圖像處理與空間測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用研究

方暉

摘要：空間測(cè)繪行業(yè)是關(guān)系到我國(guó)國(guó)計(jì)民生的重要基礎(chǔ)行業(yè)，我國(guó)政府對(duì)其的發(fā)展極其重視。為了實(shí)現(xiàn)空間測(cè)繪信息化，在空間測(cè)繪行業(yè)中推廣GIS技術(shù)。地理信息系統(tǒng)（GIS）通常泛指用于獲取、儲(chǔ)存、查詢、綜合、處理、分析、顯示和應(yīng)用地理空間數(shù)據(jù)及其與之相關(guān)信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它把空間的邏輯思維延伸到了形象思維。在空間測(cè)繪信息化系統(tǒng)建設(shè)中，地理信息系統(tǒng)（GIS）是系統(tǒng)構(gòu)建的框架，是輔助決策的工具，是成果展示的平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：圖像處理；空間測(cè)繪技術(shù)；應(yīng)用研究

一、前言

國(guó)內(nèi)空間測(cè)繪行業(yè)應(yīng)用GIS技術(shù)始于90年代初期，大致經(jīng)歷了認(rèn)識(shí)了解、初步應(yīng)用和結(jié)合GIS技術(shù)進(jìn)行深入研究三個(gè)階段。最早接觸GIS技術(shù)的主要是一些科研院所和高等院校，當(dāng)時(shí)的應(yīng)用只注重?cái)?shù)據(jù)的可視化，主要發(fā)揮它的查詢、檢索和空間顯示功能，即只發(fā)揮了GIS的最低層次的功能。近年來(lái)，隨著GIS在空間測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，應(yīng)用層次也逐漸深入，一些部門將它作為分析、決策、模擬甚至預(yù)測(cè)的工具，其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益也比較明顯地顯示了出來(lái)?？臻g測(cè)繪部提出了“以信息化帶動(dòng)空間測(cè)繪現(xiàn)代化”并在2001年，空間測(cè)繪部專門召開了“GIS技術(shù)在空間測(cè)繪中的應(yīng)用”研討會(huì)，在會(huì)的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和各級(jí)專家對(duì)在空間測(cè)繪中推廣應(yīng)用GIS技術(shù)提出了許多有建設(shè)性的意見(jiàn)和觀點(diǎn)，這必將推動(dòng)GIS在空間測(cè)繪行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)入更高更深的層次。

二、GIS技術(shù)在空間測(cè)繪行業(yè)的應(yīng)用

我國(guó)是一個(gè)水資源相對(duì)緊缺的國(guó)家，洪澇災(zāi)害、干旱缺水和水污染等問(wèn)題十分突出，即水資源短缺與洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生并存，洪澇災(zāi)害與干旱災(zāi)害并存。資源性缺水與水質(zhì)性缺水并存。這一系列的現(xiàn)象嚴(yán)重制約了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。

任何一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展都必須依附于生產(chǎn)的需要。GIS技術(shù)在空間測(cè)繪行業(yè)的應(yīng)用也主要圍繞著上述主要問(wèn)題。

1.GIS在防洪減災(zāi)方面的應(yīng)用

我國(guó)幅員遼闊，自然地理地貌條件十分復(fù)雜，洪澇災(zāi)害發(fā)生頻繁，使國(guó)家和個(gè)人都蒙受了很大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)的防洪工作將逐步從“以洪水為敵”的控制洪水向體現(xiàn)水資源特性的洪水管理轉(zhuǎn)變，全面建成覆蓋全國(guó)的空間測(cè)繪信息網(wǎng)絡(luò)，其中防洪減災(zāi)屬于重點(diǎn)應(yīng)用系統(tǒng)。

目前GIS技術(shù)在防洪減災(zāi)方面的應(yīng)用主要有以下四種類型。

（1）防汛決策支持系統(tǒng)或信息管理系統(tǒng)的平臺(tái)

在國(guó)家防汛指揮系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架下，目前流域或省、自治區(qū)、直轄市的防汛決策支持系統(tǒng)或防汛信息管理系統(tǒng)都以GIS為平臺(tái)。GIS在這些系統(tǒng)中的作用主要有以下幾個(gè)方面：

