淺談3S技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

張健

摘要：3S技術(shù)掀開了測繪測量史上的新篇章，拓展了工程測量的手段與方法，逐步走向測量數(shù)據(jù)采集、處理的自動化、高效化道路。本文主要探討3S在工程測量方面的應(yīng)用，以及在應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題，筆者從實(shí)用角度提出了相關(guān)建議并展望3S技術(shù)未來的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：3S技術(shù)測繪應(yīng)用；創(chuàng)新

“3S”技術(shù)指的是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、衛(wèi)星遙感（RS）、和地理信息系統(tǒng)（Gis），它開辟了測繪技術(shù)的新大陸，成為現(xiàn)代測繪的重要技術(shù)手段。其優(yōu)點(diǎn)是提高了測繪作業(yè)的效率，增加了測繪的精準(zhǔn)度，創(chuàng)造了新的測繪作業(yè)概念與模式，為測繪領(lǐng)域注入了鮮活的技術(shù)含量。

一、3S技術(shù)概況

3S技術(shù)是全球定位系統(tǒng)（GPS）、衛(wèi)星遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（Gis）的統(tǒng)稱。這些測繪技術(shù)起到迅速、精準(zhǔn)的定位空間實(shí)體的作用，并對于獲取的空間實(shí)體相關(guān)信息進(jìn)行宏觀分析，進(jìn)而得到有效的測繪信息，為測繪工作的展開奠定了基礎(chǔ)。

GPS技術(shù)使測繪領(lǐng)域的定位技術(shù)發(fā)生了革命性的變革，GPS以高效率、高精準(zhǔn)的三維坐標(biāo)定位技術(shù)逐漸代替了傳統(tǒng)以來的測角、測水準(zhǔn)、測距等為主體的常規(guī)地面定位技術(shù)，能夠快速、準(zhǔn)確的為多個(gè)用戶同時(shí)提供瞬時(shí)的全球任意一點(diǎn)三維測速。其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)突破了工程測量學(xué)，在航空攝影測量、城市測量、大地測量等測繪領(lǐng)域也大有作為，對于這些領(lǐng)域的常規(guī)光學(xué)和電子儀器也造成沖擊。

衛(wèi)星遙感（RS）技術(shù)的特點(diǎn)是，不直接接觸物體本身，從遠(yuǎn)處通過各種傳感器探測和接收來自目標(biāo)物體的信息，經(jīng)過信息的傳輸及其處理分析，識別物體的屬性及其空間分布、動態(tài)變化等特征的技術(shù)。目前，遙感衛(wèi)星的數(shù)量和種類已經(jīng)逐步升級，逐漸形成了立體、周密、多層次、多方位的全天候?qū)Φ赜^測網(wǎng)，輕而易舉獲取測定目標(biāo)相關(guān)資料。

地理信息系統(tǒng)（Gis）技術(shù)的特點(diǎn)是，把空間數(shù)據(jù)作為研究的對象，在利用各種地理圖形的基礎(chǔ)上，用計(jì)算機(jī)對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、編輯、存儲等操作的綜合分析技術(shù)系統(tǒng)。現(xiàn)在高分辨率的小型商業(yè)衛(wèi)星正是利用這種技術(shù)進(jìn)行的立體制圖，已經(jīng)取得了良好的應(yīng)用效果。

二、3S技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

（一）GPS技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

在工程測量中，利用GPS對點(diǎn)位選擇范圍廣、作業(yè)效率高、精準(zhǔn)度高、布網(wǎng)方便的特點(diǎn)建立工程控制網(wǎng)，能夠避免測量長距離時(shí)的誤差過大等缺點(diǎn)，保持了數(shù)據(jù)的可靠性和連貫性。如果遭遇通視困難、地形復(fù)雜等情況，GPS在測量工程項(xiàng)目時(shí)候自動接收觀測的數(shù)據(jù)。

在保證衛(wèi)星接收到的數(shù)據(jù)和已知的數(shù)據(jù)精確的情況下，GPS系統(tǒng)很迅速得出三維坐標(biāo)，為工程測量提供參考依據(jù)。另外一個(gè)主要應(yīng)用是變形監(jiān)測，利用GPS進(jìn)行水平位移觀測可獲得小于士2mm精度位移矢量，高程測量可獲得不大于士10mm精度。舉世矚目的三峽工程在測量上也運(yùn)用采兩個(gè)精準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)的變形監(jiān)測來完成測量項(xiàng)目的方法。

在工程測量中應(yīng)用GPS技術(shù)在上的也存在問題。首先是操作人員的素質(zhì)良莠不齊，有的在測量中分析衛(wèi)星信號只憑借比率、參考變量、方差rms這三個(gè)參數(shù)，忽視殘差圖的分析；有的技術(shù)人員為簡單行事，選擇的起算點(diǎn)過少；再就是采用的有些儀器不能進(jìn)行二維網(wǎng)聯(lián)合平差和“一點(diǎn)加一方向”平差運(yùn)算，不能滿足缺少高精度控制點(diǎn)的情況下既最大限度地與設(shè)計(jì)吻合，平差結(jié)果不周密。

