基于google+earth的城市轨道交通选线设计的应用研究 60页

硕士学位论文基于GoogleEarth的城市轨道交通选线设计的应用研究ResearchonUrbanRailTransitLocationDesignBasedonGoogleEarth作者姓名：王晓鹤学科、专业：道路皇迭道王猩学指导号：教师：0210338兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含获得兰翅銮适太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签砺娣一期渺钐删日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解兰趔童适太堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权兰趔銮通太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学砬论文作者签名獬签字日期：切哆年名月廖日导师签名：签字日期：力口／拜钐歹／月／，彦日 兰州交通大学硕士学位论文摘要GoogleEarth(简称GE)由Google公司开发的一款三维可视化地球软件，它把卫星影像、航空照片、三维地面模型等GIS信息布置在一个地球的三维模型上，不同于传统的GIS，GE成本低，数据易于收集、探索和可视化。GoogleEarth具有一系列的特点能够满足城市轨道选线设计的要求，基于GoogleEarth进行城市轨道选线设计的研究具有重要的意义。基于GoogleEarth的特点本文对GoogleEarth的坐标数据和影像数据进行了分析，主要从其数据来源和数据的形式两个方面进行了分析，然后提出通过数学计算实现将GoogleEarth的经纬度坐标和铁路选线设计常用的坐标的相互转换的方法，并且提出实验方法来减少两种坐标系下坐标的误差。实现坐标的相互转换是进行GoogleEarth选线设计工作的基础工作。最后在对GoogleEarth数据分析的基础上，分析将GoogleEarth应用于城市轨道选线设计的可行性和具体的应用。GoogleEarth二次开发有两种接1：3：KML和COMAPI。GoogleEarth中的各种元素都可以以KML的文件显示，通过编程完成对KML文件的编写，实现线路中各种元素在GoogleEarth中的显示。GoogleEarthCOMAPI是GoogleEarth组件的公共接口，调用它的各种类库可以对GoogleEarth的进行控制。在系统开发过程中，采用语言为C撑，采用的开发平台是MicrosoftVisualStudio2010，通过软件编程，调用WindowsAPI函数和GoogleCOMAPI函数将GoogleEarth视图嵌入到开发平台界面中，结合Windows的HOOKAPI以GoogleEarth卫星地图系统为开发平台，基于其影像和地标KML技术等功能，利用其二次开发接口GECOMAPI提取GE的影像数据资料并结合KML扩展其功能，同时利用SketchUp来设计导入3D模型等，使其在线路方面的功能得到充分发挥。本文对基于GE的城市轨道选线设计系统的设计和实现做了整体的介绍，展示了系统的界面和菜单，实现了平面选线设计功能和地面线的提取和绘制，具有一定得实用价值。关键词：谷歌地球；城市轨道交通：c#语言；三维选线论文类型：应用研究 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的应用研究AbstractGoogleEarthiSakindofthree-dimensionalearthsoftwaredevelopedbyGoogleCompany．Satelliteimages、aerialphotos、3DterrainmodelsandotherGISinformationarearrangedinathree．dimensionalmodeloftheEarth．DifferentfromtraditionalGIS．GoogleEarthiS10Wcostindatacollection．explorationandvisualization．GoogleEarthhasseveralcharacteristicstomeettherequirementsofUrbanrailtransitrouteselectingdesign．ItisimportanttomaketheresearchonUrbanrailtransitrouteselectingdesignbasedonGoogleEarth．BasedonthefeatureofGoogleEarth，thisthesiscarriesontheanalysisofcoordinatedataandimagesdataoftheGoogleEarth，mainlyfromtwoaspectsofdatasourcesanddataform．ThenitproposestheinterconversionmethodofGoogleEarthlatitudeandlongitudecoordinatesandrailwayrouteselectingcommonlyusedplanecoordinates．Anditproposesexperimentalmethodstoreducecoordinateerrorundertwokindsofcoordinatesystems．RealizingthecoordinateinterconversioniSthefoundationworkforUrbanrailtransitrouteselectingdesignbasedonGoogleEarth．FinallybasedonGoogleEarthdataanalysis，thethesisanalyzesfeasibilityandconcreteapplicationofGoogleEarthinUrbanrailtransitrouteselectingdesign．GoogleEarthprovidestwokindsofinterfacesofthetwicedevelopment：KMLandCOMAPI．Throughtheprogramming．realizecreationoftheKMLdocument．Achievesvariouselements’displayofUrbanrailTransitrouteinGoogleEarth．GoogleEarthCOMAPIisapublicinterfaceofGoogleEarthcomponents．Itprovidesclasslibrary．UsetheseclasslibraryCancontrolGoogleEarth．ThjSthsishasmadethedetailedintroductionandanalysistoseveralkeytechnologiesinvolvedinthewholeprocess．TheprogramusesC{fj}language．ThedevelopmentplatforlTliSMicrosoftVisualStudio2010．Intheprocess，makeuseofWindowsHOOKAPIandGoogleEarthCOMAPItoachieveextractionofground1ine，SketchUptomakeandinsert3DtoGEaswellasKMLtoVisualizeselectedlineSOastorealizetherouteselection．ThiSisthemostcriticaltechnologiesintheprocess．Thethesismakeswholeintroductiontothesystem’Sdesignandrealization；Showsthesystem’Ssurfaceandmenu；Realizestheplaneselectiondesignandgroundlineextractionanddrawing，whichhaspracticalvalue．KeyWords：GoogleEarth；UrbanRailTransit；Cj|j}Language；Three-dimensionalRouteSelecting 兰州交通大学硕士学位论文目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．IAbstract⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．II1绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11。1城轨选线设计发展概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。21．2GoogleEarth软件及相关软件介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31．2．1GoogleEarth软件介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31．2．2GoogleEarth特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51．2．3GoogleSketchUp软件的相关操作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯71．2．4GlobalMapped软件的相关操作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．81．3国内外研究情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．91．3．1国外研究情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯91．3．2国内研究情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯101．4系统开发语言和开发平台介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯121．5本文研究的主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯122GE数据分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142．1GE坐标数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．142．1．1GE坐标数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．142．1．2坐标系概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142．2GoogleErath坐标数据处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．162．3GoogleEarth坐标数据分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．202．4GoogleEarth影像数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．242．5GoogleEarth数据在城市轨道交通选线设计中的应用分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。253GoogleEarth二次开发⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯273．1GoogleEarth的应用程序接口(API)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯273．1．1COMAPI简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯273．1．2GoogleEarthCOMAPI类库⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．283．2GECOM接口的连接⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯303．3基于KML的开发⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯303．3．1KML简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯303．3．2KML文件的读写⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯313．3．3KML开发⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32 基于GooSeEarth的城市轨道选线设计的应Hj研究3．4GooSeEarth二次开发的关键技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。333．4．1Windows进程和线程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯333．4．2Windows钩子⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯353．4．3屏幕坐标转换⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．373．4．4GE高程的提取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．383．