空間數(shù)據(jù)處理、查詢、檢索、更新和維護(hù)；利用空間分析能力和可視化模擬顯示為防汛指揮決策提供輔助支持；為各類應(yīng)用模型提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；優(yōu)化模型參數(shù)；預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)和防汛信息及決策方案的可視化表達(dá)。

（2）災(zāi)情評(píng)估

在災(zāi)情評(píng)估中，GIS作為基礎(chǔ)平臺(tái)，它充分利用了自己的查詢和分析功能以及可視化模擬的能力，發(fā)揮了很多別的系統(tǒng)不具備的作用：

基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)（包括地理、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)）的管理；

空間和屬性數(shù)據(jù)查詢、檢索、統(tǒng)計(jì)和顯示的基礎(chǔ)；

災(zāi)情數(shù)據(jù)的提取和分析；

災(zāi)情的模擬和可視化表達(dá)；

對(duì)決策起輔助作用的工具。

目前洪澇災(zāi)害的監(jiān)測(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)已在空間測(cè)繪部遙感技術(shù)應(yīng)用中心投入運(yùn)行。

（3）洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析與區(qū)劃

洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析是分析不同強(qiáng)度的洪水發(fā)生概率及其可能造成的損失。它包括洪水的危險(xiǎn)性分析，承災(zāi)體的易損性和損失評(píng)估。采用GIS技術(shù)，可以將上述三方面所涉及到的諸多自然，地理和社會(huì)因子附上相應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行空間疊加，是進(jìn)行洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析與區(qū)劃的有效手段。GIS發(fā)揮的作用有：

多源、多尺度和海量數(shù)據(jù)的管理；

空間數(shù)據(jù)的疊加與綜合處理；

圖形處理的特殊功能。

（4）城市防洪

由于城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位和社會(huì)影響的特殊性，防洪工作尤其重要。同時(shí)由于許多城市都是依水而建和城市不透水面積大，產(chǎn)流量大等特點(diǎn)，防洪工作的難度比農(nóng)村地區(qū)大，所以GIS在城市防洪中發(fā)揮的作用除了一般防洪減災(zāi)決策支持系統(tǒng)外，還利用其的時(shí)空特征分析和高分辨率數(shù)據(jù)的處理功能在城市防洪減災(zāi)中發(fā)揮了更多更大的作用，目前比較突出的有以下幾個(gè)方面：

城市積水、退水的預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)；

現(xiàn)有排水設(shè)施（排水管網(wǎng)、泵站等）信息的管理；

排水設(shè)施的規(guī)劃，設(shè)計(jì)和施工管理；

暴雨時(shí)空特征分析（4DGIS）；

以街道為統(tǒng)計(jì)單元和以街區(qū)為空間單元的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)空間展布；

暴雨分布及積水街道分布的可視化顯示；

高分辨率、多層次、多源和更新頻繁的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、維護(hù)和管理。

由于城市防汛信息管理及決策支持系統(tǒng)的復(fù)雜性，不少方面還在繼續(xù)深入，可以肯定的是GIS技術(shù)在這進(jìn)程中能發(fā)揮的作用。

2.GIS在水資源管理方面的應(yīng)用

我國(guó)水資源短缺，而且分布極不均勻。同時(shí)由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的過(guò)程中對(duì)環(huán)境保護(hù)不力，因此在資源性缺水的同時(shí)又加上水質(zhì)性缺水，水資源嚴(yán)重短缺又存在有水資源浪費(fèi)。面對(duì)如此嚴(yán)峻的形勢(shì)，水資源的管理工作已經(jīng)被賦上了維系社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的歷史性重任。由此也決定了必須用現(xiàn)代化的手段，實(shí)現(xiàn)以信息化為基礎(chǔ)的技術(shù)來(lái)對(duì)水資源進(jìn)行監(jiān)控管理，才能解決好資源空間測(cè)繪中的諸多復(fù)雜問(wèn)題，這也為GIS提供了大顯身手的機(jī)會(huì)。

