基于Google Earth三维遥感影像在地质连图中的应用

曹勇刚，李进喜

(甘肃省地矿局 第三地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730050)

基于Google Earth三维遥感影像在地质连图中的应用

曹勇刚，李进喜

(甘肃省地矿局 第三地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730050)

提出了在1∶50 000区域地质(矿产)调查工作中将调查区具体点、线、区要素通过二次文件转换生成KML或KMZ格式文件的方法，将其导入Google Earth客户端中显示；以西藏打加错东地区1∶50 000区调项目为例，探讨了利用实时浏览Google Earth三维遥感影像数据，结合调查区地形、地层产状和地质文件来直观地辅助地质工作前期布设和后期检查；结合“V”字型法则，对青藏高原雪被区、自然地理条件恶劣等人力无法到达地域地质界线的圈连，对部分地层产状的获取和后期地质界线的圈连取得了良好效果，具有实际应用意义。

Google Earth；地标文件；等高线；遥感影像；地质连图

0 前 言

Google Earth软件一经发布，即在全球各行各业引起巨大反响，凭借其免费、数据源不断更新和分辨率高的优势，在地震、地理、测绘和地质方面发挥出重要作用，不断有学者对其具体应用予以研究，在地质、地震及KML语言应用方面有研究者已做工作，但均未涉及其在地质连图中的重要意义。在以往区域地质(矿产)调查工作中需购买SPORT、ALOS和ASTER等数据并由专人解译，耗费大量人力物力，且在填图工作进程中数据源未有更新，尤其对青藏高原雪被区或人力无法到达的区域，加上少量云层或阴影的干扰，影响具体连图界线的判定，从而降低成图质量。

现结合Global Mapper、Mapgis或Arcgis软件可将工作区的图框、等高线、经纬网、公里网和照片等每一个具体要素以KML语言直观地展现于Google Earth上，从三维空间以地质思维具体分析地质现象，判明产状，结合“V”字型法则，为具体地质连图具有借鉴意义。

1 软件平台的准备

Google Earth 4.2，Mapgis 6.0，Global Mapper 14.1.2汉化版，谷歌卫星下载器和GetScreen软件，具体操作过程中可适当以Arcgis10.0软件辅助。

2 影像数据的获取

Google Earth卫星影像数据是卫星影像与航拍数据的整合，分辨率高且为真彩色数据[1-2]，便于观察分析地质现象，具体与其他卫星影像的对比见表1。

表1 GE影像数据与其他卫星影像数据的对比

目前获取Google Earth卫星影像数据的方法主要有以下3种：a在谷歌卫星下载器软件中输入工作区既定范围，下载完成后转换为 *.tif格式的拼接闭合图片，但其受导出级数的限制，一般无法获取最高分辨率的影像且后续影像需多点误差校正；b以Google Earth软件在线浏览影像数据时以 GetScreen软件圈定范围截屏，得到分块影像后仍需多点误差校正[3-4]；c通过改变Google Earth缓存的存储位置，在线浏览工作区详细影像数据，影像无需下载，即可从三维角度任意观察。

3 地标文件的管理

Google Earth所支持的地标文件为KML和KMZ格式，KML文件可用于保存如点、线、图像、多边形或3D模型等特定的地理信息，而KMZ格式文件实质是一种压缩文件格式，其能存储更多KML文件不能存储的信息，如图片，视频等，只是包含了更多的用于显示的辅助资料。打开Google Earth软件添加地标后，可见地标的属性包含有名称、坐标(经纬度)、说明、样式/颜色、视图和海拔高度几项，已满足普通的研究应用。

3.1 地标文件的生成及导入

在1∶50 000区域地质(矿产)调查或大比例尺矿产普查、详查工作中，已知工作区的具体范围、公里网、经纬网等要素，通过输入其具体坐标，经地标生成软件即可生成KML文件。导入软件后即可根据等高线和地质界线结合“V”字型法则连图。以西藏打加错东地区1∶50 000区调项目为例，若已知工作区等高线数据，由于Google Earth为WGS-84坐标系，首先将Mapgis线文件 *.wl通过单个文件的投影变换将其赋以实际经纬度范围[5]，经文件转换，再通过Global Mapper软件将其转换为KMZ格式地标文件，打开即可实时浏览工作区影像数据，如图1所示。

图1 调查区地形及三维影像数据(等高距20 m)

若工作区地质调查程度低，缺乏地质资料，无工作区等高线数据，例如部分非洲海外项目，可通过网站下载免费的SRTM数据[6]，目前能够免费获取中国境内和部分海外的SRTM3文件，SRTM3的文件里面包含1 201×1 201个采样点的高度数据，该数据是90 m的数据，每个90 m的数据点是由 9个30 m的数据点算术平均得来的，误差约30 m，需后续校正，该数据导入后仍可为地质前期工作起重要辅助作用。同理，可将已知的工区*.wt点文件和*.wp区文件通过投影变换和文件转换将其转为KMZ格式地标文件，将其显示在Google Earth客户端上，不同地质区的颜色和不透明度均可通过改变其属性来实时调节，以利于观察，如图2所示。

图2 调查区各地层分区及三维影像数据(不透明度75%)

