3S 技術(shù)在市政測繪中的集成應用研究

姚龍龍 王 淳

0 引言

3S技術(shù)是地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)這三項相互獨立又密切關(guān)聯(lián)的高新技術(shù)的簡略統(tǒng)稱。地理信息系統(tǒng)是信息綜合管理的平臺，遙感技術(shù)是大范圍信息采集的有效手段，全球定位系統(tǒng)是精確定位的重要工具。3S技術(shù)的集成是有效利用各種技術(shù)的優(yōu)勢(GIS的數(shù)據(jù)管理功能、RS的實時遙感信息、GPS的空間定位技術(shù))，動態(tài)、快速、高精度地獲取和存儲各種空間和屬性信息，快速而方便地進行信息查詢、檢索和統(tǒng)計，有效和智能化地進行空間分析，提高對城市發(fā)展的科學預見和動態(tài)監(jiān)控水平，最終實現(xiàn)對 4W(When，Where，What Object，What Change)時空信息的 4A(Anyone，Anything，Anytime，Anywhere)服務目標。隨著各個大中城市建設(shè)步伐的加大，市政工程測繪工作對3S技術(shù)集成應用迫切需要。下面就幾方面對3S技術(shù)在市政測繪中的集成應用研究介紹。

1 3S技術(shù)簡介

3S技術(shù)的集成是當前測繪技術(shù)、攝影測量和遙感技術(shù)、地圖制圖技術(shù)、地理信息技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、定位技術(shù)、計算機技術(shù)及數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的綜合應用，將推動市政測繪技術(shù)的日新月異發(fā)展。3S技術(shù)集成的發(fā)展，從各個方面改變了我們獲取信息和處理信息的手段。

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System)是在計算機硬件和軟件支持下，以一定的格式輸入、存儲、檢索、顯示和分析應用的技術(shù)系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)存儲、編輯、管理、輸出、更新等基本功能，是空間信息綜合管理和公共地理定位基礎(chǔ)。隨著理論、政策、數(shù)據(jù)和軟件的快速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)應用也日益深入和普及，可以分為政府應用(加拿大CGIS、基礎(chǔ)地圖系統(tǒng)、集成GIS)、行業(yè)應用(交通、商業(yè)、規(guī)劃、社會、環(huán)境 GIS)、公眾應用(eMap，Oline map store，Map Locator engine，Geographic exploration systems)三個方面。

遙感技術(shù)Remote Sensing，是利用飛機、衛(wèi)星等空間平臺上的傳感器(包括可見光、紅外、微波、激光等傳感器)，從空中遠距離對地面進行觀測，根據(jù)目標反射或輻射的電磁波，經(jīng)過校正、變換、圖像增強和識別分類等處理，快速地獲取大范圍地物特征和周邊環(huán)境信息，獲得實時、形象化、不同分辨率的遙感圖像，具有探測范圍大、資料新穎、成圖速度快、收集資料方便等特點。近年來，RS技術(shù)發(fā)展除了表現(xiàn)在傳感器技術(shù)的不斷進步和空間分辨率、光譜分辨率、時態(tài)分辨率等不斷提高外，重點表現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理(是遙感影像能夠得到有效應用的關(guān)鍵，包括識別分類、信息提取、影像建模、數(shù)據(jù)管理)和綜合應用(城市擴張、用地變遷、生態(tài)環(huán)境等研究)上。

全球定位系統(tǒng)Global Positioning System，是同時接收來自多個衛(wèi)星的電波信號，以衛(wèi)星為基準求出接收點位置的技術(shù)，由空間衛(wèi)星(均勻分布在6個軌道平面的24顆衛(wèi)星)、地面監(jiān)控站和用戶接收機三部分組成，具有定位精度高、觀測時間短、無需通視、操作簡便、全天候作業(yè)等特點。全球定位系統(tǒng)一般稱為GNSS(Global Navigation Satellite System)，包括美國的GPS、俄羅斯的Glonass和歐洲的Galileo。按照應用領(lǐng)域分為導航GPS(手機定位、車輛跟蹤和自主導航系統(tǒng)GPS定位、交互式導航系統(tǒng)、廣域差分導航系統(tǒng)、手持GPS導航)和測量GPS(靜態(tài)GPS，常規(guī)RTK，CORS系統(tǒng)VRS-RTK、精確單點定位PPP-RTK)，兩者的硬件設(shè)備、定位精度、配合軟件有很大區(qū)別。

2 城市變遷集成應用研究

綜合運用GIS技術(shù)和遙感影像，對城市市政測繪獲得整體影像圖，進行研究城市空間擴張模式、誘導因素、產(chǎn)生問題和發(fā)展對策。如西安大略大學地理系以影像疊加比較為基礎(chǔ)進行的北京市城市擴張研究和倫敦市土地覆蓋密度分析，卡爾加里大學測量系的城市發(fā)展和各類用地轉(zhuǎn)換研究，卡爾加里大學地理系的城市擴展蔓延趨勢及對農(nóng)業(yè)用地影響的研究。