水資源信息的面非常廣，如上圖所示，有水文氣象，地理，地質(zhì)，水質(zhì)，空間測(cè)繪工程，水處理工程，各行各業(yè)與生活需水量等等.所以這些數(shù)據(jù)既有歷史的，又有實(shí)時(shí)或現(xiàn)狀的，從性質(zhì)上決定了其多源，多時(shí)相，多種類和動(dòng)態(tài)這幾個(gè)基本特征。水資源信息管理系統(tǒng)發(fā)揮了從時(shí)間，空間上了解水資源的現(xiàn)狀與變化，通過(guò)模擬可視化直觀地表示水資源狀況，有助于讓研究人員和決策人員了解水資源的變化規(guī)律，通過(guò)信息處理和分析，提供管理的基礎(chǔ)信息與手段，完善水資源信息的管理與更新，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

三、GIS技術(shù)在空間測(cè)繪行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

1.網(wǎng)絡(luò)GIS（WebGIS）

網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)資源共享和遠(yuǎn)程遙控的基礎(chǔ)技術(shù)，WebGIS是Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物。GIS通過(guò)WWW功能得以擴(kuò)展，真正成為一種大眾使用的工具。從WWW的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，Internet用戶可以瀏覽WebGIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)、制作專題圖，以及進(jìn)行各種空間檢索和空間分析，從而使GIS進(jìn)入千家萬(wàn)戶。它可用于除了一般數(shù)據(jù)外的特殊數(shù)據(jù)類型，尤其是矢量數(shù)據(jù)的處理，以網(wǎng)絡(luò)瀏覽器為應(yīng)用工作平臺(tái)，在客戶端可以實(shí)現(xiàn)對(duì)矢量數(shù)據(jù)的操作，可以在多個(gè)客戶端實(shí)現(xiàn)原來(lái)在本機(jī)上才能實(shí)現(xiàn)的功能，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程調(diào)用和發(fā)布各類數(shù)據(jù)、圖形、圖像。

2.VR-GIS技術(shù)

VR-GIS技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與GIS技術(shù)的結(jié)合，包括與WebGIS和ComGIS結(jié)合的技術(shù)，專門用于研究地學(xué)或以地球系統(tǒng)為對(duì)象的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，目前只能達(dá)到仿真的水平，可以做到：

（1）對(duì)現(xiàn)時(shí)的地理區(qū)域的非常真實(shí)的表達(dá)；

（2）可在所在地理范圍內(nèi)外自由移動(dòng)；

（3）在三維數(shù)據(jù)庫(kù)中有GIS的各種功能；

（4）以可視化功能作為用戶接口的自然的整體部分。

要發(fā)展好我國(guó)的空間測(cè)繪事業(yè)，就必須要在空間測(cè)繪行業(yè)更好地應(yīng)用和發(fā)展GIS技術(shù)。就必須在進(jìn)一步加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的基礎(chǔ)上，大力開展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，尤其是富有空間測(cè)繪行業(yè)特色的數(shù)據(jù)庫(kù)，如蓄滯洪區(qū)空間展布式社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、雨情和水情數(shù)據(jù)庫(kù)、水旱災(zāi)情數(shù)據(jù)庫(kù)，等等。此外還要加快提高GIS的應(yīng)用水平，充分發(fā)揮GIS現(xiàn)有的和潛在的功能，并且進(jìn)一步提高象計(jì)算機(jī)，網(wǎng)絡(luò)通訊等與GIS緊密相關(guān)的技術(shù)的水平。使它們和GIS技術(shù)同步，協(xié)調(diào)的結(jié)合和發(fā)展，為空間測(cè)繪信息化和現(xiàn)代化作出它應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

1.張新玉著.空間測(cè)繪投資效益評(píng)價(jià)理論與方法.北京：中國(guó)空間測(cè)繪水電出版社，2005年版.

2.周英主編.2008中國(guó)空間測(cè)繪發(fā)展報(bào)告[M].北京：中國(guó)空間測(cè)繪水電出版社2008年版.