（二）遙感技術(shù)（RS）在工程測量中的應(yīng)用

在工程測量中，制圖起著重要的作用，遙感技術(shù)可以全面覆蓋需要測量工程的各個(gè)角落，任何測量區(qū)域的數(shù)據(jù)資料不會遺漏。利用這種技術(shù)能夠有效滿足制圖的精度及比例尺的要求，另外一點(diǎn)是擺脫了常規(guī)的戶外制圖方式，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接自動的數(shù)據(jù)處理，免去了圖像掃描數(shù)字化的輸入過程，并且能夠按照測量需要的不同的比例尺要求來進(jìn)行制圖的編輯，得到全面的數(shù)字制圖。

遙感技術(shù)的使用會遇到的問題是在衛(wèi)星信號選擇與接收上，要精準(zhǔn)定位衛(wèi)星的方位和信號頻段；處理好制圖時(shí)候的準(zhǔn)確度和技術(shù)精度的把握，只有這樣得到的制圖才會更為精準(zhǔn)。

（三）地理信息系統(tǒng)（Gis）的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)（Gis），是地理信息發(fā)展與交通等方面的研究相互融合的產(chǎn)物。作為對空間地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理管理分析的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)其發(fā)展和應(yīng)用對測繪科學(xué)的發(fā)展意義重大，是測繪新技術(shù)的重大發(fā)展。在我們所知的諸如三峽工程、西氣東輸、南水北調(diào)工程、青藏鐵路等工程測量中，就是綜合利用了此技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模、長距離的測量，為工程項(xiàng)目的順利完成奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

三、3S技術(shù)在工程測量應(yīng)用中的完善與展望

1、更好應(yīng)用GPS技術(shù)

首先，提高選擇儀器的知識，不僅參看廠家更要注意現(xiàn)代測量需要的功能，還要注意與現(xiàn)在存有儀器的配備使用是否匹配，這樣有利于提高測量精準(zhǔn)度。其次，加強(qiáng)操作人員技術(shù)的訓(xùn)練，使其掌握科學(xué)的使用方法。科學(xué)的方法主要包括擬定觀測程序，編制GPS衛(wèi)星的可見性預(yù)報(bào)圖，并且能夠以此來定位觀測區(qū)域的方法的歸納與總結(jié)，不斷完善知識結(jié)構(gòu)體系，從而掌握設(shè)計(jì)GPS網(wǎng)與地面的聯(lián)測方案。

2、更好應(yīng)用遙感技術(shù)（RS）

加大遙感技術(shù)的推行力度，不僅精通測量中此項(xiàng)技術(shù)的使用還要將相關(guān)滲透學(xué)科吃透，例如地址構(gòu)造學(xué)相關(guān)方面，這對于測量成圖有很要的意義。利用遙感圖像進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造分析，常能發(fā)現(xiàn)地面常規(guī)工作不能發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)構(gòu)造。為工程測量的準(zhǔn)確度提供保證，更有利于工程項(xiàng)目的施工和規(guī)劃，也能夠更好論證測量的結(jié)果。

3、更好應(yīng)用地理信息系統(tǒng)（Gis）

目前這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在被升級為數(shù)字地球的概念，在工程測量使用的過程中主要熟知Gis集地理數(shù)據(jù)采集存儲、管理、分析、三維可視化顯示與成果輸出于一體的數(shù)據(jù)流程。將數(shù)據(jù)庫、內(nèi)外一體化測圖、掃描矢量化及全數(shù)字?jǐn)z影測量等技術(shù)融合在一起使用，形成科學(xué)的管理化標(biāo)準(zhǔn)。目前國家測繪地理信息局人事司舉辦公務(wù)員管理信息系統(tǒng)建設(shè)培訓(xùn)班是將這些知識體系化的范例，具有很好的借鑒意義。

四、展望3S技術(shù)在測量中集成應(yīng)用

伴隨著測繪新技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代工程測量所使用的3S技術(shù)不斷的融合，集成為三者之間相互配合的技術(shù)，這是測量發(fā)展的一個(gè)趨勢。Gis與RS的集成與應(yīng)用于變化監(jiān)測和實(shí)時(shí)更新，RS具有實(shí)時(shí)、快速、動態(tài)獲取大范圍地表信息的能力，隨著GPS的定位誤差越來越小，Gis的空間分析功能越來越完善。這樣在工程測量中能夠充分利用Gis中的電子地圖和GPS 接收機(jī)的實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)，用以以組成GPS+Gis的各種自動電子導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行測量。總之，3S技術(shù)現(xiàn)代新型的測量方法，相互之間取長補(bǔ)短，功能強(qiáng)大，在工程測量中發(fā)揮了巨大的作用。

結(jié)語

當(dāng)今數(shù)字地球時(shí)代，3S技術(shù)不僅在工程測量領(lǐng)域大顯身手，壓在其他領(lǐng)域發(fā)揮了不可忽視的作用。它促進(jìn)了測量手段和方法的革命，具有里程碑意義；并且有利的促進(jìn)了學(xué)科之間的融合和縱深發(fā)展。

研究的趨勢是定量化，數(shù)字化，可視化，成為未來數(shù)字中國建設(shè)不可缺少的技術(shù)基礎(chǔ)。3S等技術(shù)應(yīng)用于國家建設(shè)也是時(shí)代需求的必然結(jié)果，代表了信息化的未來趨勢。