5GooSeEarth的二次开发在线路中的应用思路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．394基于GooSeEarth的城市轨道选线设计与实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。414．1系统总体分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯414．2系统界面⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯414．3主要模块⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯424．3．1系统功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯444．3。2平面设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯444．3．3纵断面设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯464．3．4三维效果的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯465结论及展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯485．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯485．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯48致{射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1攻读学位期间的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 兰州交通大学硕士学位论文1绪论中国正经历着世界最大规模城镇化过程，2011年，中国城镇化率已经达到51．27％，城镇人口首次超过农村人口，达到6．9亿人，住房和城乡建设部副部长仇保兴表示，中国城镇化到了转折时期，从快速城镇化阶段正进入城镇化中期阶段，未来20年中国城镇仍将处于快速发展的阶段⋯。2015年中国城市化率达58．47％E21，上百万人口的城市数目还在增大，这些城市的半径也已开始高速延伸着。随着人们生活水平的提高，人们对出行质量的要求也一直在不断提高，而城市人口数量和密度的逐步增加导致了出行数量迅速增加，出行强度不断上升；车速下降、交通阻塞、出行时间增加、事故率上升等城市交通病将成为城市发展的必然问题，而这也同样也是很多国家要解决的问题——致力于城市交通问题的缓解。环视世界各大城市在面临交通问题时所选择的不同办法及所产生的不同效果时，可知发展公共交通，尤其是轨道交通，是解决城市交通问题的一条有效途径，当前我国许多城市借鉴国外大城市交通发展的经验和教训，领悟到轨道交通有助于我国城市交通协调、可持续、健康发展【3】。根据国家十二五交通规划，国家将建设北京、上海、广州、深圳等城市轨道交通网络化系统，建成南京、武汉等22个城市轨道交通主骨架，规划建设合肥、贵阳、石家庄、太原、厦门、兰州、济南、乌鲁木齐、佛山、常州、温州等城市轨道交通骨干线路，随着今年不少城市轨道项目(如徐州)提前获批，以及明年仍有大量的项目获得许可，整个十二五规划确定实现3000公里的全国城市轨道交通运营里程，有望达到4000公里左右。由此可见，我国的轨道交通建设迎来了高速建设时期，随着综合国力的不断提高，我国大城市轨道交通还将有较大规模发展。中国城市化率在2020年将达55％，这七年时间内预计有1．5亿人将完成从农民到市民的空间和身份转换。我国大陆将约有40个城市发展轨道交通，总规划里程7000多公里【41。作为一项“牵扯面广、考虑因素多、劳动强度大、责任重大”的系统工程，城市轨道交通选线规划应坚持“符合规划、兼顾工程、节能环保、有利运营”的原则；与以往的铁路、公路选线有较大的不同，在众多限定条件下在城市里面选择一条较好的城市轨道交通线路，应该重视和思考如何兼顾各方面利益统筹各方面因素协调安排各部门直观而形象地评选出一条适宜的线路这样一个难以解决的问题【5】。而每个城市轨道交通项目都应该是从线路的规划开始，不管是规划设计，还是建设、通信、信号、运营都与之有关，都需要以线路专业的资料为依据来安排设计，因此线路专业在城市轨道建设过程中举足轻重，GE选线技术的应用研究具有重要的意义：减少了设计成本，取得了良好的经济效益，尤其是社会影响力的提高；使计算机的高速、准确与人的智慧、经验都可以得到充分发挥，可以说各尽其能；提高规划设计的质量，使轨道交通项目达到投资省、 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的应用研究方案优、工期短、效益好的要求；不仅能给出一条新的发展思路，而且可以加强不同专业之间的交流和消化。1．1城轨选线设计发展概况历时50多年的铁路公路选线数字化技术，可以追溯至sJ20世纪60年代在一些发达国家的实现，目前这项技术通过数据采集和处理、分析、设计和优化已具有集成化和系统化的特点，其中比较著名的线路CAD系统有来自德国的CARD／1设计系统，来自芬兰的ROADCAD道路系统和美国Intergraph公司的INROADS系统：所有这些软件都有着相同或相似的地方：都是以强大而精确的三维数字地形模型或者较为可靠的功能和结构模型为其基础的；除此之外，不少的设计者们把目光投向了可视化技术，互动技术，他们也在不乏耐心地在寻觅着一些智能集成系统和单元化设计的实现：然而由于所有这些软件的价格一般都很昂贵且不适合在中国的设计规范和设计实践等方面的问题的事实，进行大量的二次开发工作依然很有必要，从而使这些软件真正应用到中国的铁路、轨道线路设计：即便如此这些二次开发工作仍局限于系统的表面，并且难以触及核心技术。中国的铁路、轨道数字化选线技术的研究始于20世纪70年代中后期，并获得了突飞猛进的发展，虽然起步较晚，却已经出现了大量先进科学技术成果，随着计算机图形和这样的图形支持软件如AutoCAD等的发展，从简单的数值计算和分析发展起来的的选线辅助设计技术也被开发成图形交互的自动化设计，因此一套完整的计算机辅助设计系统(其地形特征数据处理，工程费用计算，交互式的图形设计，纵断面自动化的集成设计，绘制铁路线平面和剖面)得到了发展。20世纪90年代中后期实施的题为“铁路勘察设计一体化、智能化研究”，被认为是铁路CAD设计进入蓬勃发展时期和广泛应用的一个象征，在各铁路勘察设计院和其他相关高校研究机构的共同努力之下，铁路勘测设计一体化项目的研究目标逐步实现，已取得了非常有价值的研究成果并已付诸于投产实践之t争161，这些表现在：线路设计GIS系统；三维选线；网络化技术；一体化的管理信息系统；外业勘测资料的信息化，各专业设计软件的集成化。综上上述，在国内和国外的铁路的数字选线技术的研究已持续不中断，并出现了大量的先进的科学技术成果。但是下面的问题仍然存在：(1)在设计过程中所看到的，所有现有的国内和国际铁路线设计软件的开发都能满足铁路设计的各个单独阶段，数字选线技术被应用在一些设计阶段仍然是困难的。例如，在规划阶段，由于缺乏数字地形数据，这项工作的完成主要依靠人工铺设的图，这样不仅效率低下，而且质量也难以提高。然而，在规划阶段，线路方案的设计质量将会直接影响招标的结果；(2)在选线设计中，平纵横断面的设计应被视为一个整体，它要求设计师忙于从事某一特定方面的设计的同时给其他两个方面设计予以综合考虑。然而，现有的软件开发 兰州交通大学硕十学位论文主要致力于彼此独立并不联系的平面、纵断面和横断面设计和计划，在这种情况下，最新的技术应必需实现平面、纵断面和横断面联合设计计划；(3)线路三维可视化技术方面，现有的通用的解决方案是国内外在该领域的研究采用的AutoCAD建模+3DSMAX渲染模式。然而，由于现场的城市轨道的场景是极其复杂的而又巨大的，这种方法需要花费很多的时间和空间，可以实现只通过考虑沿一个固定的路径而生成动画和浏览，出于这个原因，这种方法只适用于最终设计成果的可视化，并且它很难融入设计全程，因此，有必要研究实时生成并能交互浏览的线路三维场景技术，现场的轨道建设完成后的场景可以在设计全程中被实时浏览。(4)另外当前许多设计院的城市轨道线路设计CAD软件大体上是由铁路或公路的软件衍生出的，尚不能符合城市轨道线路的的一些具体要求，还有许多问题得深入研究：车站及辅助线设计、坡度动态技术、违规提示等方面。针对上述问题，在预可行性研究阶段，设计成果能够通过GE建立三维选线平台，充分利用GE提供的全球数字地形、高清晰度影像和先进的图层管理系统进行轨道线路规划设计。在可行性研究、初步设计和施工图阶段，基于航空测量数字地形图和AutoCAD平台，应用CAD技术、可视化及人机互动技术开发的新一代设计方法已经开始被应用于纵横断面联合可视化CAD系统的精确选线设计之中，如此每个设计阶段的数字选线设计是可以实现的【‘71。1．2GoogleEarth软件及相关软件介绍1．2．1GoogleEarth软件介绍GE是一个结合了卫星影像、航天摄影和地图数据而形成的三维交互式的地球虚拟软件，它正在改变着地理信息数据和科研人员的交互方式。随着新的互联网科技及地理信息系统的迅速发展，基于GE丰富数据(如表1．1所示)和开放应用的从本地计算机到网络平台的许多程序将有望在研究、应用以及人们的生活中扮演重要的角色【8】；GE个人免费版界面如图1．1所示。目前GE是最能反映数字地球概念的具有实用化和人性化的地球信息系统，堪称功能最强，性能最好，其在三维显示与免费资源数据方面优势突出，而且通过GE提供的应用程序接口——GECOMAPI，开发人员就可以调用GE数据进行二次开发，这为GE多方面的应用打下了良好的基础。GE包含三个版本(不含企业服务器版)：个人免费版、Plus版、Pro版。三个版本的比较见表1．1。 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的虑H塑窄鼎缁鬣懑鬣濯溅瓣灏瀚懑懋溺灌躐躐鼷熬麓鬻麓溅住寨箱辑∞枥免工罴①斩增(刍)靛明曲戮麓爨慧鬻甏§嚣一曼潦图1．1GE个人免费版界面表1．1GE的数据来源情况数据提供者分辨率备汪SIU’M．．⋯⋯一(ShuttleRadarTopographyMission)vlt--。-地形数据数据由美国太空总署(NAsA)和国防部国家测绘局(NIMA)联合测量按精度可以分为SRTMl和SRTM3，分别对应的分辨率精度为覆盖地球表30米和90米数据(目前公开数据面80％pA_k为90米分辨率的数据)美国陆地卫星LANDsAT-7和美国OuickB矾黑白波段分辨率高达数字地球公司的捷鸟(QuickBird)0、．61米彩色的分辨率为2．44米，最2I!星影像商,_lkJ!N-，其中QuickB矾由Ball新一代的OuickB矾卫星可分别提骱T觚echn貅ologie炯sCorp‘篇)霎燕罐黧驴一怖2米、柯达公司和空间的；业；娩圈倦公司(FokkerSpace)跃笛倒f利阴英国的Blue-Sky公司、美国的最妄丢曩在分辨≤另i磊o．5m左航拍部分Sanborn公、美国IKONOS及法国右的高精度影像，视角高度分别约SPoT5为500米和350米GE上的全球地貌影像的有效分辨率至少为100米，通常为30米。中国遥感卫星地面站已开始接收QuickBird卫星影像．4． 兰州交通大学硕士学位论文表l。2GE三个版本比较1．2．2GoogleEarth特点(1)技术领先多源数据的存储、管理和组织是关系到GE可用性和效率的关键因素之一。Google的存储GFS(GoogleFileSystem)分布式存储文件系统——分成64M／块(block)的若干块来存储的以加载进多个数据服务器，而在下载时又能从多个数据服务器提取同一份整体文件的分部从而快速高效的进行加载和下载。此夕baFS的文件采用分段压缩机制，即若干block作为一个压缩单元进行压缩，而非整个文件进行全压缩，这样可以在读取文件时边读边解压缩。bigtablee0也可以建立列的索引，理想情况下一次I／O预先加载索引，然后再一次／／O定位磁盘中的数据，然后作顺序读来载入数据。这样比一般关系数据库的载入速度要快，GooSe桌面信息平台的客户端采用了Ajax(AsynchronousJavaScriptandXML)，实现了数据在网络上的异步传输，避免了每次提交都要重复刷新整个页面，提高了下载速度，因为用户与Ajax弓i擎的互动和AjaX引擎与服务器的互动被分离开来，用户可以几乎无等待的进行自己的各种动作，提供给用户更为友好的界面和极大改善了用户的体验。GE就是充分的利用基于Ajax技术的异步多线程的数据交互来实现目标区域地 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的应用研究图的无缝拼接、整体移动和地图填充。另外，GE优良的C／S——客户机(Client)／服务器模式(Server)体系以便于开发应用，如下图1．2所示；它打破了以前平面观察地图的格局，可以垂直、平行、倾斜一定角度；可以从球面到平面的多模式、多角度显示：能够呈现复杂的三维立体形象；通过调节视图高低来获取不同分辨率的影像。GE客户端图1．2GE的C／S体系(2)数据交换文件标准化KML是指能够在基于Web的网上或移动终端上或是三维地球浏览器上表达丰富地理信息的一种国际标准语言，2008年4月国际开放地理信息系统协会(OpenGeospatialConsortium(OGC))完成了KML的标准化进程，KML2．2版已经被批准成为OGC执行标准，OGC已开始以实现KML2．2版生命周期的管理(包括后续兼容性问题)为目的的对其业务拓展和维护工作，使得KML与其他OGC最佳实践和标准并列为一体，从而使GE实现最佳的兼容性、吸收性和互操作性。加上其简单易编辑故而使用KML格式的地标文件非常利于GE应用程序的开发。(3)COMAPI接口开放而强大GE的API是基于Ajax的JavaScriptAPI，所以人们可以很容易地利用GE所提供的开源的API进行地图服务扩展或利用GE的各类信息来开发砌体系统和应用。KML技术与GECOMAPI技术相结合提高了GE的兼容性、实用性和开放性，也就是说在调用API函数的同时应用KML技术进行配合这样的的二次开发模式可更能实现其数据展示、线路设计、管理协调、调查报告等多领域多专业多层次的新应用。 