3 城市資源探索系統(tǒng)集成應用研究

建立在影像地圖基礎(chǔ)上的城市資源探索系統(tǒng)是新一代的GIS，典型代表是 Google Earth，建立此系統(tǒng)需要 GIS，RS，GPS 技術(shù)集成應用，即是Google Earth(GIS)、影像地圖做基礎(chǔ)(RS)、導航和測量GPS測量經(jīng)緯度技術(shù)綜合應用。利用導航和測量GPS(靜態(tài)GPS，常規(guī)RTK，CORS系統(tǒng)VRS-RTK，PPP-RTK)技術(shù)獲得城市各等級平面、高程控制點及市政地形圖碎部點網(wǎng)格坐標或經(jīng)緯度坐標，經(jīng)過內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理后比例尺、坐標系統(tǒng)統(tǒng)一的成果插入影像地圖中，各等級平面、高程控制點點位影像成果圖可以作為市政建設(shè)中點位查找的資源探索成果依據(jù)，市政測繪的電子地形圖成果可以經(jīng)過插入塊和影像地圖比對判斷測繪成果的現(xiàn)勢性、多漏性和精度性。

eMap城市電子地圖是一種本地化的網(wǎng)上定位查詢工具，成為市民、游客出門旅行的必備工具，可以根據(jù)地址、地址范圍、地名位置、道路交叉口、社區(qū)、地籍描述、規(guī)劃分區(qū)等進行準確定位、路徑生成、信息查詢等。

4 GPS技術(shù)用于RS攝影測量外業(yè)控制點測量集成應用研究

攝影測量一般沿飛行航攝的航線，每隔一定間隔就要在野外實地測量一定數(shù)量的平面和高程控制點。野外平高控制點的間隔n按地形類別及所測地形圖的比例尺而定。如1∶2000地形圖，攝影比例尺為1∶10000，間隔n一般為4個～6個攝影基線。常規(guī)的野外平高控制點的測量方法是先沿航攝方向布設(shè)導線，然后在此基礎(chǔ)上采用支導線方法測定航測像控點。這種方法主要是導線方式測量。由于航攝面積較廣，對23 cm×23 cm像幅，1∶10000攝影比例尺，覆蓋范圍為2.3 km寬，雙航線覆蓋范圍更寬，在這廣闊范圍內(nèi)進行導線測量，往往由于實地條件的限制，其作業(yè)是相當艱苦的，且工作量大，作業(yè)周期長。

在天津市津?qū)幐咚俟?8 km路線的航測外業(yè)中，利用8臺Trimble 5700接收機先進行靜態(tài)GPS測量，再利用常規(guī)RTK技術(shù)將一臺或兩臺GPS接收機固定于已知點上，其余GPS接收機移動于像控點進行像控點三維坐標測量。全線航測像控點測量作業(yè)時間較常規(guī)方法縮短5倍。經(jīng)過平差處理，像控點平面點位精度達到了優(yōu)于0.10 m的精度，最弱邊相對中誤差為1/43734，像控點的高程GPS測量誤差呈現(xiàn)出偶然性，最大偏差+0.060 m，最小偏差－0.006 m，誤差的平均值為－0.005 m。把精密水準當作誤差很小看待，則GPS測量高程的中誤差為±0.039 m。在做完靜態(tài)GPS測量后，也可使用CORS系統(tǒng)VRS-RTK、精確單點定位PPP-RTK技術(shù)獲得加密像控點三維坐標測量工作，大大拓展了作業(yè)范圍距離。由此可見，GPS測量技術(shù)應用于航測控制，不僅具有高精度，而且具有極大的靈活性。它改變了逐步控制的測量模式，其效率較常規(guī)方法提高5倍以上。

5 GIS技術(shù)用于市政測繪成果數(shù)據(jù)信息管理集成應用研究

在快速發(fā)展的市政建設(shè)大潮中，利用全球定位系統(tǒng)GPS技術(shù)、遙感RS技術(shù)、地下綜合管線探測技術(shù)和各種成圖軟件等技術(shù)生成的地下綜合管線、地上電子地形圖成果進行數(shù)據(jù)信息管理，通過3S技術(shù)集成應用，地理信息系統(tǒng)GIS技術(shù)解決了這方面的難題。在天津市我們市政勘測單位利用3S技術(shù)集成應用于以下兩個項目效果顯著。

5.1 天津市保稅區(qū)地理信息數(shù)據(jù)庫建立

通過對地上建筑物和地下綜合管線的外業(yè)測量和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)庫的建立(GPS和GIS的集成應用)，測繪成果為市政規(guī)劃部門提供了有力的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)。

5.2 天津市城市市政設(shè)施部件普查

3S技術(shù)集成應用在本項目測繪中得到很好的應用，應用先進的天津市長期連續(xù)運行參考站CORS系統(tǒng)(GPS)外業(yè)采集部件坐標數(shù)據(jù)和ARCGIS軟件(GIS)進行內(nèi)業(yè)成果整理集成應用。為市政府和市政管理局提供了很好的數(shù)據(jù)庫地理信息系統(tǒng)，為政府對市政設(shè)施的管理提供了有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。

6 結(jié)語

信息技術(shù)正在如此深刻地改變著我們的世界、改變著我們每個行業(yè)、改變著每個人的工作和生活方式，信息測繪實時有效地向信息化社會提供空間信息基礎(chǔ)保障與綜合服務?？焖佾@取信息并自由進行信息的溝通與共享已成為我們這個時代的主題。

[1]Kang-tsung Chang.Introduction to Geographic Information Systems[M].New York:McGraw-Hill Companies，Inc.，2004:349-374.

[2]John P Wilson，A Stewart Fotheringham，Pip Forer.Transaction in GIS[M].Oxford:Blackwell Publishers Limited，2001:165-170.

[3]天津市長期連續(xù)運行參考站CORS系統(tǒng)VRS技術(shù)規(guī)定[S].

[4]姚建偉，房新玉.淺述天津濱海新區(qū)CORS系統(tǒng)建設(shè)的意義[J].山西建筑，2010，36(26):355-356.