地理信息技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用

郭森

【摘 要】隨著我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的高速發(fā)展，測繪技術(shù)也得到了巨大的發(fā)展，測繪是通過技術(shù)手段，將地表的特征和信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和測量，形成反應(yīng)該地表特征數(shù)據(jù)的圖形和數(shù)據(jù)資料，用來指導(dǎo)工程建設(shè)和行政規(guī)劃?？梢钥闯觯瑴y繪的工作性質(zhì)是對特定地理位置的地理特征進(jìn)行采集和整理分析，測繪的結(jié)果是得到直觀的數(shù)字和圖表信息，測繪的最終目的是管理和規(guī)劃，其中地理信息系統(tǒng)在測繪工程中發(fā)揮了巨大的作用，地理信息系統(tǒng)有著高效率、高精確性等優(yōu)越性，一經(jīng)測繪實踐，立刻顯示出其強大的功能和作用，使傳統(tǒng)測繪方式黯然失色。

【關(guān)鍵詞】地理信息；工程測繪；應(yīng)用

傳統(tǒng)測繪工作模式在精度和效率等方面越發(fā)不能滿足人們的需要，尤其在野外施工和大型高精度地標(biāo)建筑的測量放線工作中，新興的測繪技術(shù)與設(shè)備支持逐漸發(fā)揮了巨大的作用。地理信息系統(tǒng)GIS，是3S技術(shù)的組成部分，由計算機系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶組成，是通過采集、存儲、管理、檢索、表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)來分析和處理海量地理信息的通用技術(shù)。地理信息系統(tǒng)（GIS）已在城市測繪工作中得到全面應(yīng)用，是測繪工作現(xiàn)代化的重要表現(xiàn)。

一、地理信息系統(tǒng)特點

（一）數(shù)據(jù)精度大大提高

傳統(tǒng)的建筑領(lǐng)域測量，不論是二等亦或是一等，都存在毫米級的誤差，同時還和操作者的熟練程度與操作方式有著很大的關(guān)系，操作上的細(xì)微誤差往往會帶來最終結(jié)果的巨大誤差。地理信息系統(tǒng)在測量方面采用與傳統(tǒng)工程測量完全不同的模式，通過環(huán)繞地球的24顆衛(wèi)星組成掃描平面，測量者將設(shè)備安裝完畢之后便向衛(wèi)星發(fā)射測量信號，由衛(wèi)星獲取相關(guān)測量數(shù)據(jù)并反饋給操作者，目前人類的衛(wèi)星拍攝技術(shù)可以在百公里之外的太空區(qū)域拍攝到地面的一只螞蟻，精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)測量設(shè)備，同時避免了人為操作的誤差，這使得一臺普通GIS工程測量儀的精度可以輕而易舉的達(dá)到0.01毫米級，傳統(tǒng)測量與GIS測量的誤差對比。

（二）外部因素影響小

地形地貌、氣候地質(zhì)等因素都將對傳統(tǒng)的工程測量和控制點的設(shè)置帶來巨大困難，在山區(qū)或高地，某些地方甚至無法測量，只能通過插入法或等高線等模式進(jìn)行估測。同時風(fēng)雪、雨天等氣候因素都將嚴(yán)重影響工程測量和施工控制，當(dāng)達(dá)到一定程度時，要求較高的測量便無法進(jìn)行。而GIS系統(tǒng)“采用的衛(wèi)星平面處于太空，脫離了大氣層，其測量和觀測不受天氣和氣候影響，同時其工程測量和監(jiān)控，只需將發(fā)射接收一體設(shè)備放置在測量位置即可，無需調(diào)平等操作，所需工作面小，所以其受地形影響也小”。

（三）測量效率高

由于不需要調(diào)平、調(diào)節(jié)、觀測、估讀等一系列環(huán)節(jié)，同時受地形和天氣影響小，GIS系統(tǒng)在工程領(lǐng)域的測量效率與傳統(tǒng)測量方式相比得到大幅提升，尤其是地形地貌勘測，可使用數(shù)臺GIS 測量儀分組掃描進(jìn)行，可以快速繪制出所測地形，大大提高了測量效率。

二、GIS系統(tǒng)主要功能概述

GIS系統(tǒng)除了可以提取、存儲地理信息外，還可以根據(jù)不同的地形地貌情況建立對應(yīng)的信息模式，再采用科學(xué)的算法從中得出對應(yīng)的評價結(jié)果，為測量工作提供科學(xué)的數(shù)據(jù)參考。評價結(jié)果主要以函數(shù)及命令的形式對未來結(jié)果做出定量預(yù)測及發(fā)展趨勢預(yù)測，并對自然過程的最終結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測；此外，還可以利GIS對預(yù)測數(shù)據(jù)與特殊傾向可能出現(xiàn)的后果、對應(yīng)的解決策略產(chǎn)生的效果做出比較，提高決策的科學(xué)性與準(zhǔn)確性，規(guī)避風(fēng)險。