兰州交通大学硕士学位论文1．2．3GoogleSketchUp软件的相关操作GoogleSketchUp是一套面向建筑师、都市计划专家、制片人、游戏开发者以及相关专业人员的3D建模程序，它比其它三维CAD程序更直观，灵活以及易于使用，基于便于使用的理念，它拥有一个非常简单的界面，很好地降低了构建虚拟景观所花费的时间、精力和成本，不仅可以利用GE免费提供的地形和影像数据，还可以将创建的三维模型无缝地集成至GE中，在虚拟楼盘【91、虚拟校园【10]、虚拟社区【ll】、虚拟城市【12】的开发和建设中的应用是近些年研究的热点。该软件和建筑建模最常用的方法相似，其建模流程简单明了——画线成面，再挤压成型。SketchUp世界中的一个重要特性便是SketchUp创建的模型的仓库3DWarehouse，用户能够在GoogleSketchupqb自由地创建3D模型，可以把自己的模型上传发布至GoogleEarth矛l：IGoogle3DWarehouse中，不但可以浏览已经存有的模型和组件，而且可以其他人共享。建模数据的获取和地物实体的几何模型的建立是GE平台中构建三维地物模型的前提，利用GoogleSketchUp菜单中的GetCurrentView可从GE中获取地物模型的平面位置信息，或者从现有地形图预处理后再导入至lJSketchUp，高度数据可以预估，采用材质库的纹理或者GE影像进行表面纹理处理。最后将其建立的三维模型或其它类似软件建的模型转成Sketchup后导AGE或直接导入，或是后期导入，亦或是编写KML文件手动导入都可以。目E庳*呻●O"撕*∞∞_∞’夕露囝rj，毋霉。蛋喜每0F◇多文强圣．：≯守?戮嚣舔鬣瑟鬣缀S黪瓢熬女i鬣惑点熬麓器纛辫麓；慧j蠹文iji蕊警冀：譬二叛、麓i糍羹萋自鬟!§戮强磁鸶鍪貔懑黧躐嚣滚添。誓≤蠢≯鱼鱼坌!鱼竺堕苎坠!竺!!型竺坠!旦竺竺!!堕竺塑!：竺竺!竺竺图1．3GoogleSketchUp界面表1．3GlobalMapped的应用．7． 基于GooSeEarth的城市轨道选线设计的应川研究功能详细功能结合GE的应用将数据显示为光栅地图、高程地图、矢量地图，还可以对地图绘制地图作编辑、转换、打印、记录GPS及利用数据的GIS(地理信息系统)功能可以转换其他设支持多种地理地标文件格式，其中包括DLG，DRG，DOQ，计软件的成果使文件支持DEM，DGN，DTED，DWG等等，同时可以在这些格式中进行其在GE中实现可灵活转换视化；可把来自兰据源支詈}嚣鬻嚣等蒹矍黧黧淼羹昙于SRTM数据加工生成等高线叠加一源，如SRTM数据下载地址：http：／／srtm．csi．cgiar．org／展示在GE中3D路径演示、等高线绘制、3D拓扑图、图像校正、通过地特色功能表数据进行轮廓生成、通过地表数据观察分水岭、对3Dpoint数据转换为三角多边形和网格化等1．2．4GlobalMapped软件的相关操作GlobalMapped是成本低廉且易于使用的GIS数据处理的应用程序，提供了无可比拟的各种空间数据的访问，并提供适当级别的GIS功能，如表1．3所示，以满足经验丰富的GIS专业人士和制图新手【131。图1．4GlobalMapper展示的光探测与测量数据 兰州交通大学硕士学位论文1．3国内外研究情况GE是一款非常受欢迎的地球浏览器，因其遍布世界的卫星遥感影像和航天卫片而著称，目前它丰富的资源已在全球为许多行业所应用。1．3．1国外研究情况GE在2005年推出以来的几年中，渐渐应用于诸多领域，包括气候变化，气象预报[141，自然灾害(海啸、地震、飓风)，环境【15I，旅游，历史，总统选举，映射禽流感[161，在线游戏和跨平台视图共享。这些应用主要是使用二维(2D)的地理空间和虚拟地球仪上的数据可视化。国外应用的具体案例如下：(1)美国加州利用GE地图对气候变化进行了演示：美国航空航天局戈达德太空飞行中心(GSFC)飓风门户利用美国航空航天局的热带降雨测量卫星(TRMM)，柔和的分辨率成像光谱仪(MODIS)和大气红外探测器(AIRS)来观看飓风；美国地质调查局(USGS)已经利用GE作为工具来普及地震知识；NOAA研究者使实时天气信息能够显示在GE里公众所熟悉的标志和路线旁边【17】；2010年，Google展示了最新的实验室项目：GE引擎为科学家，社区工作者和环境活动者更好地接触和了解气候模型提供帮助。GE地球引擎是一个在线的环境监测平台，提供一个地球的动态数字模型，并且每日更新；美国航空航天局戈达德地球科学数据和信息服务中心(GESDISC)利用GE及其KML技术开发的面向服务的在线科学的数据分析系统，提供数量巨大的二维和三维大气科学数据的在线分析，该套新技术技术以COLLADA(CollaborativeDesignActivity，交互式3D应用程序交换文件格式)模型为基础运用一个三维可视化组件将二维图像输入Giovanni系统进行处理最后输出为KMZ文件，作为可视化的三维垂直数据最后在GE上形成垂直轨道窗帘【8】；(2)南非研究人员使用ArcGISDesktop捕获和处理GE的影像数据以较低的成本获取一个高分辨率的等高线图和数字高程模型来研究湿地【l81；JohnLarkin借助GE完成了美国林业数据和二氧化碳排放量的动态可视化观察和分析，树木的COLLADA3D模型可扩展在KML文件中，叶子颜色的信息能内嵌为树木的COLLADA3D模型的可视化属性。由于COLLADA文件服从XML规范，嵌入了每棵树的叶子颜色并参考了模型内的主要KML出口，在GE中可以把复杂而庞大的数据直观地以变化的图形来展示【19I；(3)露天采矿和建筑工地的辅助系统(TheAssistedDrivingSystem，ADS)，以减少意外相关的低能见度条件下的塌陷事故。该系统是基于全球定位系统，Zigbee无线通信技术，和GE引擎接口和矿山映射服务器。该系统采用一个实时3D界面——基于使用GE的AutoCAD的矿井地图图形界面，所有车辆都通过无线网络显示在一个矿山三 基TGoogleEarth的城市轨道选线设计的应用研究维地图存储在本地服务器，在低能见度条件下，系统显示可用的退出／驾驶员安全逃生路线，ADS潜在地增加了系统的可靠性，并减少在露天丌采的不确定性【201。(4)为了实现GE与传统GIS相结合，Arc2Earth公司丌发了海军上将产品Arc2Earth(A2E)使得GIS客户及开发人员在GE中应用ArcGIS数据【21】：(5)Google的平台和工具包提供给了开发人员构建应用的能力，并成为一种地理空间数据和相关文件的主页，它集成了GPS和无线电频率识别(RFI)系统，使得它非常适合于许多行业的资产跟踪。资产追踪专家北极星是一款集成网络接口与GE的产品；伦敦劳合社已经在GE的基础上开发出的内部系统可帮助投资组合管理的可视化；一家公司在荷兰(GEO．games．eu)开发的产品M3D滑翔机，其三维建设项目是通过GE来发布的；大型工程和建设公司CH2MHill开发了基于GE公布包括建筑物、地下管线、电力的可视化(地图和图片)资产数据的一套系统[221。(6)日本地球演化研究所和日本海洋地球科技研究所的YasukoYamagishi、HiroshiYanaka探讨了基于GE的地震断层模型数据转换系统的实现【23】；(7)从GE可以免费获得大量的多光谱VHR(VeryHighResolution)卫星影像与从文献资源到传统地面调查、历史文献、地球物理勘探数据源的集成给遥感考古领域带来了新的挑战【241。1．3．2国内研究情况目前国内对GE的研究较为广泛，在很多领域都有应用的案例，其中也有成熟的开发系统。很多应用是比较初级的应用、辅助性的应用，对其应用并未呈现出专业化、规范化、规模化的研究，对它的应用和开发还未形成统一的行业标准和技术要求。当前国应用主要有以下几个方面：(1)在电力线、通信线工程等各种管线工程及监控方面的应用；山东电力工程咨询院应用GE并结合手持GPS完成超高压输电线路的选线设计工作；蒋才明等通过研究GE电子地图的GIS二次开发技术，实现了地面站对无人机执行输电线路巡视飞行姿态和航路的全过程实时监控【25】。(2)在旅游业方面的应用；实现旅游景点的展示，标定旅游路线路等。目前黄舒寒懋等以GE为基础，使用3D软件SketchUp进行了图像数据的预处理、建模设计、图像处理等，分析模型在GE上进行转换与实现的应用方法【261。(3)在测绘方面应用；广西壮族自治区基础地理信息中心，利用免费的GE遥感影像在地面高分辨率区域进行国家土地利用现状调查，同时利用GPS定位技术进行重要区域的定位，进而利用MapGIS软件对影像及实地数据进行融合加工终获得成果；陈建平等以陕西省土壤分类信息系统中的土类数据制图为例，提出了一套基于GE的一般地理专题图的制图技术流程【27】；地形图是岩石力学与工程规划设计的基础材料，贾艾晨等 兰州交通大学硕士学位论文基于GE提取高程数据并通过ArcGIS编程生成等高线，同时指出了等高线优化和坐标系统转换的具体手段，通过和已知地图进行精度精度分析比较，结果表明这种方法是是一种不影响精度的等高线地图制作方法，具有相当的应用价值【28】；李宇鹏等利用GE对现代河流影像图片测量得出了河流宽度和点坝长度之间正相关性的函数关系【291。(4)在地质勘探方面的应用；蒲浩等针对在自然条件恶劣地区运用传统的岩层姿态测量方法难度大效率低的问题，在GE中提取地形地貌和遥感影像数据，使用C群编程批量快速计算任意区域浅层岩层产状(30】；石书缘等提出了基于GE软件建立曲流河地质知识库的方法【3l】；杨瑞东等提出了利用GE影像分析区域性大型”X”共轭节理系统对宏观岩溶发育的控制作用【32】。(5)在资源环境监测方面的应用；台湾的能源与环境实验室和工业技术研究院联合利用GE整合阿里山区的森林资源调查和分析信息系统，实现网站和GE界面的整合，使得项目成员通过可视化三维环境分享调查信息、视频、查询结果，实现信息共享【33】；江苏省环境监测中心利用GE和ArcGIS软件对太湖水污染及蓝藻监测数据进行了集成和发布，直观地演化了太湖的生态环境；东南大学交通学院分析了GE在洪水淹没中应用的可能性、难点及应用流程；西南交通大学遥感信息中心和电子科技大学地表空间信息技术研究所等机构联合提出了利用多种对地观测技术与GE结合进行土地利用及植被变化监测方法。(6)在道路与铁路信息获取及导航丁斌芬等探讨了一种基于GE和GIS数字化软件的城市道路信息获取方案，以GE免费高精度卫星影像作为信息源，以MapInfo软件作为数字化环境进行坐标配准、道路数字化【34】；南京路川公司应用Cj|j}建立了基于局域网、企业内网的离线GE的虚拟现实三维仿真共享的VR．GIS系统，因叠加了电子海图、全国最新电子地图(影像与矢量图误差小于10米)以及最新卫星影像与建筑模型，故可以用于建立车载或者船载的安装非上网在线的GE仿真系统进行车载与船载GPS导航定位或开发基于GE的北斗通讯导航功能的软硬件系统。(7)规划勘察设计中的应用基于GE的城市规划大众参与平台易于为人所接受，公众也能参与和监督城市规划建设之中【35】；北京城建勘测设计研究院在地铁亦庄线勘测设计中利用GE布设GPS控制网例；陆涛等在AutoCAD中建立较精细的立交三维模型再导入到SketchUp软件中进行立交模型和周围环境的编辑，而地面模型可以从GE中提取，再将结果保存为KML文件并导入至GE中对立交方案进行演示【37】；总的看来，GE受到了各行业的青睐，在不少领域都得到了一些应用，其广阔的应用空间也得到了展现，加强GE在城轨选线设计应用方面的研究将有很重要的意义。 基于GoogleEarth的城市轨道选线殴计的应用研究1．4系统开发语言和开发平台介绍任何支持COM规范的语言都能编写COM组件，调用COM接口，本次开发采用Cj}j}语言，采用的开发平台是MicrosoftVisualStudio2010。C挣(读作“CSharp”)是一种编程语言，它是为生成在．NETFramework上运行的各种应用程序而设计的。C撑是面向对象的编程语言(object．orientedprogramminglanguage)，简单、功能强大、类型安全；它借鉴了Delphi的一个特点——与COM(组件对象模型)是直接集成的，而且它是微软公司．NETWindows网络框架的重要语言。c≠≠综合了VB简单可视化操作和C++的高运行效率，C{!i}凭借在多领域的创新，保持了C语言风格的表现力和雅致特征的同时，加速了应用程序的开发。VisualStudio(简称VS)是美国微软公司的丌发工具包系列产品，VS是一个基本完整的开发工具集，包括了软件整个生命周期中所需要的大部分工具，如UML工具、代码管控工具、集成开发环境(DE)等等，通过使用VS中的全面的开发工具，可以生成ASP．NETWeb服务、XMLWeb、桌面和移动应用程序。可以使用VisualBasic、VisualC掸、F掸，VisualC++和JavaScript在相同的IDE中编写代码，既能共享工具又能通过创建混合语言来解决方案、简化Web应用程序和XMLwebservices的开发。它包括的高级功能：如测试影响分析、编码的UI测试、测试用例管理、数据库开发、分析工具、代码分析工具、IntelliTrace、代码覆盖率、建模和体系结构关系图工具以及团队资源管理器等实现了对VisualC撑的支持。此外，还包括SQLServerExpress、WindowsSDK、SyncFramework、图形库等：除了MicrosoftSQLServer，VS2010还将会支持IBMDB2和Oracle数据库，它还具有内置的MicrosoftSilverlight开发支持还包含了一个交互设计器。通过．NETFramework类库，可以访问许多操作系统服务和其他有用的精心设计的类如GECOM库，这些类为加快开发周期起到了关键作用。1．5本文研究的主要内容随着科学技术的发展，城轨选线设计的技术水平也在逐步地提高，作为一款免费虚拟地球仪软件，GE在城市区域的表现力使它能为城轨选线设计提供一个新的平台，对其进行深入的研究具有重要的意义。本文围绕如何利用GE进行选线设计展开分析论述，包括以下几个方面：(1)分析现状选线CAD辅助软件在城市轨道交通选线应用方面的不足以及GE的广泛应用以及特点；(2)分析GE的坐标数据和影像数据。GE坐标数据部分主要介绍坐标数据的转换，坐标数据精度分析，并提出试验方法来减少GE坐标数据的误差，最后根据GE的坐标数据和影像数据的分析，论证是否可以将GE应用在城轨选线设计中。 