3.2 地标文件的涉密管理

Google Earth地标文件新建保存成功后，为防止等高线，重要图片等涉密地标的上传共享泄密，可对项目已知的密级程度高的数据，适当删除涉密要素[7]，在断网状态下将其打开使用；或可采取尽量使用网络免费下载的DEM获得的精度较低的高程数据；对重要地标分开保存，不合并保存于一个较大的KMZ格式文件下；不登录Google账户或通过网络和电子邮件共享地标文件，通过以上几种方法来确保涉密地质资料的安全性。

4 地质连图应用

4.1 岩层产状的获取

关于岩层产状的测定方法，已有相当精确的岩层面拟合法、三点法[8-9]等，为方便高效，本文采用目视估算法。在软件中导入地形数据后，选取合适角度，在测定范围内，岩层产状稳定，风化剥蚀程度较低，对岩层界面无影响，且无断层或小褶皱的干扰，即可求的岩层产状。现以求取调查区北东部昂杰组(P1a)灰白色变岩屑石英砂岩为例，该区平均海拔5 600 m之上，秋冬季均为冰雪覆盖，实地测制产状困难，结合Google Earth遥感影像获取产状步骤如下：a不断调整以选取合适观察方位，该区将正北方位拖至正东以利于观察；b选取工具——标尺，分别测量地层两交点A与B之间的距离，读取两点的高程分别为5 656，5 641 m，即高差为15 m，地图长度即两点直线距离为47.40 m，如图3所示；c得其倾角为arcsin(15/47.4)≈18.45(°)，倾向可由软件直接读出为174.62(°)，故得该地层产状为175(°)∠18(°)，走向85(°)。

图3 地层产状的获取方法

4.2 地质界线的圈连

4.2.1 岩体与地层的界线

以测区中部古近纪石英二长斑岩(ηοπE)与典中组二段(E1-2d2)界线的圈连为例，已有两条路线将其界线定出，石英二长斑岩呈岩盖产出，盖于典中组火山岩之上，以遥感影像结合地形与“V”字型法则，圈连如图4所示。

图4 岩体与地层界线的圈连

4.2.2 非正式填图单位界线的圈连

测区东部昂杰组三段(P1a3)以灰色，灰黑色千枚岩、深灰色生物碎屑灰岩及浅灰色变岩屑长石岩屑砂岩为主，该段中影像呈灰黑色的为灰黑色千枚状板岩。地质区文件不透明度为30%，以利于观察影像，由前文可知该区地层产状南倾，结合地形数据可知岩层倾向与地面坡向相同，且岩层倾角大于地面坡度角，转为平面视角观察，以“V”字型法则将其圈出[10]，如图5所示。

图5 非正式填图单位的圈连

4.2.3 雪被区界线的圈连

测区北西部区域平均海拔5 750 m之上，共散落分布有5个冰斗冰川，均发育于雪线附近的积雪洼地中[11]，规模不大，面积0.4～0.8 km2之间，以刃脊、角峰为界。2014年5月底于沟中布设了一条追索路线，控制了冰舌的位置，经调查及与影像(影像数据日期2013年4月10日)对比发现其冰舌前缘位置未有明显变化，冰舌位置稳定，说明气候变化对海拔5 800 m之上冰川影响甚微，结合Google Earth历史遥感影像可具体研究该地区冰斗的长度、宽度和深度，以作为气候变化的重要指标，圈连后的冰川界线如图6所示。

图6 雪被区界线的圈连

5 结 论

本文以Google Earth软件为平台，探讨了对调查区每一要素转换为地标文件的方法，可将等高线、地质区、地层点、照片等融合显示，实时观察。利用Google Earth三维遥感影像数据，将其应用于自然条件恶劣地域、地层产状测量、地质界线圈连、冰川活动调查均有很好效果，为地质工作前期部署及后期连图、检查均起到促进作用，提高了工作效率，节省人力财力成本，综合表明其应用于地质调查领域初步可行。

[1] 丁志江, 王猛, 梁栋彬. 基于Google Earth影像图遥感解译在我国西北矿产地质调查中的应用[J]. 吉林地质, 2008, 27(4): 124-129.

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

[3] 王美娟, 刘阳, 董连凤. Google Earth影像快速纠正方法[J]. 地球, 2013(10): 90-91.

[4] 王宏俊. 基于Google Earth的1∶50 000地质地理底图更新[J]. 山东国土资源, 2010, 26(11): 44-46.

[5] 吴信才. MAPGIS地理信息系统[M]. 北京: 电子工业出版社, 2004.

[6] 刘金辉, 窦金龙. Google Earth在地质勘查初期中的应用[J]. 中国矿业, 2009, 18(12): 100-101.

[7] 黄亚峰, 范理信, 李胜乐. 基于Google Earth的地质地震信息展示[J]. 测绘信息与工程, 2011, 36(2): 49-54.

[8] 蒲浩, 杨新林, 赵海峰, 等. 基于Google Earth的岩层产状测量方法[J]. 西南交通大学学报, 2012, 47(6): 949-954.

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

[10] 徐开礼, 朱志澄. 构造地质学(第二版)[M]. 北京: 地质出版社, 1989.

[11] 田明中, 程捷. 第四纪地质学与地貌学[M]. 北京: 地质出版社, 2009.

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

中国地质调查局地质调查项目青藏专项(12120113034400)

曹勇刚(1990-)，男，甘肃临洮人，助理工程师，研究方向：区域地质矿产调查，手机：15009315175，E-mail：cygcao@126.com.

P618.13

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.02.049