1GoogleEarth与AutoCAD集成式设计平台
本系统以GoogleEarth为三维地理信息数据来源，在GoogleEarth实现铁路工程地质勘察，通过Access数据库管理勘察成果并将勘察成果输入AutoCAD成图。因此要通过数据库管理技术建立统一的数据接口，实现GoogleEarth与AutoCAD的相互通信。GoogleEarth和AutoCAD分别是Google公司和Autodesk公司开发的软件产品，要实现二者集成，需通过其提供的二次开发接口，在C号环境下编程实现。具体步骤如下:(1)在C号环境下，利用GoogleEarthCOMAPI和AutoCADAPI分别获取GoogleEarth和AutoCAD的窗口句柄;(2)利用WIN32API将获取的窗口可视化地管理起来［5］;(3)建立统一的线路和地质数据库，实现二者之间的数据共享。集成GoogleEarth窗口和AutoCAD窗口后的系统如图2所示。窗口有上下切分模式、左右切分模式、单GoogleEarth模式和单Auto-CAD模式。
2铁路定线与方案展示
作为一个铁路工程地质勘察系统，铁路定线功能是不可或缺的，这就要求在GoogleEarth三维地理信息平台上，能够进行铁路定线以及方案展示，以便能为铁路沿线的地质勘察提供参考和依据。基于GoogleEarth进行铁路选线，目前国内已经有较成熟的系统。本实验室刘江涛等［5］研发的“基于GoogleEarth的铁路三维空间选线系统”［5］提供了交互式定线、平面设计、纵面设计、桥梁、隧道、站场设计等众多功能(图3)并且取得了较大的实际应用价值，因此本系统对其中铁路定线模块予以直接引用。
3遥感解译与空间分析
3．1遥感解译GoogleEarth可以提供多分辨率卫星影像、地形数据，不同地质、地物在遥感图像上的光谱及纹理特征是不同的，因此可以实现从宏观－局部多尺度的遥感地质信息解译，其解译要素可分为地貌单元、地质构造、不良地质、水文地质、特殊岩土等，包括断层、地质界线、不良地质体、岩溶区、产状、观测点、钻探、试坑、水文点、水准点、照相点、区域地质图、工程地质平面图、环境保护区划图等［6-7］。KML是Keyhole标记语言(KeyholeMarkupLanguage)的缩写，是一种采用XML语法与格式的语言，用于描述和保存地理信息［8］，如Placemark、Path、Polygon和GroundOverlay，可以被GoogleEarth识别并显示。因此，可建立地质信息与KML元素的对应关系，如表1所示，实现解译成果在GoogleEarth上的可视化表达。不同类型的地质信息通过不同的颜色、比例、符号、粗细和描述信息进行区分。解译成果通过Access数据库管理，并实时显示在GoogleEarth三维地理信息平台上，如图4所示。3．2空间分析系统利用GoogleEarth三维地理信息平台，完成点线面测量、线路调查、产状测量、坡向测量、视倾角、真厚度计算等空间分析功能，能够快速获取区域性的地层断层产状、岩层厚度、边坡坡率及与线路空间位置关系，减少现场地质调查工作量，降低人力物力成本。以产状测量功能为例，产状测量是地质研究中的基础工作，在地质各领域应用广泛。随着遥感技术的发展，地学工作者要求能够快速、准确、批量的获取岩层产状，而地质罗盘、坡度仪等传统工具又存在工作量大、精度低，受限于野外条件等缺陷。而利用GoogleEarth遥感影像和地形数据，可以从宏观尺度上进行地表浅层岩层的判别，并确定岩层分界线。实现从GoogleEarth提取岩层分界点数据需要用到GoogleEarthCOMAPI接口技术。通过调用函数GetPointOnTerrainFromScreenCoords(［in］doublescreen_x，［in］doublescreen_y，［out，retval］IPointOnTerrainGE＊＊pPoint)即可返回选取点pPoint的经纬坐标和高程值。得到的岩层分界点数据为大地坐标，需转换为平面坐标，因此需要用式(1)进行高斯投影坐标正算［9］:获取岩层分界点的平面坐标后，可通过最小二乘法进行平面拟合，拟合出岩层面，如图5所示。最后根据拟合出的岩层面方程和产状计算公式，计算出走向、倾向、倾角等产状信息。
4铁路工程地质勘察成果展示与查询
铁路工程地质勘查数据最终通过Access数据库统一管理，为让设计人员、评审专家和决策者能全面了解勘察成果，系统基于GoogleEarth建立了三维综合展示平台，实现了遥感影像、地理信息、地质资料、线路方案、勘察资料等空间信息的集成，综合展示信息如图6所示。勘察成果综合展示平台实现了二维、三维混合以及多数据源的融合。整个线路的三维地形、影像、地形图、平面设计成果、线位、桥梁、隧道、车站、地质等各专业信息通过数据库统一管理，最终集成到同一个KML文件，将KML文件导入到GoogleEarth，便可实现勘察成果的综合展示。系统根据XML语法与格式以及KML文件的特点，为KML文件中点、线、面、图片等添加＜description＞标签，＜description＞标签具体描述各项成果的详细信息。这样，通过点击该图标，即可查询其详细信息。如需查询线路交点的设计信息，在GoogleEarth窗口点击线路交点图标，会出现一个属性对话框，对话框显示线路交点的曲线半径、缓和曲线长、交点坐标、转角等设计信息;如需查询勘察点的坐标信息，只要单击勘察，就会自动弹出勘察点信息窗口。为进一步增强综合展示信息的全局效果，可根据铁路线位设置三维游览路径，路径可根据线位自动计算，也可人工绘制。沿路径游览时，可设计相关参数，如游览速度、视点高度、视角和停留时间等，如图7所示，从而实现方案的全方位展示。在铁路工程地质勘察中，经常会遇到设计多个方案的情况，本系统提供了同时展示多个方案的功能，供勘察设计人员比选，提高方案比选质量和效率。基于GoogleEarth的铁路工程地质勘察信息展示平台，弥补了传统方法在立体综合展示能力上的不足，有助于对地形地貌、地质条件等的总体把握，特别是对于山区铁路，有更大的应用价值。
5应用与结论
该系统已在十宜铁路、向莆铁路等多条铁路的地质选线中获得成功应用，有效缩短了勘察周期，减少了外业工作量，提高了勘察效率和质量。应用结果表明，该系统具有以下优点:(1)利用GoogleEarth作为三维地理信息系统平台进行铁路工程地质勘察，省去了DEM数据、影像数据的获取与校准过程，提高了测量效率。(2)基于GoogleEarth实现铁路工程地质勘察，不仅省时省力，而且扩展了勘察范围，对自然条件恶劣、跨度范围大的区域，亦可实现勘察。(3)相比二维遥感解译，该系统在多尺度、空间分析和综合展示方面具有较大优势，并能实现勘察结果的三维可视化表达与三维浏览。(4)可在铁路预可行性研究、可行性研究、地质加深工作等方面加以应用，弥补传统工程地质带状测绘的局限性、补充区域地质资料缺少的地质灾害信息以及人类经济活动产生的地质环境问题，辅助铁路选线，从整体上提高铁路工程地质勘察质量和效率。
作者：杨新林 蒲浩 高山 龙喜安 蔡亦昌 单位：中铁第四勘察设计院集团有限公司 中南大学土木工程学院 高速铁路建造技术国家工程实验室