兰州交通大学硕士学位论文(3)简要分析GE的二次开发的二种接口(KML和COMAPI)，结合计算机的编程在城市轨道选线设计的应用知识，分解基于GE的城市轨道交通选线中的编程技术。(4)介绍了GE辅助城市轨道交通选线设计的具体实现过程，如平面设计功能和高程提取功能等，并分析了GE应用于方案评选的可行性。 基于GooSeEarth的城市轨道选线设计的应用研究2GE数据分析2．1GE坐标数据2．1．1GE坐标数据GE的投影方式为单圆柱投影，平面基准为WGS．84基准面，采用的坐标系统是WGS．84坐标系，在GE中以经纬度或者通用横轴墨卡托投影下的坐标显示在GE界面的下方，如图2．1所示。图2．1GoogleEarth坐标选择界面2．1．2坐标系概述地球是一个自然表面极其复杂与不规则的椭球体，通常用一个非常接近于大地水准面，且可用数学式表示的几何形体(即地球椭球)来代替地球的形状作为测量计算工作的基准面即参考椭球面。如图2．2所示，地面上一点的空间位置，可用大地坐标(B，L，H)表示，其中B为大地纬度，L为大地经度，H为大地高，大地坐标系以参考椭球面为基准面，以起始子午面和赤道面作为在椭球面上确定某一点投影位置的两个参考面。如图2．3所示，空间直角坐标系的原点位于椭球中心，Z轴与椭球的短轴重合，x轴是起始大地子午面与赤道面的交线，Y轴与Oxz平面正交，三轴构成右手坐标系。由于大地基准面是不同区域的特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，所以不同国家或地区的大地基准面是不一样的。我国常用的坐标系有1954年北京坐标系、1980年西安坐标系、2000国家大地坐标系(CGCS2000)和WGS．84坐标系，它们的椭球参数如表2．1所示 兰州交通大学硕士学位论文l㈣耖图2．2大地坐标系图2．3空间直角坐标系地图投影(MapProjection)是把地球表面的任意点，利用一定数学法则，转换到地图平面上的理论和方法。在球面和平面之间建立点与点之间一一对应关系的函数关系式就是投影方法。用特殊的方法可把不可能展平的曲面投影到一个平面使得一定区域内保持原本的相关特性与无缺[38】。此投影过程会产生投影变形，且不同的投影方法具有不同性质和大小的投影变形。通用墨卡托投影(UniversalTransverseMercatorprojection，UTM)为一在椭圆柱面与地球椭球体面横割于与中央子午线对称的两个小圆上，按经差60进行的分带投影。与正轴墨卡托投影同属等角圆柱投影，差别主要在于正轴墨卡托投影为正轴切投影，而它为横轴割投影；和高斯投影都属于等角横轴椭圆柱分带投影，差别是高斯投影为切投影，而它为割投影，即椭圆柱横割于与中央子午线对称的两个等高圈上而改善低纬度处的投影变形。在这两个标准等高圈上的长度比为1，而在中央子午线上的长度比为O．9996。高斯-克吕格投影在大地测量、城市测量、各种工程测量和地图制图中采用广泛。它的投影是正形的，即椭球面上无穷小的图形和它在平面上的表象相似：投影面上任一点的长度比与方位无关。椭球面上某一子午线在投影面上为一直线长度保持为1，赤道投影与此子午线垂直。高斯投影中的长度变形控制是通过划分投影带——按一定经差将地球椭球面分成若干带(6度、3度、1．5度带法)来实现其最小化的。分带时不仅要考虑防止长度变形偏大于测图误差，又要思考分带数过多会徒增大量换带计算任务的问题，细细盘算最后将地球椭球面沿子午线划分成经差相等的瓜瓣形地带，以便分带投影【391。防止投影变形过大，可按6度和3度分带投影，如下图2．4所示，图的上侧的6度分带从本初子午线开始，从西向东按经差6度为一个投影带划分，全球共60个投影带，带号依次编为第l、2⋯60带；图的下侧的3度分带是自东经1度30秒经线从西向东划分按经差3度为一个投影带来划分，全球共120个投影带，带号依次编为三度带第1、 基予GoogleEarth的城市轨道选线设计的应用研究2⋯120带。为便于地形图的测量作业，于高斯．克吕格投影带每个带内布置独立的平面直角坐标系，如下图2．5所示，为防止出现负值，我国各分带横轴坐标都加500公里。湖黼纵轴工000800磊002DoO}，、，1_【了L，15乇、好妈lI囵囝图2．4高斯．克吕格投影的6。分带和3。分带方法图2．5高斯一克吕格投影平面直角坐标表2．1椭球参数2．2GoogleErath坐标数据处理由于大地坐标无法直接进行距离和角度的计算，需要转换成平面坐标，这也符合传统选线设计的情况，基于平面的设计也是各种工程设计的最主要的特点。而设计的最终成果要反映到GE平台上做技术方案比较，需实现从WGS84坐标系下的大地坐标与北京1954或者2000国家大地坐标系下的坐标的相互转换，同样位于GE平台上设计的成果，最终也要达到和传统设计坐标的统一而需要转化成平面坐标，才能符合实践应用的要求【401。实现两种坐标的精确转换将是整个平台设计开发中的一个重点问题。(1)空间直角坐标系与大地坐标系的关系(X，Y，Z)§(B，L，H)在同一椭球体下，其椭球参数是已知的，利用上述参数即可进行转换，转换公式如下： 兰州交通大学硕士学位论文x=z+M[言m2+互14、--t2+9叩2+4叩4，聊4+7-南0(61-58t2+t4，，竹6]y=Ⅳ[m+l(1-t+r／2，聊3+．z1--Lu-(5-18t2+t4+14r／2-58r／2t2，m5]厂。=t1180m+60(1+3r／2+2r／4)聊3+12(2一f2)，竹5]JL=arctan．=一XB：arctan—Z—+乍：N：e：2：s：in—BqX2+Y2日=三一N(1一gzlsinBj：塑兰或一—X／2*f—-1eei=——戥一——a，∥=厄≯iBⅣ：旦∥(2．1)(2．2)(2．3)己知内容在上表2．1所示公式中已有所参考，另外上面公式中的N为椭球面卯酉圈的曲率半径，w为第一辅助系数。(2)不同空间直角坐标系的关系(Xl，Y1，Z1)§(X2，Y2，Z2)两不同空间直角坐标之间的转换模型(布尔莎模型)，其中含有三个平移三个旋转一个缩放比例共七个转换参数，最少需要已知3个点的两种坐标来求得七参数，当多于3个公共点(能够均匀分布)时需以最小二乘法来求得七参数的最或是值【411。五蔓乙=(1+枘X1Xzl—sY￡xOⅨX互+酞、饯AZo(2．4)不同地方的七参数值都有区别，因为不同地方的近似椭球本来就和所采用的坐标系所参考的椭球就不同，所以得要实现坐标的高准确性转换有两种途径，一是从当地测绘部门获取，二是根据控制点计算，后者需要均匀布置数量可观的控制点才能够获得准确的七参数以保证转换质量。在城市轨道工程建设中，坐标系一般采用1954北京坐标系或者国家2000大地坐标系。如图2．6、2．7所示。在此从GE坐标到平面1954北京坐标乞。气。吃勺+ 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的应川研究相互转换流程图如图2．6、2．7所示，以GE坐标到平面1954北京坐标为例的转换的具体步骤如下：①获得城市建设区域的转换七参数值：@WGS84大地坐标(B84，L84，H84)转换为WGS84空间直角坐标(X84，Y84，Z84)；@WGS84空间直角坐标(X84，Y84，Z84)转换为北京54空间直角坐标(X54，Y54，Z54)；④转换北京54空间直角坐标(X54，Y54，Z54)为北京54大地坐标(B54，L54，H54)；⑤转换北京54大地坐标(B54，L54)为高斯平面坐标(x54，y54)。图2．6WGS一84坐标系转化为1954北京坐标系转化流程图图2．71954北京坐标系转化为WGS一84坐标系转化流程图．18． 兰州交通大学硕士学位论文(3)高斯投影及高斯直角坐标系①高斯投影高斯．克吕格投影特点：a．正形投影；b．中央子午线不变形。②高斯投影正算公式：舻nml丢∥+l(5-t+9／72+41"／4，∥+72-南(61-58tz+t*，∥Iy_ⅣI斛(1-t+r／2)∥+面1(5_18尸州4“4产58桷∥Iy。=二I180m+60(1+37"／2+2r／4)m3+12(2-t2)m51(2．5)式中，X，y分别为高斯平面纵坐标与横坐标，y。为子午线收敛角，单位为度。J为子午线弧长，对于克氏椭球：X：11134．8611B。一(32005．7799sinB+133．9238sin3B+0．6976sin5B+0．0039sin7B)cosB其余符号为：扣舻,r／2=e,2COS2B,N=乃而,m=cosB川x---竺-厂√。乩_厶Q石’e’2，称作第二偏心率；c：车，称作极曲率半径。厶为中央子午线经度。19对于克氏椭球：e12=0．0067385254147，c=6399698．90178271算出的横坐标y应加上500公里，再在前冠以带号。③高斯投影反算公式：B。=巧一1+r／；tlE90n2_7．5(5+3哆+矿一977，2。2J，z4+0．25(61+90t；．+45哆)，z6]z。=；i矗[180n-30(1+2哆+r／；．)n3+1．5(5+28哆+24哆)甩5]y。=钮180，l一60(1+哆一矿)，z3+12(2+5t；+3哆)，z5]式中，巧为底点纬度，以度为单位。纬度代替大地纬度。．19．(2．7)，其余符号同正算公式，只是以底点 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的应用研究2．3GoogleEarth坐标数据分析工程勘测设计一般使用的是大地水准高，我国大多数采用的是1985黄海高程，一般不采用大地高。两种椭球体下的空间坐标进行转换时，是一个基于数学模型的几何转换，例如WGS84坐标系下的点通过平移、旋转、缩放变换到1954坐标系，公共点内部的结构被认为是刚性的，从数学模型分析，选取的大地高的值对整个的参数求取无太大影响。用水准高代替大地高时，大地水准面的不规则性将体现在高程转换残差中，在大地水准面复杂的地区转换出来的水准高精度较低，实际应用时可以通过拟合模型拟合高程转换残差，用加一个修正量在转换出来的高程的方法以获得精确的水准高。因此在本实验中采用的1954坐标系下的平面坐标和基于1985黄海高程的水准高[421。由于诸多原因，GE数据精度尚不能满足城市轨道交通工程勘测设计的需求【431，GE中点的平面数据有的和实地相差几十米，有的地方甚至过百米，一些高程相差多达几十米，所以对于GE坐标数据的绝对精度研究意义不大，这些差值很显然。GE的高清影像是进行研究的基础，在此基础上设计实验，在此仅研究GE坐标数据的相对精度，实验目的在于提出一种评定、提高GE数据精度的方法，由于技术条件限制，该实验仅做参考。实验设计具体过程，首先我们在GE和实地选取至少三个公共点，进行七参数求解，通过求的七参数进行其余公共点数据转换，然后进行误差计算，精度评定。实验过程概述：(1)选取公共点；本文选取三个公共点A、B、C，二个验证点1、2，如图2．8、2．9所示，这些公共点的选取需要通过仔细辨认和核对，这在GE高清的图像下是比较容易实现的。由于进行线路设计是在带状地形图上进行，所以选择的三个点，在一条直线上。选择公共点位置在我国沿海地区某市郊，该地处在3度带分带的39带，中央经线为117度。首先是在GE上寻找能够和实地对应的特征点，这样能做到找到的点为同一点。表中数据带双下划线的数据为初始数据，单下划线数据为计算结果数据，其余为中间过程计算数据。表2．2为各点在克拉索夫斯基椭球下对应的平面坐标、空间坐标、大地坐标。表2．3为各点在WGS84椭球体下对应的大地坐标和空间坐标。(2)将公共点A、B、C的两套坐标系下的点分别转换成各自椭球体下的空间坐标，然后采用布尔莎模型求取七参数。因为在设计过程中，需要双向的进行转换，文中不仅给出实验中需要的七参数，还给出由54坐标向WGS84坐标转换过程中所需要的七参数，如表2．4所示。(3)利用求出的七参数，求出GE中点1，2转换至54坐标系下的平面坐标，然后和已知的坐标进行比较，如表2．5所示。(4)结论：以所求得的七参数所转换的点其精度在1米以内，这表明利用一定的技 兰州交通大学硕士学位论文术手段和实验方法可以达到对GE数据精度的提高，能够满足选线设计预可行性研究和可行性研究阶段中部分设计工作的需要。本实验由于技术条件的限制，未能在长大区域内选取大量的公共点，还需要通过进一步的工作改正实验方法，而且这种做法是很有必要的。另外，实验中选点是实验成败的关键，确保同一公共点的情况下，应尽可能避开城市中的房屋，选择在平地或者开阔的地方。表2．2克拉索夫斯基椭球体下点的坐标A-2617959．9595152129．0192690714．873B一2621252．3225150714．5282690153．355空间坐标C一2624194．458l-2623172．138—2619369．8855149671．9702689246．9975149865。2522689864．6465151724．45l2690216．667表2．3在WGS84椭球体下点的坐标类型点名纬距经距高程A一2618019．7215152105．5002690454．122-21， 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的应用研究空间坐标一2621314．145150688．5672689896．653—2624250．0075149641．2082688990．723—2623231．685149840．4632689610．362—2619428．5435151696．3692689955．017图2．8公共点A、B、C2．4求得七参数-。、笺蓼，1苎苎蠹j：：．．荽誉。。．驾鬻．。，一一．～．!”!7．22． 兰州交通大学硕士学位论文■●i丝■圉匿蟹陋况磁缓E绥缓翰蹩-羽婴啊I铡强函_-_一麴z目_-％im日gM-凰：Ⅻ缓豹嘶矧■●一一篾一一i一蔓一⋯i；车：一赣l磋露翳醐J一餮鋈霏t熬缨I，"一∞u、一，“”q⋯喁縻I嚣蚤z。+j，一醺。麓蠢“。．。0{尊。■。o科辫4：·，皆昏+～彝，：★。、⋯≯誊●i叠一二嚣霪纛．?、馨I馨躐醴髓菡鬣阐翼隧：麓黧鹾麓爹熬誓“’j．．!’e霹I：一0．ilrj孽“奄囊4钠瞒黛．i 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的应用研究2．4GoogleEarth影像数据遥感科学与技术(RemoteSensing)以航空摄影技术为基础，利用非接触传感器来获取有关目标的时空信息，不仅着眼于解决传统目标的几何定位，更为重要的是对利用外层空间传感器获取的影像和非影像信息进行语义和非语义解译，提取客观世界中各种目标对象的几何与物理特征信息，利用遥感技术，可以高速度、高质量地测绘地副441。