基于GMT的KML几何图元绘制方法*

沈雪华

(中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京 210016)

0 引言

Google Earth(以下简称GE)是一款功能强大的虚拟地球软件。它可以提供海量全球高分辨率地球影像、DEM等地理信息数据，支持用户对这些数据进行浏览、查询和下载，实现了真正意义上的“数字地球”。由于GE改变了传统的地理信息以点、线、面为主的平面形式，能够实现立体三维遥感影像空间展示，且任何人都可以通过网络数据访问，目前已经在城市安全、水文、地质调查、防震减灾等领域得到了广泛应用。Liu et al.(2013)基于GE模拟了城市气体渗漏，为城市燃气安全管理和应急救援提供了可靠的数据［1］。Chien＆Keat Tan(2011)以GE为工具，建立了2－D水动力模型，认为GE有足够的能力实现水动力数据的可视化，但其交互数据输入仍受到一定的限制［2］。在地质勘查领域，虚拟技术正在成为构造地质可视化的一项标准流程，已经实现了利用GE建立构造地质可视化符号和曲流河地质知识库，为地质勘查提供了便利［3－5］。银正彤等(2009)在GE平台上，实现了对地震灾害信息的快速收集、传输和展示应用，为救灾抢险提供依据，并提出相应的救灾方案路线［6］。

GE除了可以通过浏览查询全球各地的高清影像图获得相应的位置、地形、高度等信息外，还可以根据经纬度导入点符号、线、多边形等外部信息。少量而简单的地理要素可以利用GE界面交互生成，但对于大量而又复杂的地理信息，交互生成几乎是不可能的。例如:地质勘探中的GPS航迹和大量地球物理测点，或者等高线三维地形模型等［7］，手动交互难以达到目的。此时可以先通过ArcGIS、MapInfo、Global Mapper等软件根据经纬度信息生成KML格式，再导入到GE中［8］。KML是 Keyhole标记语言(Keyhole Markup Language)的缩写，用来保存和描述诸如点、线、面、图片等地理信息。目前绝大多数虚拟地球都采用KML格式来描述地理目标，GE也不例外。KML可以通过人工交互和计算机程序两种方式生成。人工交互是在GE中采用不同的工具绘制出相应的地理要素，然后将这些地理要素保存为KML文件。后一种方式则是通过计算机程序将用户数据自动生成KML文件，然后导入GE中。采用计算机程序可以产生更复杂的地理要素类型，同时减少人工干预所带来的误差，更为高效和精确。为此，本文介绍一种简单高效的KML文件生成方法，只需GMT软件中的一个命令即可实现利用地标信息生成KML文件。

1 gmt2kml命令

gmt2kml是GMT软件中的一个命令。GMT是1987年由Paul Wessel和Walter Smith H.F.Smith共同开发的一款功能强大而开源的绘图软件，可在Linux、Windows等系统下安装使用，用户可以到 GMT 主页(http://gmt.soest.hawaii.edu/)下载安装包。GMT有图形美观、色彩强烈、组织灵活、移植性强等特点，支持多种地图投影，可由命令行、脚本和用户程序调用，能绘制出非常美观的2D和3D图形，具有很强的适应性，已在地理、地球物理、大气、海洋等领域得到广泛应用［9－12］。gmt2kml命令可以直接将数据表文件转换为GE所需的KML文件，用法如下:

infile表示输入的数据表文件;－A为高度信息;－C为色标;－D为描述文件;－E伸出特征;－F表示要素类型，e－地震事件，s－点符号，t－时间序列，l－线，p－多边形;－G 填充点要素;－H识别表头，－Hi跳过所有#注释;－K允许追加命令;－L数据列名称;－N地理要素命名;－O追加的命令;－Q要素的透明度;－R限定区域;－S要素显示比例;－T标题;－W线或多边形的属性;－m多段数据。

gmt2kml的参数较多，可以生成不同类型的地理要素，并允许对其进行修饰。正是因为具有丰富的参数，才能体现出gmt2kml命令的强大性。除去输入数据文件infile和输出结果文件output.KML，必要的参数只有要素类型F。常用的要素类型有点符号(s)、线(l)、多边形(p)，使用时分别为 －Fs、－Fl、－Fp。GMT软件允许命令追加，当使用一个命令得到输出文件之后，还可以将其它命令的结果追加到该输出文件中。gmt2kml具有追加的功能，使用多行命令生成一个KML文件时，只需在命令行中增加－K，此时输出的结果便允许被追加。而追加的语句中一定要有－O参数，表明该语句是一条追加的语句。gmt2kml还可以同时读取一个或者多个数据表文件，并将其转换为相应地理要素的KML文件，用户可以同时赋予标题、高度、颜色、画笔、透明度、限定区域、描述等特殊的属性。各参数详尽的使用方法可以参考GMT帮助手册。

2 实现方法

2.1 输入数据格式

GE仅支持地理坐标，因此输入数据必须是包括经度、纬度的地理坐标，数据表文件格式如下:

