并可直接获得线路优化的线路长度、转角角度、新增桩点的坐标等数据，结合现场实地复测，确定的优化线路方案不但准确、便捷，而且减少了现场的工作量，提高了工作效率。

3.确定钢管运输方案

在施工前制定合理的钢管运输方案，对于保证工程进度、降低工程成本具有非常重要的意义。在没有地理道路信息的情况下，施工技术和管理人员需要花较多的时间对工程沿线的国道、省道、乡道进行现场调研，由于调研结果的局限性，所制定的钢管运输方案适用性不强。

将Google Earth软件引入并应用于管道施工阶段，施工单位技术和管理人员可以在地图上搜索特定区域，放大或缩小虚拟图片，从而获得各种等级公路与管道线路伴行或交叉的信息。相比其他地图，GoogleEarth具有显示地域范围广、地图更新及时的优势，施工管理人员可以借此寻找最为便捷的设备进场及钢管运输道路，并可根据道路情况制定确实可行、经济合理的钢管运输方案。

三、模拟管道在Google Earth中的模拟生成方法

Google Earth拥有全球范围的卫星影像图和三维地形数据，利用它可以为管道工程建设提供有效的地理信息，但如果要将这些信息应用于管道工程建设中，首先要将管道坐标信息导入GoogleEarth，生成一条模拟管道线路后，就可以清晰地显示管道总体走向及所经地形地貌。

1.最低系统配置

为确保软件安装运行顺畅、数据计算正确快速，Google Earth不能在配备较低的计算机上使用。下面的数据是软件所需的最低配置：操作系统为Windows 7、 Windows 2000、Windows XP、Vist、Mac OS X（10.4）、Linux（32位）；CPU要求在600MHz以上；硬盘剩余空间要求为400 MB；主内存不低于128 MB；显卡内存不低于16 MB；屏幕分辨率不低于1 024×768；网络不低于128 Kbps（宽带）。

2.坐标系的转换

坐标系的转换是生成模拟管道最为关键的环节，直接关系到生成管道的准确性。一般管道工程设计采用1980西安坐标系统，而Google Earth采用的是WGS84经纬度坐标系统，对管道工程使用的坐标不能识别，因此，就需要将1980西安坐标转换为WGS84经纬度坐标。

（1）软件转换坐标方法。利用坐标转换软件进行坐标转换。首先下载并安装坐标转换软件Coord，然后利用软件进行坐标转换，如图2所示。

图2 Coord软件转换坐标

（2）GPS设备转换坐标方法。可以利用全球定位系统（GPS）设备中的坐标系统转换功能将坐标进行转换。将GPS“首部”设备与电脑相联，将编辑好的管线桩点坐标Microsoft Excel工作表.xls以csv（逗号分隔）（*.csv）格式另存在GPS“首部”中（如图3所示），转换前后的文件图标形式如图4所示。将数据存入GPS“首部”后，利用GPS“首部”中的坐标系统转换功能将1980西安坐标转换为WGS84经纬度坐标。

图3 文件另存格式

图4 工作表转换格式图标

3.坐标点的输入

将线路桩点及控制点坐标完成坐标转换后，将转换过来的坐标点数据导入Google Earth中（如图5所示），即可在Google Earth中创建一个坐标点（线路转角桩点或控制桩点），以此方式将所有桩点的坐标都创建在Google Earth中，也可以将一些特殊的位置坐标（如机组营地、项目部驻地及构筑物名称等）输入其中，可以非常直观地显示这些特殊位置与管道的相对位置及距离。

图5 新坐标点的输入

4.模拟管道线路的生成

将坐标点全部输入Google Earth后，会在其中形成一系列转角桩坐标点，如图6所示的AB024、AB024-5、AB025-2等，但还没有形成一条完整的模拟管道，需要将所有桩点连接起来，才能形成一条完整的模拟管道。利用GoogleEarth自带的连线功能将相邻两个坐标点连接起来，即能生成一条模拟管道（如图7所示）。

图6 转角桩点的生成

图7 模拟管道线路的生成

以上介绍的利用GoogleEarth地图软件生成模拟管道的方法，在实际应用中取得了良好的效果，特别是在线路优化阶段，对管道所经障碍物或不安全因素在电脑中显示的非常清晰、准确，编制线路优化方案操作简单方便，在实际施工中具有较强的可操作性，提高了效率，保证了施工质量与施工进度。实践证明，此方法对专业技术人员提供了非常好的参考，具有较强的实用价值。

（作者单位：中国石油天然气管道局第三工程分公司）

10.3963/j.issn.1006-8864.2014.11.011