航天遥感技术指的是通过卫星地面站获取一定覆盖范围的城市最新卫星地图影像数据，利用遥感图像专业处理软件对数据进行处理(辐射校正、增强、融合、镶嵌等)，在此基础上利用城市此区域现有的较大比例尺的地形数据对影像数据进行投影变换和几何精纠正，并从地形图上获得地貌地物信息如境界、城市、居民点、山脉、河流、湖泊以及铁路、公路等典型和相应地名信息等，再加上相应的标注和整饰制作成城市数字正射影像图，为决策部门提供现实有效的支持资料。分辨率是描述影像地图的一个常用参数，影像地图的分辨率是指像素所代表的地面范围的大小，或者地面物体能分辨的最小单元。分辨率的大小取决于视高和摄像机的焦距。即：忍=等(2．8)式中R。为分辨率，单位为线对／米：H为视高，单位米；足为系统分辨率，单位线对／毫米：厂为摄像机焦距，单位毫米。当前，高分辨率卫星遥感技术的发展已经到了一个前所未有的高度，如法国SPOT5和美国IKNOS、QuickBird卫星影像的地面分辨率分别达到2．5m、lm、0．61m，这使得卫星遥感技术突破了仅能进行定性分析的局限，而跨入定性和定量分析的新境界；国家863计划信息获取与处理技术主题重大课题还开展TN用分辨率为O．61m的QuickBird卫星影像进行城市大比例尺地形图的更新研究。此外，高分辨率卫星遥感影像还可提供立体像对，可用来获取大比例尺地形图或者更新测绘成果，也可直接生成DEM数据。卫星影像图是多幅卫星遥感影像按其地理坐标镶嵌拼接而成的影像图，具有一定数学基础。卫星影像图从信息量大小上或者效率高低或者使用情况上都要优于其他普通线划地图好多，作为GE显示的底片的它最高分辨率如上所表1．1述；根据地图数据在计算机中存储与管理方式的不同，地图数据分为矢量数据和栅格数据。因此一方面GE可以显示矢量数据，包括点、线、面等几何类型，为了矢量数据的管理方便和使用简单，根据初始数据的属性数据类型的不同，GE将矢量数据分成了不同的图层；另一方面GE具有栅格图像叠加的功能，允许将本机上或从网上下载下来的Map以不同的透明度叠加到GE上以便用户观察和分析，栅格数据结构简单但数据量大，把地球表面分割成为一个个单元格，根据单元格覆盖地表面积的大小以显示不同分辨率。另外，GE能够叠 兰州交通大学硕士学位论文加应用本地采集的矢量数据，很多研究人员如上节国内外研究情况中所述已经着手从GE遥感影像中有目的地采集矢量数据，经转换后根据不同需要对其分析研究并应用于实践。随着测绘科技的发展，测量数据的获得从传统的地面人工采集方式向航天航空趋势逐步发展。高精度、三维与低精度、二维之间的矛盾是无法协调的，比如将卫星遥感技术获得的高精度的点的三维坐标表示在现有地图上，不仅会造成点位信息的损失，同时也将造成精度上的损失。三维可视化技术是基于数字地形模型(DTM)或数字高程模型(DEM)，在计算机界面下实现地表物体的简化、显示、仿真等的技术。三维可视化技术与虚拟现实技术、遥感技术相结合，使用数字地面模型(DEM)、正射遥感影像(DOM)及其他信息，在空间坐标匹配的基础上叠加起来以在计算机界面使二维平面信息得以三维仿真再现，形象生动的地表信息、清晰的三维空间分布格局的地物、准确可靠的信息将促使分析决策地实际而直观。此外，GE上具有三维虚拟模型也提供一些城市的三维模型，允许用户使用三维对象；GE通过加载地形图层可以对地形地貌和建筑物进行三维预览，这些都对实地进行了逼真的显示，其中通过GoogleSketchUp软件构建而成的3D模型是基于虚拟现实技术而制成的；若应用三维可视化技术于城市轨道交通选线设计之中，可于设计过程中形象而生动地展示轨道建成后的现场实景，给决策者、设计者以直观的三维立体印象，从而为轨道线路几何线形评价，平、纵、横的协调优化设计，环境影响评估等提供参考资料。目前就选线设计领域而言有设计过程中的可视化技术和成果可视化技术两种技术，前者注重过程中的实时控制，后者注重于设计方案的浏览评估。2．5GoogleEarth数据在城市轨道交通选线设计中的应用分析通过对来源于美国航天局、地质调查局的多种地形和影像资料，各大科技公司的卫星数据的GE数据的阐述和分析，针对GE免费数据在当前许多领域新颖、有效而突出的应用，综合其更新较快、现势性较好、可叠加性等特点，可以将GE数据应用在城轨选线设计的以下几个方面：(1)在目标区域设置适当的比例尺或视高和延迟时间，使用第三方的软件GetScreen截图界面，得到的卫星影像需要进行拼接纠正；还可以根据二次开发中的IApplicationGE提供的SaveScreenShot()函数来采集黑白影像；也可以使用SetCamera拷屏获得彩色影像经图像纠正后以供设计之需；(2)可以应用AutodeskCivil3D进行GE地形数据的提取：也可以运用二次开发中的GetPointOnTerrainFromScreenCoords来获取地形数据，建立该区域的数字地形；(3)运用基础KML和高级KML编辑数据实现其可视化，或是点、线、多边形，亦或是地标贴图、屏幕贴图、三维表示，尤其是能根据自己的需要制作不同的数据图层； 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的应用研究(3)分析处理GE数据以实现地质选线；利用遥感影像数据多分辨率、多时期、信息量大的优势，通过专门的部门对GE的高清影像进行分析提取与线路方案相关的构造、岩性、不良地质信息，从而实现地质选线；在外业勘测中，如果把收集的地质图纸叠加显示到GE中，既能够较为准确地布置地质钻孔又能够提高作业效率。 兰州交通大学硕士学位论文3GoogIeEarth二次开发GE拥有两种扩展接口叫ML文件形式和组件COMAPI形式，随着GE的应用逐渐广泛，它们也满足了用户们的不同需求。基于KML的开发主要是编写KML文件生成地理要素，实现数据的动态更新；开发人员可以使用支持COM的可视化编程语言工具如Delphi、VisualBasic、Cjfj}进行开发，主要是用来查询和控制GE，包括获取当前视口、控制3D视角、提取各类信息、使用图层数据库、得到句柄、利用KML文件、三维选线、实现动画效果等以构建自己的程序，高级用户甚至可以使用Python来调用GE的COM接口。基于GE的城市轨道交通选线的应用研究需要综合利用这两个扩展接El，如线路图形信息的显示就要用到KML和GECOMAPI技术，编程生成线路信息KML文件，通过GECOMAPI的接口成员函数加载显示线路图形。3．1GoogleEarth的应用程序接口(API)3．1．1COMAPI简介COM(ComponentObjectModel)是Microsoft定义的标准接口标准，它建立了一个软件模块同另一个软件模块之间的连接，遵循COM标准的小程序叫做COM组件，它可以以不同的形式存在：独立地动态加载的二进制程序，动态链库DLL，EXE可执行程序。COMAPI是GE发布的基于组件技术的应用程序开发接口，API(ApplicationProgrammingInterface)为应用程序编程接口，就是软体系统不同组成部分衔接的约定。当前软体的规模日益庞大，常常会需要把复杂的系统划分成小的组成部分，编程介面的设计十分重要。作为一种跨应用和语言共享二进制代码的方法，COM技术是面向对象编程思想进一步发展，将复杂而庞大的软件分成一个个的可先实现、易开发、理解和调整的软件单元即组件(Component)，用户可以基于不同平台使用这些接口以特定方式接受和发送信息。对于调用COM的用户来说COM组件的内部逻辑实现是透明的，可以不必考虑COM组件是怎么完成计算的，学会调用组件所提供的接口就可以完成程序的编辑，掌握好COM是进行GEAPI开发的前提。COM包括对象和接口二部分，COM的对象被理解起来就是类一个实例而接口是一组函数集合的内存结构，客户能用它来获取它所支持的其他接口【451。组件拥有对象，对象拥有接口，外部程序需要利用该组件的功能须调用组件中的接口【461，本文的开发即如此：两个模块之间可通过接口的机制来进行通讯，GE属于进程外组件的范畴，外部程序需要控制和调用GE在GE中实现应用，就必须调用GECOMAPI；每个组件都用一个在世界范围内是单一的、一个128位的对象标识符CLSID，有效杜绝了来自于不同组件之间的冲突。组件的每个接口拥有一个GUID(一个128位的全局唯一标识符)。通过这么多个接口中的其中一个指针就可以访问接口的成员函数。组件技术采用了接口描 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的应用研究述语言来描述组建的数据结构，先定义接口再由类来实现这些接口，接口描述语言以C／C++语言的形式描述了接口、类和成员函数，一些常用的数据类型(包括组件自定义的数据结构在内)。用户依据组件的对象和接口模型这种规范来创建自己的组件。进程内和进程外两类组件相比起来前者与后者快点，原因就是其以相应的DLL(动态链接库)的形式出现，所以比较后者还是要把DLL加载到进程内而言效率是要高点，如MicrosoftWindows操作平台提供的有关COM库就以DLL的形式出现【47】。程序员调用自己创建的组件的接口函数到完成后释放组件对象的整个过程里都会用到COM库[4引。而程序设计过程中，编程介面的设计首先要使系统的职责得到合理划分。良好的介面设计可以降低系统各部分的相互依赖，提高组成单元的内聚性，降低组成单元间的耦合程度，从而提高系统的维护性和扩展性。3．1．2GoogleEarthCOMAPI类库Google并不公开提供给用户独立的COM组件，只要安装了GE，程序会把自带的DLL注册到操作系统里，这样用户就可以调用GEAPI了。GE是基于组件技术的，与其他的COM组件一样，用户不需知道GE的COM组件的内部逻辑构造，学会了调用GECOMAPI是GE组件的公共接口，用户便可以在各种外部程序中通过GECOMAPI来构建自己的业务程序，它提供了11个类库，如表3．1所示。表3．IGE类库表类名描述IAnimafionControllerGEIApplicationGEICameralnfoGEIFeatureCollectionGEIFeatureGEIPointOllTerrainGEISearchControllerGEITimeGEITimeIntervalGEITourControllerGEIViewExtentsGEAnimation面板类，通过该类，可以动态播放当前的时间要素GECOMAPI的主入口，基本操作都在这里相机类，通过该类，调整当前的视图方式要素集合类，通过该类，进一步获取要素属性类，通过该类，用户回去要素的属性包含地面点的信息，如根据屏幕的点获得经纬高度值包含查询选择和控制，查询GE内置地址库的查询类时间类，用户可以获取和设置要素的时间属性。时间间隔类，可以回去要素的时间间隔属性Tour面板类，包含漫游选择和控制视口类，用户可以控制当前的视口。、在平台设计的开发中，通过最主要的接口IApplicationGE可以让其他程序访问控制GE，如GE的开关、地图窗口的获取、操作主窗口旬柄，还包括地图视角相机对象的获 兰州交通大学硕士学位论文取、转换坐标等复杂操作。它的部分属性和成员函数如下：SetCamera，为设置视场照相机的方法，通过它可以动态改变观察的方位和角度，在本次系统应用中主要体现在通过设置相机的交点位置和移动速度来为方案决策提供三维动态参考资料，方程式如下：procedureSetCamera(constcamera：ICameralnfoGE：speed：Double)；safecaU)，参数Camera为照相机对象，是IcameralnfoGE类型的，参数Speed为移动速度，是双精度小数类型的；类似于前者的是SetCameraParams()，主要用来不新定义相机对象的情况下调整GE视场交点的各个参数，在本程序应用体现在设置这些参数使得视图中心动态地为用户所控制，方程为：procedureSetCameraParams(1at：double，lon：double，alt：double，altMode：AltitudeModeGE，Range：double，Tilt：double，Azimuth：double，speed：double)；safecall，返回值为void型，其中lat、10n和alt为视底点的经度、纬度和高度；range为范围；speed为当前视图移动到设定点的速度；tilt代表镜头绕X轴的旋转值(以度为单位)。Azimuth为视线方向和北方向的夹角，altMode是高度模式；该函数接受八个输入参数，除了altMode，其余均为双精度小数型，所以开发过程中要留意经纬度参数的前后位置和所有参数的值类型。altMode为高度类型值(AltimdeModeGE)型包括AbsoluteAltitudeGE和RelativeToGroundAltitudeGE两个取值，当用户在当前视图中设置地标时，其中GetPointOnTerrainFromScreenCoords0函数用来将客户端视图内的点的屏幕坐标转换为经纬度坐标的形式。GetPointOnTerrainFromScreenCoords0函数的语法结构为：IPointOnTerrainGE：：GetPointOnTerrainFromScreenCoords(doublescreen_x，doublescreeny)一9I，得到的两个双精度小数类型的参数为视图中心点在GE客户端坐标系中的坐标值，GE客户端坐标系如图3．1所示三维界面标准化屏幕中心坐标为(O，0)，这两个坐标值均在．1和1之间，该函数的返回接口为IPointOnTerrainGE型。ICameralnfoGE不仅可以分开设置(IApplicationGE：：SetCamera)还能分开获取(IApplicationGE：：GetCamera)视底点坐标、视高、方位角和倾斜角。利用以上两个接口函数ICameralnfoGE和IPointOnTerrainGE就可以提取线路的经纬度信息。。"轴(《L0)埔b图3．1GE客户端坐标系 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的应用研究3．2GECOM接口的连接首先在电脑中选择合适的版本来安装GE，在VS2010为自己创建一个新的Windows应用程序项目，解决方案管理器中右击所建的新项目名称选择“添加引用”，或者直接在所建项目名称下方树形选项中找到引用“添加引用"都可以，在弹出的新窗口中如图3．2所示，第一个是．NET，第二个是COM，选择“COM’’选项卡打开，找到GE的主程序“GoogleEarth1．