经度 纬度 ［高度］［开始时间 ［结束时间］］

经度和纬度属于位置信息，为必要数据，高度、时间等信息可选。实际工作中通常使用笛卡尔坐标，需将其转换为地理坐标［13］。

2.2 生成点符号

生成点符号的语句:

gmt2kml infile －Fs －Gnred －Gfgreen －Sf0.6 －Sn0.6 ＞out.kml

主要参数有:－F，要素类型，这里s(symbol)表示生成点符号;－Gn，标签颜色;－Gf，图标颜色;－Sf，图标显示比例;－Sn，标签显示比例;out.kml表示输出的KML文件。除了－F是必要参数，其余参数皆为非必要，可选用于修饰和丰富点符号。

2.3 生成线和多边形

生成线和多边形的语句:

gmt2kml infile －Fl －W1p，green，solid ＞ out.kml

主要参数有－F，要素类型，这里为线(line);－W，线的属性，1p表示线宽，green为线颜色，solid为线型，可以根据需要修改。－W为可选参数，若无则线条将被赋予默认的线宽、颜色和线型。该语句将文件infile中的点从头至尾依次相连，最终生成一条线。实际工作中，有时候希望生成多条线，此时只需将数据按照多段数据格式排列如下:

这里－m表示多段数据，i表示输入，＞表示每条线的标识，也可以使用其它符号标识。

生成多边形与生成线方法相似。不同的是生成多边形时，需将－Fl改为－Fp，则自动将每一个封闭的区域填充为多边形。相应的语句为:

单个多边形:

gmt2kml infile － Fp － W1p，green，solid ＞ out.kml

多个多边形:

gmt2kml infile －Fp －W1p，green，solid －mi"＞" ＞out.kml

3 应用实例

gmt2kml转换十分高效，数据量越大更能体现出它的优势。例如在地质及地球物理测量过程中，定位所采用的手持GPS可以记录每一天的航迹。若能将航迹导入GE，结合高清影像中的地物，可以更好的管理和分析测量结果。图1是地球物理磁法测量某一天所记录的航迹，通过gmt2kml将其转入到GE中，可以直观地看出该台班的工作路线及地形地貌。将航迹保存为经度、纬度、高度之后，采用gmt2kml只需两行命令即可实现图1中的效果。

图1 航迹管理和显示Fig.1 Management and display of tracks

实现命令如下:

第一行命令将 infile.txt中的点生成 result.kml文件，第二条命令将infile.txt中坐标点连接成线并追加到已有result.kml文件中。相比前面的介绍，这里使用了参数－E和－C。－E表示突出地面(图1效果)，实现立体感;若没有该参数，则所有的点和线均处于相同的平面;－Crainbow.cpt表示使用rainbow.cpt色标文件，将高度赋予不同的颜色。

4 结束语

gmt2kml命令可以轻松高效的生成各种GE要素。用户可根据需要选择不同的参数，并对各种要素进行修饰，以获得更美观并符合要求的KML文件，更好地服务于地质、地球物理等行业。

［1］LIU F，CHU Y，LIANG D.Simulation of Urban Gas Leakage based on Google Earth［J］.Procedia Engineering，2013，52:220 －224.

［2］CHIEN N Q，KEAT T S.Google earth as a tool in 2 － D hydrodynamic modeling［J］.Computers ＆ Geosciences，2011，37(1):38 －46.

［3］王俊锋，白宗亮，田琮，等.GoogleEarth在地质解译中的应用［J］.新疆地质，2014，32(1):136 －140.

［4］BLENKINSOP T.G.Visualizing Structural Geology:From Excel to Google Earth［J］.Computers ＆ Geosciences，2012，45(1):52 －56.

［5］石书缘，胡素云，冯文杰，等.基于GoogleEarth软件建立曲流河地质知识库［J］.沉积学报，2012，30(5):869 －878.

［6］银正彤，郑文锋，杨朝晖，等.GoogleEarth在防震减灾决策中的应用［J］.地震研究，2009，32(1):99 －103.

［7］莫善军，李志凛，陈成江，等.利用GoogleEarth建立等高线三维地形模型［J］.测绘通报，2012(2):39－42.

［8］BALLAGH L M，RAUP B H，DUERR R E，et al.Representing Scientific Data Sets in KML:Methods and Challenges［J］.Computers ＆ Geosciences，2011，37(1):57 －64.

［9］苏鹤军，张慧，李晨桦，等.GMT绘图软件汉字库配置技术应用研究［J］.地震工程学报，2013，35(4):928 －935.

［10］占伟，孟宪刚，刘志广.GMT绘制GPS速度场的应用［J］.华北地震科学，2010，28(3):61 －64.

［11］赵桂儒，李卫东，吴敏.GMT软件显示汉字的技术原理与实现［J］.测绘通报，2012(12):87 －89，97.

［12］徐硕，段洪杰，刘琼仙.应用GMT软件绘制云南省强震动台站分布图研究［J］.地震研究，2009，32(4):415 －419.

［13］徐绍铨，张华海，杨志强，等.GPS测量原理及应用［M］.武汉:武汉大学出版社，2003.