Google Earth在城市规划中的初步应用

1. Google Earth的介绍


Google Earth ( 简称“GE”) 是Google
公司2005年6月推出的免费卫星影像浏览软件。它以高分辨率的卫星影像为基础数据,集成了诸如餐饮、银行网点、购物中心、电影院、学校、医院、便利店等
多达44
种与生活密切相关的分类信息,而且包含了美国企业名称等重要地址信息的数据库,同时还提供了38个美国主要城市的三维立体图以及加拿大、英国、西欧等国的
详细公路地图。
Google Earth的推出使得地理信息应用不再是专业人员的专有工作，而是成为互联网用户的实际应用工具。



1.1 Google Earth的特点


（1）地理信息直观
Google
Earth可以浏览全世界任何一个角落的卫星影像和矢量信息地图。其中的卫星影像的分辨率针对不同的地区采用高分辨率和低分辨率，低的可以看到城市轮廓、
城镇和显著的地理特征。如河流、道路、机场；高的可以看到街道、汽车甚至行人，互联网用户很容易就找到自己所处的城市、所在的单位。如果有幸被高分辨的影
像覆盖，也许能看到自己晾的衣服，Google公司所在地停放的汽车天窗都一清二楚。浏览这些信息不需要任何地理信息专业知识，更不需要专业人员的注解，
做到了一目了然。
（2）强劲的三维引擎和超高速率的数据压缩传输
Google
Earth采用的超高效率的影像数据压缩技术，将进行了金字塔式建库的、超大数据量的卫星影像以不可思议的速度迅速传送给互联网用户。无论是整个广州市的
卫星影像还是越秀山的局部影像，在网络速度较好的情况下，其时间的延迟都非常短。从互联网上获取卫星影像数据后，如果要从地球的一个角落“飞到”另一个角
落，强劲的三维显示引擎将展示这个过程，图形显示非常流畅。
（3）多源影像数据和完整的分类数据库支撑
针对不同地域，Google
Earth提供的卫星影像的分辨率不同，无人区域提供的分辨率是几十米，世界知名城市的影像分辨率达到了1米以下，部分城市的分辨率达到了0.5米以下，
这些影像数据只经过坐标系统的纠正，统一到虚拟地球中，影像的色彩和拼接没有进行特别处理，没有追求专业地理信息公司所要求的数据无缝集成。
（4）影像和矢量数据来源多样化，并且突出重点。
Google Earth包含了各地的最新卫星影像和美国国内各地的企业及其他重要地址的数据库，基于混合地图网页，用户可以在数据库中进行查询，在3D地图上搜索和迅速定位、在影像顶部看到街道名称，放大缩小观看，这些将地理信息的应用推向了一个新水平。
（5）紧密结合搜索引擎，提供便捷、免费的通用服务
Google
Earth是世界上最大的搜索公司美国Google公司的最新产品，Google面向全世界互联网用户提供搜索服务。Google
Earth还可以直接进行任意两地间的距离测算。对以上服务目前基本上都是免费提供的，而且操作极其简便快捷，几乎只需要在屏幕上点击就可以实现相关的查
询。



1.2 Google Earth API和特点


l 易于使用：API适用于任何水平的开发者，使用非常简单，且基本上不需要专业的地图知识。
l 公开的标准：基于业界已经公布的地理信息系统标准。
l 稳定：API将得到Google公司的不断创新和技术支持，是一个官方的、稳定的工具。
l 免费：API对任何用户都是免费的。



2. 基于Google Earth的虚拟环境建立


利用GE 平台,通过整合城市道路、建筑物及各种矢量地图资料,构建一个虚拟环境，进行虚拟环境游览、规划信息的查询、分析等的研究与应用。



2.1 影像数据更新


GE 平台已经为用户免费提供了三维地形和影像数据,但国内很多城市的影像分辨率并不是很高,GE
平台允许用户使用自己的高清照片覆盖在相应的地区,从而使被覆盖地区更清晰、更明确。同时也可以根据不同的要求,将各种图片添加到GE
中,如行政分布图、交通规划图等。叠加的方式可以是手工叠加,首先新建一个贴图,并选取要更新的图片源,如果是网络图片,只要输入图片网址即可。然后调整
已调入GE
主窗口中的图片位置,为便于调整需适当的修改图片的透明度,在移动的过程中,需要调整图片的大小,此过程需要反复进行,最后就可将图片融合到GE 之中。



2.2 三维环境的建立


三维环境中最重要的地理对象是虚拟环境的三维空间基础。GE平台中的三维景观主要是城市中建筑物、特征物等。GE平台中构建三维建筑物的功能是
不对免费版本用户开放的,需要在其他软件中进行三维建模,然后导入GE
平台中。一般情况下，采用比较通用的建模工作3DMAX来进行地表、建筑物、构筑物等的建模，然后进行数据转换，转换成DAE格式的三维数据，最后导入
GE平台中。GE 中的三维建筑物是以三维地标形式存储和管理。



2.3 地标的标注和管理


GE
的数据中,中国地区基本上只有影像、地形及部分主要城市的名称,可通过增加地名地标来标注城市及城市内建筑物、道路、公共设施等,并将地名地标按照一定的
要求分成各种类型来管理和保存。如全国的县级以上城市地名地标可以按照地区、省、市等分类,每个市还可以分餐饮、购物、医疗机构、学校、交通等几个方面管
理。