0TypeLibrary”，单击添加成功。通过这些操作，便可以在项目的引用中或看到“EARTHLib"，然后程序就可以访问库中的类和接口进行开发了。．N盯aoMl项目；浇览{最近l’t；组件名称·{类型痒版卷’路径·ilr丽丽猫蕊两～一1r⋯～忑⋯＼W—[ND—OWStwstem32"、IMa．．．1{FlashBroker1-0C＼WINDaW受system3z、}^a一{；fn’eguimfc1-0T、，peLibrat"／t0C：、pr09ramFiles＼ArcGts＼D⋯{iFName2．0TypeLibrary2．0C：、pR06RA—nCOMMON一】-一{；FoxitReaderooCActive)(,[o⋯王OC"tProgramFiles、FoxitSo盹一i；FPAPl2．0T、，PELIBR．t-,RY20C＼pP,OGRA一1＼C涝静帕N一】-一—olFpD下CiOTyPELIBRARy王0C＼PRC6RA～1＼MlCROS_no_+．1FPer"．,on20TypeLibrart2．0C、PROGIRA-1、CC●醵帕N一】_一{GEPlu9inT’，peLibrary上0C：、ProejramFiles＼Gootjl“G⋯l6FCS上O娄l坠库上OD：＼ProgramFileskGERailDe⋯{i霆酾霆甄囤囵鎏蠢醛受赜娶薹嚣叠要翟露墨墅蟹受麴鳗睡霹殛鞫i隧{；GpMobileFunctiensl_0Typ⋯上0C＼programFiles＼Arca虱bi⋯lGpSdcFunctions10TypeL．．i0C：＼ProcjramFiles％a,rcQs＼Bi～{}GroupPoIicyStandardEdit一20CV,NINDOWSksysterrd2、gp．一l}GXCovProp2_0C："tProgramFiles、ArcGS、Bi⋯，l11．．!．．i．．．．．．．。．。．．。．。．．。。．．．．．．．．．．．。．．．。．。．。。。．．．。。。．．。．。．。。．。。．．。。。。。．。，．．。。．。。．，．。．．．。。．．。。．。．，．。．．．．．．．．．．．。．．一■}[困⋯．墅J图3．2添加引用GoogleEarth1．0TypeLibrary3．3基于KML的开发3．3．1KML简介KML是一种开放标准，其官方名称为OpenGIS⑧KML编码标准(OGCKML)。由开放地理空间联盟(OGC)维护，OGCKML的完整规范可以在http：／／www．opengeOspatial．org／standards／kml／上找到。基于XML语法专注于地理可视化(包括简单的点、线、折线和稍微复杂的图片、注释的地图和动画、链接等元素)KML(KeyholeMarkupLanguage)文件为GE基本格式，在GE显示和HTML网页在浏览器中被读取有很多共同点，如同属文本格式，简单的读写操作。KMZ是KML的压缩版，它既保存单纯的XML内容，又能存储多种形式的自定义数据如图片、影像、3D等，这样你就不必通过互联网链接而直接引用这些数据；如上一章中所述，作为GE默认的地标存储与交流格式，目前来自于不同地理信息数据源的数据都能以KML文件的格式来显 兰州交通大学硕士学位论文示，例如为了使世界各国的地质图数据分析互动水平的提高，国际地球科学联合会发起TOneGeology}：员,目——在GE中打开数据接口OneGeologyPoaal所选的已存为KML格式的数据文件实现地质图和其他数据在GE中的叠加可视化，以此来提高了业界的拓展力和交流方式【501。总的来说，使用KML文件格式利于基于GE的应用程序的开发。虽然编辑KML能切换观察的视角、高度等，但是对比实验的结果可以得到结论一一使用API会使效果更为流畅和自然一些：KML具有强大的拓展性，KML作为XML的类似语言，也可以和XML结合在一起来实现比较复杂的功能，而且XML本身就具有非常强的拓展性；KML具有一定的开放性，用户甚至可以编写独立的程序来读取KML中的数据；最新版本的KML(2．2版本)支持大数据和时间戳功能，而且能创建动画；缓解不同地理数据之间的结合问题、可视化以及后续定量调查的关系确定问题等【5l】；GE可视化3D／4D数据(如线路方案等)的主要工具；随着视图的变化从本地或远程的网络地址动态地加载新数据如标注信息等。3．3．2KML文件的读写设计过程中的各种数据成果都是KML文件，所以对它的编程控制将至关重要。在进行编程控制时，在API中有两个相似的方法都能打开KML文件—嘞enKMLFile和LoadKMLData，都能操作KMZ文件，但是两者略有不同。OpenKMLFile加载的是KML文件路径，LoadKMLData是KML文件内容，该函数的定义为：voidOpenKmlFile(stringfileName，intsuppressMessages)该函数接受两个输入参数，参数一“fileName”，是一个字符的类型，表示需要打开的文件名和包含文件路径【521。第二个参数表示如果用户加载的KML文件和GE已加载的文件有冲突，“是否处理这种异常情况”，取值为“0”或者“1”，一般取为“1’’，该参数作为在VC的类引用一个布尔型变量，是真或假，起到作用是一样的。+Ci!i}中类FileStream提供了在文件中读写字节的方法，该类的构造函数具有许多不同的重载版本，程序中采用的是：FileStream(filePath，FileMode．OpenOrCreate，FileAccess．ReadWrite，FileShare．Read)因为在程序设计中，当创建完KML文件后，就要打开，这就要用到FileShare．Read，这种模式代表允许随后打开文件读取，而其他的重载版本是无法实现这一功能的。KML文件是类XmlTextWriter的对象，创建的对象包含XML数据(这些数据符合W3C可扩展标记语言(XML)1．0和“XML中的命名空间”建议)的流或文件。该类的定义为：XmlTextWriter(stringfilenal-ne，Encodingencoding)，filename是指要写入的文件名，encoding是指所生成的编码形式。GE定义的KML文件是UTF．8的形式，所以在程序设计中，在创建该类的对象时取的是UTF．8。 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的虑J}_Ij研究3．3．3KML开发KML文件可以按照文件的复杂程度，复杂高级点的KML可以依据KML语法在记事本中编写代码，以．kml格式进行保存，简单容易点的在GE中可以完成编写，是一种可扩展标记语言(ExtensibleMarkupLanguage)XML。KML是大部分现有的关键OGC标准，包括地理标记语言(GML)，Web要素服务(WFS)和Web地图服务(WMS)的补充。目前，KML2．2也利用来自GML2．1．2一定的几何元素，包括点，线串，线性环和多边形：OGC和Google已经商议未来将利用GML(如使用相同的几何元素)来协调KML的发展；KML使用boolean、string、double、float和int等常用XML类型；另外，它还定义了许多字段元素类型。因为XML的灵活特性带来的命名空间模糊性问题，约束和控制XML承载数据格式变的很有必要，模式便是起到了这样的作用，编辑KML文本文件时，用户可以将KML2．2架构(XSD文件)加载到任何XML编辑器中，并用它来核查KML代码的正确与否，而Schema便是指定用于将自定义数据添加到KML地图项的自定义KML架构。随着GE新版本的发布，Google已为KML提供了扩展，以支持大量新地图项，这些扩展使用群前缀和以下命名空间URI：xmlns：gx=http：／／www．google．com／kml／ext／2．2。作为当前处理结构化文档信息的有力工具，XML是Intemet环境中依赖于内容的跨平台技术。即便是XML占用的空间稍大点，但XML的易于掌握和使用让人依然难以拒绝：XML是一种简单的数据存储语言，借助XML用户可以定义自己的标记以描述和存储数据；易于在任何应用程序中进行读写数据，这使XML能够拥有目前普遍而丰富的描述和交换数据的手段，极具扩展性和开放性。GE中的专门描述三维地标模型的且能用记事本打开的DAE文件(COLLADA文件)其实就是一个XML文件。GoogleEarth全球地形数据ⅪⅥL，KMZ文件／1、＼三维地物标示全球卫星遥感＼—叫以及航拍数据三维模型设计方案部分地物判识辅助软件如GlobalMapper，GoogleSketchup，ArcGIS，Ci访13D等图3．3KML文件的应用开发模式要在GE中查看某地图项的KML代码，只需在Google地球的3D查看器中右键点击该地图项并选择“复制”。然后，将剪贴板内容粘贴到任意文本编辑器中。GE中显 兰州交通大学硕士学位论文示的可视地图项会转换为对应的KML文本。因为KML是遵守XML语法格式，故而标签名称大小写要区分开，还得完全以KML的类结构图所示的形式出现；因第二行XML声明不是XML元素本身的组成部分，所以除了XML声明没有关闭标签外其它元素都有关闭标签，否则便是非法的。XML必须正确地嵌套，例如：Thistextisboldanditalic<／i><／b>，正确嵌套的意思是由于元素是在元素内打开的，那么它必须在元素内关闭。XML文档必须有一个元素是所有其他元素的父元素，被称为根元素，上述的Schema便是一种根元素。在XML中，XML的属性值须加引号[53】；XML标头是每个KML文件的第l行，该行前面不能有空格或其他字符；KML命名空间声明，这是每个KML2．2文件的第2行[54】；常见的KML文档都包含标签，它是Feature、Style和Schemas元素的容器，并不是所有的KML都含有它。下面是一段来自于GE上生成的KML文件：Simpleplacemark<／name>Attachedtotheground．Intelligentlyplacesitselfattheheightoftheunderlyingterrain．<／description>-122．0822035425683，37．42228990140251，0<／coordinates><／Point><／Placemark><／kml>3．4GoogleEarth二次开发的关键技术3．4．1Windows进程和线程进程(Process)既是拥有资源的独立单元又是可独立调度和分配的基本单元，它还是构成并发执行的基础。进程之间是相对独立的，一个进程无法访问另一个进程的数据(除非利用分布式计算方式)，一个进程运行失败与否和其他进程无关，Windows系统就是利用进程把工作划分为多个独立的区域的。应用程序域(AppDomain)是一个程序运行的逻辑区域，它被视为一个轻量级的进程，．NET的程序集正是在应用程序域中运行的，一个进程可以包含有多个应用程序域，一个应用程序域也可以包含多个程序集。在一个应用程序域中包含了一个或多个上下文context，使用上下文CLR就能够把某些特殊对象的状态放置在不同容器当中。线程 基于GoogleEarth的城市轨道选线没计的应用研究(Thread)是进程内一个相对独立的、可调度的执行单元。在．NET应用程序中，都是以Main()方法作为入口的，当调用此方法时系统就会自动创建一个主线程。线程主要是由CPU寄存器、调用栈和线程本地存储器(ThreadLocalStorage，TLS)组成的。CPU寄存器主要记录当前所执行线程的状态，调用栈主要用于维护线程所调用到的内存与数据，TLS主要用于存放线程的状态信息。进程是被分给并拥有资源的基本单元，一切与该进程有关的资源，如输入缓冲队列，打印机等，都被记录在进程控制块(PCB)中，以表示该进程拥有或正在使用这些资源。线程与资源分配无关，也并不拥有资源，它依赖自己的执行堆栈和程序计数器来执行上下文，与进程内的其他线程一起共享进程的资源，由于共享资源，所以线程间需要通信和同步机制；线程有生命期，有诞生和死亡。在生命期中有状态的变化。另外，因为线程是被调度的基本单元，而进程不是调度的单元，故每个进程在创建时，至少需同时为该进程创建一个线程，即进程中至少要有一个或一个以上线程，否则此进程无法被调度执行；需要时，线程可以创建其他线程；当进程发生调度时，不同的进程拥有不同的虚拟地址空间，而同一进程内的不同线程共享同一地址空剐551。进程、应用程序域、线程的关系如图3．4所示，一个进程内可以包括多个应用程序域，也有包括多个线程，线程也可以穿梭于多个应用程序域当中。但在同一个时刻，线程只会处于一个应用程序域内。在单CPU系统的一个单位时间(timeslice)内，CPU只能运行单个线程，根据线程的优先级别来决定线程的运行顺序。如果在单位时间内线程未能完成执行，系统就会把线程的状态信息保存到线程的本地存储器(TLS)中，以便下次执行时恢复执行。而多线程只是系统带来的一个假像，它在多个单位时间内进行多个线程的切换。因为切换图3．4进程、应用程序域、线程的关系频密且耗时及其短暂，所以多线程可被视作同时运行。多线程是指程序中包含不止一个个执行流，允许单个程序创建不止一个并行执行的线程来完成各自的任务，一般用来提高CPU的利用率——一个线程等待运行的时段里，CPU直接可以运行另外线程来统筹 兰州交通大学硕士学位论文安排。但是作为一种特殊的程序，线程的运行少不了要消耗内存，大量的线程必然要抢占大量的内存空间；多线程的统筹安排也得要消耗一定的时间跟踪线程；不同线程竟相调用共享资源的问题也算一种多线程的缺点；线程太多了控制起来也会有难度，很可能造成Bug[5酊。由于同一进程中的所有线程共享该进程的所有资源和地址空间，任何线程对资源的操作都会影响到其他相关线程，即每个线程都有自己的资源，但是代码区是共享的，每个线程都可以执行相同的函数，如此可能带来问题：假如几个线程同时执行一个函数，导致数据的混乱，产生不可预料的结果。因而系统必须为线程的执行提供同步控制机制来杜绝这种情况的发生。C}}中的关键字lock可以命令一段代码为互斥段(criticalsection)，这段代码在lock的定义下一个时刻只执行一个线程，而其他线程必须等待，即每个线程访问共享数据时，其他线程无法同时操作共享数据[51”。3．4．2Windows钩子Windows系统是通过消息传递来实现的，钩子(Hook)便是其消息处理的操作平台，其它程序可以在它上面设置一些子程序，含有一些进程创建的子程序也可以设置于钩子上，以监视所所指窗口的某种消息甚至截获并处理特定事件或信息，其实现结构如图3．5所示。