三、GIS在工程測繪工作中的應(yīng)用分析

（一）采集數(shù)據(jù)

測繪初期階段需對客觀世界中的物象進(jìn)行抽象、離散，在GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，通常采用柵格、矢量兩種方法存儲連續(xù)對象實體。其中柵格數(shù)據(jù)包括存儲單元的行及列，存儲單元存放唯一值，根據(jù)地面單位的網(wǎng)格寬度來確定柵格數(shù)據(jù)集的分辨率。矢量存儲則是將客觀存在的對象用幾何圖形中的點、線、面表示出來；當(dāng)然除上述兩種方式外，空間數(shù)據(jù)也可能通過其它附加數(shù)據(jù)作為對象屬性實現(xiàn)非空間數(shù)據(jù)的存儲。傳統(tǒng)收集數(shù)據(jù)的方法是掃描聚酯薄膜地圖或現(xiàn)有數(shù)據(jù)來產(chǎn)生數(shù)字信息，而利用GIS系統(tǒng)則是采用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)獲取對應(yīng)位置坐標(biāo)，再將其輸入GIS系統(tǒng)中進(jìn)行處理；數(shù)據(jù)采集也可以利用遙感技術(shù)來進(jìn)行。多個平臺上均附帶傳感裝置，包括攝像機、激光雷達(dá)、數(shù)字掃描儀等，這些設(shè)備互相聯(lián)連，與航空器、衛(wèi)星所搭建的數(shù)據(jù)處理平臺結(jié)合起來，把航空照片、圖片判讀數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行特征選擇，再利用二維或三維的形式捕捉數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)傳輸至對應(yīng)的軟拷貝系統(tǒng)。

（二）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理

GIS系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理主要通過各種數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，實現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)浣?，把利用其它方法獲得的測量圖形與GIS圖層中相同的區(qū)域疊架起來進(jìn)行分析。GIS系統(tǒng)軟件會對屬性條件不同的各種數(shù)字化空間數(shù)據(jù)的空間關(guān)系進(jìn)行自動識別，實現(xiàn)復(fù)雜空間實體的連接，針對臨近及包含的關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)建模及分析；針對向量數(shù)據(jù)的分析，需要一個必須條件，即拓?fù)湔_。實際數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中，可能存在控制測量中出現(xiàn)線與交叉點分離的現(xiàn)象，或者原地圖上存在污點，這些均會對結(jié)果的精確度產(chǎn)生影響，因此GIS還可以針對這類情況做出選擇性清除。在GIS系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中，要通過數(shù)據(jù)重構(gòu)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS可識別的格式，才能保證不同數(shù)據(jù)源的互相兼容。需要注意一點，由于需求不同，其所側(cè)重的對象屬性也存在差異，所以在分析數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)前要做好投影與坐標(biāo)變換整合處理，盡管各數(shù)學(xué)模型的精度要求、復(fù)雜度均不相同，但可保證模型的適用性。

（三）高精度測繪

GIS依賴于地球三個軌道平面的24顆衛(wèi)星，將衛(wèi)星定位和遙感技術(shù)良好的整合了起來，特別適合于大型建筑的高精度測繪，在GIS測繪模式下，傳統(tǒng)的定點和調(diào)平全部由測量設(shè)備與衛(wèi)星之間的信號調(diào)節(jié)自動完成，不僅速度快，而且精度高，使傳統(tǒng)測量中的人工定位和調(diào)平中誤差趨于零。在操作方面，GIS集成的計算機模塊可以實現(xiàn)自動讀數(shù)，而操作人員只需要將GIS測繪系統(tǒng)移動至水準(zhǔn)點或頂點位置即可，這樣讀數(shù)和操作誤差也趨于零。而在測繪精度方面，目前衛(wèi)星定位技術(shù)可以輕易地在離地球120公里的軌道平面上捕捉到地面的一只小型動物，在目前人類所需的測量精度要求下，其誤差可以忽略不計。不僅如此，GIS系統(tǒng)可以自動將測繪點形成回路，通過操作者輸入的檢測標(biāo)準(zhǔn)，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判別，可以快速發(fā)現(xiàn)當(dāng)中的差異數(shù)據(jù)以備進(jìn)一步復(fù)查。

四、總結(jié)

綜上所述，地理信息系統(tǒng)在測繪工程中的應(yīng)用越來越廣泛，其具有強大的信息收集處理能力及方便快捷的輸出功能，體現(xiàn)出信息多元化及測繪結(jié)果多維化的特點。其信息多元化與測繪結(jié)果的多維化也成為現(xiàn)代測繪的必要發(fā)展趨勢。

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