随着计算机技术和网络技术的发展,GIS技术在国民经济生活中的应用也日益广泛和深入。GIS采用当前最先进的计算机、网络、分布式计算、地理学和地图学知识等诸多技术,能够直观、生动地展示和智能、高效地管理具有地理位置信息的对象及其属性信息。GIS在地震灾害的评估和救援指挥系统中也被大量地采用,并得到了积极深入的推广。全国很多地方利用GIS技术建立了破坏性地震应急预案和较为科学实用的专家指挥系统等,其中有李东平等(2006)建立的基于GIS技术的浙江省地震应急指挥演练系统,杨昆等(2006)建立的基于ArcGIS的地震灾害应急决策支持系统,郑文锋等(2007)建立的基于OpenGIS的地震信息采集与震灾评估系统等。无论是地震灾害发生时现场各种灾害信息的收集、传递,还是基础地理信息和灾害背景信息数据库的建立,其地理数据的异构、多元、海量特性都要求GIS平台能够具有成熟的分布式技术、数据融合技术、数据快速传输技术等,从而实现地震灾害的快速反应、展示和决策(晏凤桐等,2003; 郑文锋等,2007)。满足这些要求的数字地球平台也更加吸引了业界的注意,Google Earth就是其中具有典型应用意义的平台之一。Google Earth作为最流行的数字地球平台,因为具有先进的技术和多源完备的数据得到了广大业内人士的关注,针对其进行的深入开发和应用也越来越多,本文就Google Earth在防震减灾决策中的应用进行了研究。

Google Earth采用成熟的宽带流技术实时为用户提供数据,其三维图形技术使用户可从任意角度浏览高清晰地图。它结合本地搜索和卫星图片,可以让用户看到建筑物或地形的三维图像。针对不同地域,Google Earth提供不同分辨率的卫星影像。这些影像数据只经过坐标系统的纠正,统一到虚拟地球中。其数据来源主要有IKONOS、SPOTS、LandSAT-7等全球卫星影像,美欧部分城市及其它地区重要城市的QuickBird卫星影像、航片,分辨率可达0.5～1 m,同时包括该地区的详细分类数据、城市三维数据和详细的路网数据等。

Google Earth的功能主要有:① 结合卫星图片、地图以及强大的Google搜索技术,全球地理信息就在眼前; ② 从太空漫游到邻居一瞥; ③ 目的地输入,直接放大; ④ 搜索学校、公园、餐馆和酒店; ⑤ 获取驾车指南; ⑥ 提供三维地形和建筑物,其浏览视角支持倾斜或旋转; ⑦ 保存、共享搜索和收藏夹; ⑧ 添加自己的注释; ⑨ 兼容GPS; ⑩ 高质量的打印; B11 电子邮件客户服务; B12 数据导入(Google Corporation,2007)。

数字地球的科学背景包括地理信息科学、地球信息科学等,这些学科的发展为数字地球的产生打下理论基础; 对地观测系统以及计算机网络的发展为数字地球提供技术支持; 对全球变化和可持续发展的研究对数字地球的出现起到了推动作用(闾国年等,2007)。

数字地球的基础技术由遥感、遥测、地理信息系统和互联网等组成,其中遥感、遥测等提供获取数据的手段,地理信息系统进行数据的管理、存储、分析和表现,互联网则是实现数据的传输和发布的桥梁,这样就构成了数字地球技术系统的基本框架(何建邦等,2003)。数字地球技术的关键是实现海量数据获取、表达、处理、存储、信息提取、空间信息共享与分布式计算(Fonseca等,2000)。数字地球最大的特点在于海量的空间数据应用。由于空间数据具有海量、异构、多源、多尺度、来源不同等特点,Google Earth以大量的空间数据服务为支撑,通过自有的或由其他渠道获得的数据与服务进行集成,从而得到更好的应用效率和效果。通过对防震减灾信息来源的分析,可以扩展Google Earth的本地数据应用和网络数据服务应用,为防震减灾决策提供数据支撑。

Google Earth及其API的推出,对地理信息的应用带来巨大影响,因为Google Earth不仅提供平台,也提供数据,一旦提供的基础地理数据和自身专业数据叠加,地理信息的应用将会迅速普及,对地理信息行业的影响会非常深远。借助Google Earth信息系统,公司可以提供GIS相关的解决方案,开发人员可以很容易地开发各类GIS系统,不需要进行有关数据类型、投影和空间索引等专业的工作。Google Earth能够将本地数据以KML的形式加载到地球模型上,并将三维模型以KMZ的形式加载到地球模型中,从而扩展各种应用。