钩子实际上就是一段消息处理的程序，应用程序可以把它挂入系统，每当钩子对应事件发生且起到作用效果之前这段消息程序预先擒获并以下面几种方式处理该事件：改变该消息、继续传递该消息、终止消息的传递。点击菜单时能够第一时间调用编写的相关函数其实就是灵活运用了其这个性能。(1)钩子的运行机制图3．5Hook实现结构 基于GooSeEarth的城市轨道选线设计的应用研究与Hook相关联的指针列表，即钩子链表，每个Hook都有自己的链表，它的指针指向各子程，如若有与Hook类型相对应的事件发生时，此事件会被传递到钩子子程。’它的排列顺序是最新的子程优先处理排在链表的最前面。钩子子程的卸载顺序Windows并无特殊要求，未必和安装顺序就相反。Windows会在应用程序运行结束后强制卸载其未卸载的钩子或应用程序自己卸载钩子时，及时释放空间并更新链表以缓解内存空间提升效率。钩子子程是不可以被列入某个类的成员函数的，一般地被列入普通的C函数以监视与某一特定线程相关联的乃至系统中一切线程。钩子子程必须按照以下的语法：LRESUIJ’CALLBACKHookProc(hatnCode，WPARAMwParam，LPARAM1Param)；HookProc定义的是应用程序的naDle，nCode参数属于Hook代码，子程调用nCode来确认任务。Hook类型对nCode参数取值有一定的影响，不同的Hook类型有不同的Hook代码特征字符集与之对应。Hook代码直接影响到含有关于发送或者接收消息的wParam和1Param参数的值。(2)钩子的安装与释放应用程序定义的钩子子程可以被API函数SetWindowsHookEx()调整至钩子链表的开头处。调用另外一个API函数CallNextHookEx，可以使一个子程改变以指向此链表中它的下一个子程。钩子子程与线程相关联是指在链表中同时发送给该线程和子程的信息被子程先处理。(3)钩子类型HookAPI是指Windows为开发者公开的一个开放的编程接口，它能被用户调用作对操作系统及其它应用程序的控制入口，很多应用程序都少不了要调用API来实现一些功能，HookAPI指的是在这些应用程序调用原先的系统API前做一些处理再调用真正的API来完成功能，比如在GE二次开发中因其本身已对此应用软件的不同鼠标事件都已预先定义，我们无法完成通过这些鼠标事件来进行自己的功能，在此必须使用钩子。钩子按使用范围分为线程钩子和系统钩子两种，SetWindowsHookExoi函数的最后一个参数决定了此钩子是系统钩子还是线程钩子。前者指在当前线程或其相关的线程内监视一定的线程的事件消息【58】；与前者对应，全部线程的事件消息都能被后者所监视；系统自动将独立存放于DLL中的影响系统全部应用程序的系统钩子纳入到那些进程，同 兰州交通大学硕士学位论文一事件(如鼠标消息)中线程钩子和系统钩子都安装了，默认先调用前者，结束后才调用后者；允许同一事件安装不止一个钩子，这些钩子按照一定顺序等当前的钩子运行结束后再交给下一个钩子函数信息；系统钩子所消耗的时间长一些，所以最有必要的时候安装钩子最好，结束调用钩子后要及时卸载钩子[591。自己的应用程序中利用不同类型的Hook可以监视不同的系统消息，例如本文系统的开发用到的13种钩子之一的WHMOUSEHook能够钩住鼠标消息，实现已经输入到消息序列中的鼠标事件的改变而达到Hook目的。Cjfj}语言中，鼠标常用的事件Click事件指在一个对象上按下然后释放按钮的事件，DoublcClick指双击左键事件；MouseDown在按下左键时发生，以此类推：MouseMove在鼠标移动时发生，MouseUp在抬起鼠标左键时发生，MouseWheel在滚动滚轮时发生。当一个函数事件发生常用的鼠标事件时，在其到达应用程序之前相应的钩子截获它们。钩子启用的时候，调用成员函数Start()；在使用完之后调用成员函数Stop()关闭钩子。在本系统的开发中若要实现在GE上进行选线设计，需直接用鼠标在GE视图上进行平面选点，通过钩子钩住了GE软件原先默认执行的鼠标单击MouseDown事件来使单击事件为所开发程序所用。在程序中实现的代码如下：mouseHook．MouseDown+--newMouseEventHandler(mouseHook_MouseDown)；3．4．3屏幕坐标转换(O，0)Y方向图3．6屏幂坐标系此应用程序设计过程中共用到三种坐标系：屏幕坐标系、GE客户端坐标系、工作区坐标系。Window窗体的坐标系是基于设备坐标，在Windows窗体中绘制时的基本度量单位是设备单位(通常为像素)，也是像素坐标，如图3．6所示，Windows窗体应用程序用屏幕坐标指定窗口在屏幕上的位置，屏幕的左上角是原点，屏幕上的点与通过x和y表达的坐标(x，y)一一对应，x坐标向右递增，y坐标往下递增。 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的应用研究在C≠}中工作区坐标即Form窗体的坐标系，Windows窗体应用程序用它表示窗体或控件在Form中的坐标位置。工作区坐标的原点是控件或窗体的工作区的左上角，它同Windows窗体坐标系是一致的。无论窗体或控件在屏幕上的位置如何，应用程序在窗体或控件制作过程中使用同样的坐标来表达它们Form中的位置。利用MouseHook．MouseDown获取的鼠标点击左键的坐标值为屏幕坐标，首先要实现的是，在C撑语言中应用Control类中的函数PointToClient和PointToScreen可完成至关重要的屏幕坐标向客户端坐标的坐标转换，其中PointToClient可将指定屏幕点的位置计算成工作区坐标，该函数语法为：publicPointPointToClient(PointP)；参数P表示要转换的屏幕坐标Point，该函数返回的Point表示转换后的Point，以工作区坐标表。调用C撑提供的函数获取当前工作区的宽度和高度，再依据两种坐标系之间的数学关系完成屏幕坐标到GE客户端坐标的转换。width=this．FindForm0．Width；hight=this．FindForm0．Height；x=(X—width／2)／width木2；Y=Ⅳ-hight／2)／hight宰2；其中width为当前工作区的宽度；hi：ght为当前工作区高度：x、Y为GE客户端坐标；X、Y为工作区的坐标。3．4．4GE高程的提取图3．7高程提取过程 兰州交通大学硕士学位论文在整个选线平台设计的开发中，利用HOOK，多线程，屏幕坐标到GE客户端的坐标转换三项技术，实现选线设计中平面设计的关键技术，而提取地面线，是进行纵断面设计的前提。如图3．7所示，在平面设计完成之后，通过计算可以得到线路上任意一里程的坐标值，要以该里程所代表的坐标值为已知参数，代入GE的API函数SetCameraParams0，该里程点就处于GE客户端中心坐标(O，O)，这时就可以调用GECOMAPI函数GetPointOnTerrainFromScreenCoordsO，它的语法结构为IApplicafionGE：：GetPointOnTerrainFromScreenCoords(doublescreenx，doublescreeny，IPointOnTerrainGEpPoint)，用它直接捕获该点的地面高程，任一点地面高程的获取都可采用这种方法。在获取地面线的过程，为防止GE客户端无响应，不要进行其他操作；为了保证获取地面线的精度，利用SetCameraParams0函数时，在设定speed的值(0．5)时，不要取的太大，一般取为2，在进行程序设计中，读取点是做一个循环，应在每个读取高程操作过程中间设置合理的时间间隔来保证读取的精度和效率，这个时间间隔其实就是主进程休眠所耗用的时间【6们。3．5GoogleEarth的二次开发在线路中的应用思路从GE的各方面的特点看出，如果结合GE的两种二次开发形式会大大利于我们的在城市轨道交通选线设计中的应用，如KML文档中利用地标可以表达里程标注，路径可以用来表示线路中线，几何图形样式控制中心线的粗细和颜色等，通过合理组织安排常见的地标、地面叠加层、路径、多边形与稍微复杂的几何图形样式、屏幕叠加等KML元素可以编辑成线路信息KML文件，也能依据实际问题可以开发一些具体的应用功能。如若采用两种开发形式GECOMAPI和KML结合起来对GE进行二次开发，可以简化整个选线步骤，使上述两种情况进行深层次地结合以进行线路选线。需要明确的是线路设计和计算时所采用的是地方独立、北京54平面直角坐标系或者2000国家大地坐标系，GE的是WGS．84坐标系，线路逐桩坐标需要进行从屏幕坐标到GE坐标再到经纬度坐标再到平面直角坐标系的转换。(1)编写相关程序将纸上选线的坐标转换为WGS．84经纬度坐标，编写为KML格式，完成纸上选线的坐标到GE选线的坐标的转化和显示。或者调用GECOMAPI提取GEWGS．84坐标系下的经纬度坐标，以一定的格式存为文本文件以备相关测量程序转换坐标为北京54坐标或者2000国家大地坐标直接显示在大比例地图上。(2)获取准确的三维坐标是基于GE的城市轨道交通选线的基石，GE是一个三维立体环境的载体，通过鼠标点选二维坐标返回的是鼠标在屏幕中的位置坐标，使用IAppiontionGE类成员函数GetPointOnTerrainFromScreenCoords可将屏幕坐标转化为地理坐标，如图3．8所示：获取GE视图窗口句柄，获取视图窗口四边的屏幕坐标，计算 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的应用研究视图中心的屏幕坐标，获取鼠标当前位置，将鼠标当前屏幕坐标转换为GE坐标，将GE坐标转换为地理坐标，最后获得经纬度[61]。(3)在GE中直接选线，选择交点，配置曲线，进行平面，纵断面，横断面数据提取和设计，高效地选出一条或者多条线路方案。获取GE视图窗口句柄+l获取视图窗口四边的屏幕坐标山计算视图中心的屏幕坐标获取鼠标当前位置上将鼠标当前屏幕坐标转换为GE坐标上l将GE坐标转换为北京1954坐标或2000国家大地坐标上获取经纬度图3．8获取GE坐标流程(4)先逐桩计算纵横断面的地面点坐标，再提取纵横断面地面线如上节GE地面高程提取中所述，在GE二次开发过程中编写独立的纵断面横断面设计模块或者导出地面线到其它设计软件如CADCivil中进行设计，通过坐标转换，再使用上述软件GlobalMapper将线路信息转换成KML文件格式，也可达到在GE中显示查看多个设计方案的目的【62J：另外若是在其他软件上的平面设计，在确定里程后依据曲线元素或者程序算出线路坐标，可转换至WGS．84经纬度坐标，再提取高程以便下一步设计使用。(5)利用GE的KML技术将城轨选线设计成果立体式地叠加展示在GE中，可包含线路、站位、桥梁、隧道、地质等专业信息，与此同时还能插入图片和文字叙述，一个方案对应一个KML文件，而且可以叠加显示，另外可以加入三维模型，使得各个部门都能直观的分析且能同时查看不止一个方案。 兰州交通大学硕士学位论文4基于GoogleEarth的城市轨道选线设计与实现4．1系统总体分析基于GE的城市轨道交通选线系统针对城市轨道交通线路设计特点，以GE所提供的二次开发的接口，采用Cj}i}语言在VS2010界面中调用GECOMAPI函数在WindowsHook与Windows进程和线程知识的基础上初步定制而成的一种选线设计系统，可以辅助设计者以动态交互的方式在GE中完成城市轨道交通平面、纵断面设计。系统功能模块主要包括项目管理、平面设计、纵断面设计、信息查询、成果输出、工具。系统的总体设计思路分为四部分：(1)选择开发的工具语言，实现对GE的控制。本文以Cjfj}计算机语言进行编程计算以VisualStudi02010作为开发环境，将GE客户端纳入到自己的窗口界面中，如图3．2所示，调用其类函数完成对GE的控制。(2)GE数据的处理。由屏幕坐标到GE坐标，再到经纬度坐标最后到国家平面坐标的转换；再进行数据精度的处理，选择切实可行的实验方法，对GE数据进行精度评定和平差处理。(3)基于GE进行选线设计。在GE上选定平面交点，提取地面线及横断面数据，进而进行平面、纵断面、横断面设计，其次还要实现对线路上车站、桥梁、隧道的添加。(4)输出成果资料。在完成各种设计之后，要求得到平纵横断面设计的相关数据资料和图像资料，并且实现铁路设计效果GE中的三维显示，三维显示也是其重要的优点之一。4。2系统界面软件开发很重视界面的设计，可以说要使软件能够受到用户欢迎，取得较好的效果，必须充分重视界面设计，其友好性是决定软件生存能力的重要因素，也是整个应用系统的重要组成部分。在系统软件的开发中，对用户界面的设计有两点要求：要符合用户的传统思维模式并且能够模拟设计过程：要能够体现人机交互思想。在GE选线设计系统系统设计中，本着简洁、实用、易于操作的原则进行了界面的设计，采用菜单驱动方式，通过组合框来完成设计参数的输入和显示参数的输入，为减少输入或查找参数的工作量系统会提示或默认列出常用的参数。系统界面如图4．1，菜单如图4．2。 基于C,oogleEarth的城市轨道选线设计的应用研究飞褡瓣诵蕊∥诵舔鬲耐矿甄⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图4．1系统界面4．3主要模块在城轨选线设计工作中，采用了结构化的程序设计方式，着j现这些目标的方法和步骤；划分系统模块时，一般一个模块实现一良好的层次性，上层模块调用下层模块，直至最底层模块。这样程各个模块之间较为独立，便于程序的设计纠正和后期的改进、维首先是选择交点，配置曲线，确定平面线位，然后根据逐桩!线，再进行纵断面设计，平纵面的设计是选线前期最主要的工作，发都是一项艰巨的任务，从平台选择到数据库建库N-次开发适：交互算法实现、模块搭配、人机交互等环节，其中每个环节都牵j间的联系以及协调是非常复杂的，在本系统的丌发中着重考虑平i的问题。 兰州交通大学硕士学位论文畦宴若瞍媒捌张l乓曼H冒料甄蜷型祆吲Q隶其鞲最曩<媒辎靶赡卿蜂烬蹄⋯埤习群摧旧毽簿撩帐样匦鉴划眯融戳肇匝本蜒葚螺螺剖司魁旧桨群群群戗橙雹坦拳映旧鉴辎餐繇测爨}崮斟鲁}≤野抖蜷型⋯餐也R*螺右旧旧鲻§舞恒颦蔷魁娶蔷器株旧越颦g鉴+q擐《慨．L螺本噎魁喧螂鉴喧薯旧≤§登§暴黍趟蚕翁，A籁哑《《舒撑裂悠热制铡制墨鉴酬陋咀最篮臀捌趟娥I}斟．§磊轺甚面面皋＼《文叫婆血匝匝犀。剥罾謦臀臀肇裂崴按三|遥划蒸器账裂图4．2系统菜单．43． 基于GoogleEarth的城市轨道选线没计的应用研究4．3．1系统功能系统的初始化功能模块，主要是实现启动GE平台，然后新建工程，实现该工程的所有文件公共的名字，并保存在相同文件夹下来管理。