3. Google earth在城市规划中的应用



3.1 规划方案评审中的应用


目前规划设计成果多采用二维平面信息来反映多维信息，这样将存在着许多缺陷。建立三维模型，在Google
earth平台中建立三维虚拟环境，在此基础上进行规划审批，可以更加直观与全面。通过全方位自由控制场景，人机交互，在漫游的同时，规划方案设计中的缺
陷能够轻易的呈现出来，可以减少由于事先规划不周全而造成的无可挽回的损失与遗憾，从而大大提高了规划设计审批的效率。
2007年以来，自动化中心受编研中心委托，开展了一系列的规划竞赛三维建模项目，成果用于召开专家技术审查会和方案评审会。下图1和图2为金沙洲F区方案竞赛应用实例。



图1 金沙洲F区竞赛方案一 图2 金沙洲F区竞赛方案二



3.2 “数字详规”中的应用


广州城市建设
“一年一小变，三年一中变，到2010年实现一大变”的战略部署，对城市规划、建设和管理提出了更高的要求，城市规划部门迫切需要提升城市规划精细管理水
平，把广州逐步建设成适宜创业发展和适宜生活居住的现代化大都市。详细规划是在城市总体规划（分区规划）和控制性详细规划指导下对建筑、道路、绿地环境、
市政设施及管线的具体安排和规划。
广州市“数字详规”以广州市城市规划局现有二维、三维空间信息数据资源库为基础，综合运用遥感、地理信息系统、视景仿真、数据库、网络及多媒体
等技术辅助广州市详细规划。“数字详规”通过建立城市现状和规划三维模型及属性数据库，模拟真实的地形地貌，预览城市形态的发展变化，作为现状调查、方案
设计、方案分析、方案审批以及领导决策等重要辅助手段，为广州市土地与空间资源的规划管理、广州市建设项目的规划管理提供专业服务。
在“数字详规”项目建中，基于Google Earth建立规划信息平台，主要应用在以下几方面：
（1）基础数据图层的叠加
基础图层包括内环路以内的道路边线、道路中心线、高架路、绿地和水系等数据，叠加效果如图3、图4：


图3 大范围的效果 图4 局部的效果
（2）规划信息图层叠加
规划信息图层包括内环路以内的规划管理单元数据、规划导则数据和用地红线数据，叠加效果如图5和图6：



图5 管理单元信息 图6 规划导则信息
（3）三维建筑
三维建筑图层叠加了内环路以内的三维建筑模型。下图7为AL0118管理单元的叠加三维模型效果。


图 8 AL0118管理单元三维建筑效果



3.3 文物管理中的应用


近年来，信息技术的快速发展，更是为深度开发和广泛利用文物信息资源创造了有利条件。充分发挥文物信息资源开发利用对文物保护、抢救、利用和管
理工作的全面促进作用，是实现文物事业全面、持续、可协调发展的重要基础。为有效和科学地进行城市文物管理工作,建设广州市文物管理信息系统可以方便科学
管理和协调各项城市文物管理工作,并为广州市的建设工作提供重要的空间地理数据基础。文物管理信息系统建设中我们也尝试应用Google
Earth技术平台，涉及的工作包括：
(1) 实现从数据库中读出数据。先将数据转换为SHP格式的数据，然后通过程序读取每条记录的位置信息、属性信息，描述为KML文件，以方便在GE平台中进行处理。
(2) 实现对数据的运算处理,整理成合适的格式。数据的运算处理步骤主要是把程序中读入的数据库记录字段内容经
过必要的加工处理,一方面是数据可读性增强(如给点记录字段值前添加字段名称) ,另一方面,需要把数据整理成KML
语法格式,以便把这些内容写到文件中去之后可以作为GE 的KML 地标文件运行,其中包括为使数据便于浏览而添加的一些HTML
语言参数(如为保证描述性信息换行显示,在每个语句后面添加< br >)等。
(3) 实现数据到结果文件的写入。数据的写入就是把上述步骤整理好的数据按照显示范围条件进行筛选，将满足条件的结果写入到显示的KML文件中。
(4) 对结果文件进行必要的验证整理,使其格式严格符合Google KML 语法格式,将文件转换成UTF-8格式,并换名保存(扩展名换为KML) 。
（5）对于生成的成果文件按照KML 语法格式进行必要的检查,使有程序生成的每行文字符合KML 句法规则,由于成果文件基本上是通过程序循环来完成的,因此可以先选择一个灾害点的程序片断来检查,然后再作全局性的框架检查。在发现问题之后,可以先对问题性质进行评估,因为大部分一般性错误可以通过统一替换的方式解决掉。
图9为应用的实例界面。


图 9 基于Google Earth的文物信息系统应用实例



4. 结束语


Google
Earth基于位置服务的功能、免费的遥感影像数据、三维建筑物实现无缝建模、不同数据格式的转换、地形与地物融、海量数据导入、成果发布的数据格式简单
化、网络共享性,都为其在构建虚拟城市的应用中提供了一个很好的平台。将其引入到虚拟城市构建中,降低了其应用和开发的门槛,有助于地理信息的迅速普及和
发展,带给规划行业崭新的理念。