针对地震行业的要求,可以基于Google Earth平台开发专门的客户端应用窗口,同时将人员伤亡、财产损失、建筑物倒塌、次生灾害、生命线工程破坏等多种来源的地震灾情异构信息和灾害影响背景数据,如战略要害部位、生命线工程、次生灾害源、地质灾害危险区域、间接经济损失部位等,通过KML形式从本地或者网络途径加载到Google Earth平台上并展示出来,如果再将灾害分析和决策模型集成到客户端应用窗口,不但可以实现对地震灾害信息的快速收集、展示,还可以进行分析和决策。

KML基于XML语法和文件格式来描述和保存点、线、图片、折线等地理信息,并在Google Earth客户端显示,KMZ是通过Gzip压缩的KML文件格式。KML2.0(以前的版本能被Google Earth读取并保存为KML 2.0)主要提供以下功能(Google Coporation,2007):

① 指定一个地点的图标和标注来区分每一个地点; ② 为每一个视图指定明确的视角来创建不同的特写镜头; ③ 使用指定到屏幕或地理位置的图片标注; ④ 为特定种类的标注定义显示样式; ⑤ 为标注指定基于简单HTML语法的描述,支持超级链接和图片的显示; ⑥ 使用folders(一组地理标注)对标注进行树形的分类管理; ⑦ 基于时间戳记的标注可以用来进行动态的播放; ⑧ 从本地或远程的网络地址动态地加载KML文件; ⑨ 标注信息随客户端视图变化自动从服务器获取。

KML语法使用<name></name>标签来指定 floder、 placemark、overlay或其他标记名称,以便在Google Earth中进行区别。<description>使用描述元素给标注附加更多的信息,Google Earth自动识别其中的网址并显示为一个链接,并且不需要任何HTML标记,如果需要也可使用HTML格式化文本显示,甚至还可以使用图片。<LookAt>元素用来指定目标点的特定视角,Google Earth能够为 placemarks、folders、overlays和其他标注设置视角,当一个标注存在指定的LookAt标签时,双击该标注将使Google Earth平滑移动到指定视角。<Point>表示地物所在的地理坐标。

KML还提供了一个三维世界模型。可以使用Google Sketch Up绘制自己的KMZ格式的三维模型,并添加到Google Earth中。图1为利用Google Sketch Up制作的成都理工大学的KMZ三维模型加载到Google Earth中的效果。

图1 Google Earth加载成都理工大学三维KMZ效果图

借助Google Earth平台,可以采用PostGIS空间数据库和Geoserver地图服务器的一个体系,来实现对网络数据服务的扩展。PostGIS拥有强大的空间数据存取和管理能力,还提供了空间分析功能和多维数据的存储功能,它完全可以作为Google

图2 Google Earth网络数据服务扩展架构图

图3是Google Earth 网络数据服务扩展的工作流程。首先Google Earth向GeoServer发送WMS GetMap请求,GeoServer根据接受的请求做出判断,然后转到WMS服务处理模块,WMS服务处理模块通过Data Tier向已经连接好的PostGISDataStore发出请求,PostGIS DataStore再通过数据库持久连接从PostGIS取出相应的数据,返回给WMS服务处理模块,再绘制出所要请求格式的地图,并从Style Directory中读取所请求的SLD样式文件,对地图进行渲染,然后将渲染好的地图返回给Google Earth。

WFS的请求则是由Google Earth向GeoServer发送,然后转到GeoServer的WFS服务处理模块,

图3 Google Earth网络数据服务扩展流程图

图4是通过Geoserver将成都市汶川地震期间救灾生命线快速通道数据(图中正上方和左下方的亮白色线条)加载进Google Earth的效果图,可供抗震救灾决策使用。

图4 加载的成都市地震救灾快速通道数据效果截图

对Google Earth本地数据和网络数据服务扩展的应用,实现了对地震灾害信息的快速收集、传输和展示应用,随着数字地球技术的发展和网络数字地球平台的日益完善,通过大众数字地球平台提供的数据和应用平台,可以针对自己的需要开发GIS服务窗口,例如,可以将有关GIS分析工具模块加入服务窗口,对平台上的数据进行计算、操作,从而实现对灾后情况的分析,为救灾抢险提供依据,并提出相应的救灾方案路线等。四川省地震局吕弋培博士、四川省攀枝花市规划和建设局卢海滨博士在本研究中提出了宝贵意见和建议,成都理工大学李玉珍硕士为本文制作了成都理工大学三维模型,在此一并致谢。