当点击菜单“选择坐标系’’时，弹出对话框如图4．3，选择坐标系的这一功能的前提是已经获得带状区域的七参数，对话框列出了常用的坐标系，界面的内容为单选框，只能选其一，选择之后将会在屏幕下方实时显示鼠标所在点的该坐标系下的坐标。图4．3坐标选择对话框图4．4图层选择对话框GE的数据是分层管理的，在选线设计过程中不同的阶段，有些图层是有用的，有些图层是多余的，所以通过“图层控制”这一功能实现对图层的管理，当点击这一菜单功能时，弹出对话框如图4．4，对话框中所列图层一部分是GE自带的，有些是自己创建的，在设计过程中可以根据需要对图层迸行选择显示。4．3．2平面设计平面功能模块的设计是按照传统的设计思路进行程序设计的，首先就是选择“平面设计”菜单，点击“添加交点”的菜单，这时就可以利用鼠标在GE上面根据线位选择的要求，选择一个交点，按下鼠标左键时界面上就会出现标识“JDl”，如果确定不再改动这样线路的起点“JDl”就定了，然后选取第二个交点，按照前一步选择交点的操作，当按下鼠标左键时，界面上会出现地标“JD2"和连接“JDl"和“JD2"的直线，继续进行选择交点，就会依次定出“JD3”、“JD4"、“JD5”⋯⋯，同时在界面上会显示出连接这些交点的直线。在定出交点之后，就得开始在交点处配置合适的圆曲线和缓和曲线，点击“配置曲线”菜单，弹出如图4．5的对话框，然后根据对话框的提示，首先选择交点，然后再选择曲线半径和缓和曲线长度，点击“确定”按钮后，就会在平台上将交点处的曲线绘制 兰州交通大学硕士学位论文出来，曲线处用红色表示，并显示相应的曲线要素。配置完曲线半径之后，就要创建里程，点击“创建里程”菜单，弹出如图4．9的对话框，在“里程冠号”处输入线路里程的冠号，如“AK”、“CK”，然后输入起始里程，点击“确定”按钮，里程就会添加在线路上面，如图4．7。路程冠号起始里程}．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一图4．5创建曲线对话框图4．6创建里程对话框图4．7配置曲线和里程的线形显示 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的应川研究图4．8配置曲线和里程的线形显不4．3．3纵断面设计当线路平面线形确定下来之后，就要进行纵断面设计，首先要获取线路的地面线，点击菜单“读取地面线”，此时整个界面就从所设定的线路起始位置向大里程方向以一定的速度移动，按照所设定的20米一个点读取线路上点的高程，当读取完之后，就会将地面线绘制出来，弹出绘制好的地面线图形，如图4．9。需要说明的是，读取地面线的间距和速度都是可以通过编程调整的，在读取的过程中不要再对程序进行任何操作，读取数据的精度随着移动速度的降低会得到提高。4．3．4三维效果的应用一条线路根据实际情况可能会有多个不伺且相关的设计方案，在规划设计阶段优选设计方案是线路勘测设计工作中至关重要的环节。多个设计方案的定量和定性比较，非常复杂；传统上设计者们采用二维图纸来表达线路设计方案，CAD的选线设计结果也不好做到立体直观的效果，专家需凭借不同投影面的二维图，联想工程建成后的实际情况来虚拟构思立体模型，不太直观形象地来评估这种设计方案。计算机技术的发展，来自一些三维建模软件的线路模型甚至可以被模拟为动画视频，也有一些为方案比较和演示而专门开发的三维仿真软件使得二维图也具有了不少三维表现力，但当工程量大，尤其是对城市轨道线路周边复杂而庞大的环境描述比较有限，缺乏现场汇总的地理信息，其应用还难以普及。从卫星图片上可以清晰地看到项目影响区的农田、工厂、村庄、楼房、河流、湖泊、水库等，现有公路、铁路、车站、城镇等都能展现于图上。利用GE作为数据展现的平台，三维场景的漫游、缩放、飞行、旋转等，在GE上动态实时地显示难以评价的专题 兰州交通人学硕士学位论文数据信息：一方面，从卫星图片上就能够发现主要控制点间可能的路线方案，再利用已收集到的地形图，对线路方案进行评价判断取舍。另一方面，在GE中以不止一个线路设计方案展现给各位参与项目评审的专家和决策者，在同一三维视图中依据其所容纳的巨大信息量的可视化形象而直观地评价不同方案的优劣，这种方案比选方案能够明显提高效率和质量。图4．9地面线示意图 基于GoogleEarth的城市轨道选线设计的应刖研究5结论及展望5．1结论通过对GE的全面分析，结合城轨选线设计的工作特点，以计算机技术为手段，实现了基于GE城市轨道交通选线设计的应用研究，本文主要取得了以下结论：(1)利用GECOMAPI函数SetCameraParams提取数据的方式是可靠的，其数据精度也在不断提高当中；提出了对GE坐标数据转换到线路设计所需坐标形式的方法，实现了坐标数据的相互转换，这是实现将GE应用在城轨选线设计的基础。(2)对GE的二次开发，基于GE提供的开发接口，利用了Windows系统HOOK，实现了在GE中进行选点，是整个选线设计应用研究的关键；应用从屏幕坐标到GE客户端坐标的转换公式，然后通过对KML文件的编程控制，实现了在GE上进行线路平面设计的各项工作，在整个系统的开发中，涉及到计算机编程中的线程编程，需要通过同步来实现数据的共享。(3)通过对系统总体设计和分析，给出了基于GE城市轨道选线设计系统的总体框架，实现了选线设计的平面设计功能，和纵断面设计中的地面线的提取和绘制；利用的新技术为城轨选线设计系统的开发提供了一定借鉴意义，运用GE可以增加了不同专业之间的交流，减少了成本，同时能够汲取来自不同软件的优点。(4)充分利用GE提供的数字地形和卫星影像，目前能够满足城市轨道交通线路的预可研阶段的设计要求；若将其与AutoCAD结合起来应用于城轨轨道交通选线设计中将能够辅助完成线路每个设计阶段的数字化设计——从智能平纵横三维选线、动态可视化优选方案到辅助完成工程图集的输出等。5．2展望随着空间信息科学的日愈成熟和计算机技术的突飞猛进，基于GE的城轨选线设计也将有大的发展。就本文还有待在以下几个方面做出进一步的探讨和研究：(1)数据精度是线路设计的重要指标，所以提高GE的数据的精度，构建我国自主知识产权的数字地球平台(公共地理信息服务平台)如武汉大学的GeoGlobe和国遥新天地的EV．Globe，为特定行业应用开放高精度的数据和二次开发接口；打造中国版的“谷歌地球”优势在于大量现势性良好的航拍图像的叠加应用，而且分辨率方面无与伦比，比如山西太原市市区，就是用航拍飞机拍摄的图像，分辨率可以达到O．08米，你能够看到市区住宅楼的台阶，比“谷歌地球”的分辨率更高：(2)由于时间关系，数据精度实验中的数据量不足，从而使坐标转换的数据精度验证的可靠性尚待提高，下一步将加强这方面的验证工作。 兰州交通火!学硕士学位论文(3)实现各个功能模块之间的联系，以完成立体式三维交互选线；对计算机编程中对多线程技术还有待深入的学习和研究，在程序的开发设计中对数据在线程间的共享做出正确的设计。对线路优化功能模块、三维显示效果模块还需加大研究力度；(4)在GE的基础上，集成铁路整个生命周期的基于GE的各种应用，如设计建设运营管理维修一体化等；GE因其多源数据的融合能力和其强大的二次开发基础，涉及到铁(公)路勘测设计、施工、维修、运营管理等信息可以有机叠加到GE之后，在兼容性和开放性的基础上进行城市轨道交通领域的二次开发利用，不仅可以提高设计质量，而且可以从不同侧面进行数据可视化进而能提高建设管理水平；(5)GE使用在线数据，空间数据更新对设计数据是否存在影响，在线对设计数据安全是否存在威胁等问题需要进一步研究。 兰州交通大学硕士学位论文致谢光阴荏苒，转瞬之间三年的硕士研究生生活已接近尾声，此时此刻点点滴滴涌上心头，三年的研究生生活让我自身得NT升华和历练，学会了如何更好地去学习，也学会了如何去更好地生活，也让我找到了新的方向，使我不再迷茫和彷徨，让我有受益匪浅。路漫漫其修远兮，吾将上下而求索!在人生路上最关键的三年时间里，无论在学习上、科研工作中，还是在生活上都得到了导师无微不至的关怀和帮助，值此论文完成之际，感谢我的导师——罗新宇教授，倾注大量时间和精力，给了我极大的支持和指导。在此，我要真诚的说声：“谢谢你，罗老师!”在三年的求学过程中有幸得到了学院李仲勤、李斌、韩峰、腾旭秋、姚德新等老师的帮助，在此对各位老师表示衷心的感谢!感谢我的师兄胡春雷、王一波、邵伟伟、张成、胡云华、郝天懿，师姐张邵婷，他们对我的研究生学习给予了很大的指导和帮助，让我受益匪浅。感谢我的同门白文燕、罗晓晓，三年的时光里我们一起度过，互相学习和帮助，你们将是我一生的朋友。感谢我的大学同学曹佳伟、颜斌、张义红、刘继军、邢积坡等，感谢你们对我的支持和鼓舞。感谢我的家人，谢谢你们默默地支持着我，教会我做人的道理和积极向上的生活态度。最后感谢所有关心、支持和帮助我的老师、同学、朋友和亲人，祝福你们永远幸福快乐。 兰州交通大学硕士学位论文参考文献[1]http：／／news．xinhuanet．corn／politics／2013．03／23／c124494648．htm．[2]http：／／www．xzbu．corn／I／view-1535050．htm．[3]刘旭．基于数据包络分析(DEA)的城市轨道交通运营评价及改良[D】．西南交通大学，2008．[4】4http：／／jjckb．xinhuanet．corrgxwjc／2009-12／09／content_196302．htm．[5】王仕春．城市轨道交通规划选线存在问题及建议[J】．铁道工程学报，2011(6)：76．80．[6]孟存喜，蒲浩等．铁路各设计阶段数字选线平台的开发及关键技术，会议论文，计算机技术在工程设计中的应用——第十六届全国工程设计计算机应用学术会议论文集．2012．[7]MengCunxi．DesignandRealizationofDigitalRouteSelectionPlatformBasedonDigitalEarthandCADTechnologyforNewly-builtRailwayLines．The14thInternationalConferenceonComputinginCivilandBuildingEngineering(14thICCCBE)．2012．[8]ChenA，LeptoukhG，KemplerS，eta1．VisualizationofA·TrainverticalprofilesusingGoogleEarth[J]．Computers&Geosciences，2009，35(2)：419-427．[9]9潘万彬．虚拟楼盘展示在SketchUp上的设计与实现[J]．机电工程，2010，27(8)：118．121．[10】于冰，徐柱，刘国祥．GoogleEarth支持下校园真实感三维建模方法及应用[J]．测绘工程，2010，19(1)：61-64．[11】吴肖，彭璇，高宇．在GoogleEarth平台上的虚拟社区构建[J]．地理空间信息，2010，8(4)：127．129．[12】许捍卫，房晓亮，任家勇等．基于SketchUp的城市三维建模技术[J]．测绘科学，2008，36(1)：213．214．【13]http：llwww．bluemarblegeo．corn／products／global-mapper．php．[14】Travis，M．S．，Valliappa，L．，2006．UtilizingGoogleEarthasaGISplatformforweatherapplications．In：ProceedingsofLakshmanan22ndInternationalConferenceonInteractiveInformationProcessingSystemsforMeteorology，Oceanography，andHydrology．The86thAmericaMeteorologicalSocietyAnnualMeeting，Atlantic，Georgia，USA．[15]NIEES，2007．GoogleEarthandothergeobrowsingtoolsin．theenvironmentalsciences．[16]Nature，2006．AvianFlu，http：／／www．nature．com／nature／multimedia／googleearth／index．html．[17]NOAA，2008．NationalWeatherDatainGISformats，htrp：／／www．srh．noaa．gov／gis／kml／．[18】Hoffmann，Winde，F．Generatinghigh—resolutiondigitalelevationmodelsforwetlandresearchusingGoogleEarthimagery·AnexamplefromSouthAfricaSouthAfricanWaterResearchCommission，PrivateBagX03，Gezina，0031，SouthAfrica，2010．[19]LarkinJ，DeligiannidisL，NodvinS．VisualizationofMultipleDatasetsinGoogle．Earth[C]／／Proc．ofThe2009InternationalConferenceonModeling，SimulationandVisualizationMethods(MSV"09)．70-71．【20】SunEJ，NIETOA．Zigbee／GoogleEarthbasedassisteddrivingsysteminmining[J]．MiningScienceandTechnology(China)，2009，19(5)：626-630．[21]HongyuZ．GoogleEarthSoftwareApplicationinUrbanDesignofChinaEC]．ComputerSciencesandConvergenceInformationTechnology，2009．ICCIT’09．FourthInternationalConferenceon．IEEE，2009：289．292．【22]SabolLA．DigimlDevelopment：VisualizingProjectsinSyntheticEnvironments[J]．RealEstateReview，2007，36(4)：73． 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