測繪新技術(shù)在測繪與地理空間信息獲取中的應(yīng)用

馮顏博

摘要：測繪學(xué)科發(fā)展到今天已經(jīng)進(jìn)入到信息化測繪階段，現(xiàn)代測繪是各種地理空間數(shù)據(jù)的采集、量測、處理、顯示、管理和利用的科學(xué)與技術(shù)，這種信息是構(gòu)建“數(shù)字中國”的基礎(chǔ)。測繪新技術(shù)的發(fā)展為各種信息的獲取提供了方便，測繪新技術(shù)的發(fā)展為測繪與地理空間信息獲取提供了很多技術(shù)手段，使得數(shù)據(jù)的獲取更加訊速，更加準(zhǔn)確，更加自動化。

Abstract： Subject of surveying and mapping development today has entered the stage of informatization. Modern surveying and mapping is the science and technology of collecting， measuring， processing， displaying， managing and utilizing various geospatial data. This kind of information is foundation to build "digital China". The development of new surveying and mapping technology has provided convenience for the acquisition of various information and provided many technical means for surveying and mapping and geospatial information acquisition， making data acquisition more speedy， more accurate and more automated.

關(guān)鍵詞：測繪新技術(shù);測繪與地理空間信息;信息獲取

Key words： new surveying and mapping technology;mapping and geospatial information;information acquisition

中圖分類號：TU198? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）34-0195-03

0? 引言

測繪的一個重要任務(wù)就是獲得各種地理位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、測繪儀器及設(shè)備的更新，測繪學(xué)科在經(jīng)歷傳統(tǒng)測繪、數(shù)字化測繪之后已經(jīng)進(jìn)入信息化測繪階段，測繪不僅僅研究地球和其他實(shí)體的位置信息和屬性信息的采集、處理、發(fā)布、管理、更新及利用，測繪學(xué)科的服務(wù)對象和應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)展到地理空間信息相關(guān)的各個領(lǐng)域[1]。現(xiàn)代測繪的基礎(chǔ)是地理空間信息數(shù)據(jù)，地理空間信息數(shù)據(jù)是向用戶及社會提供有效信息服務(wù)的基礎(chǔ)，因此如何自動化、快速化、智能化、數(shù)字化、實(shí)時化的獲取地理空間信息數(shù)據(jù)成為現(xiàn)代測繪的發(fā)展方向，衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、高分辨率遙感衛(wèi)星技術(shù)、數(shù)碼航空攝影測量技術(shù)、無人機(jī)航攝遙感技術(shù)、機(jī)載激光掃描技術(shù)、地面移動測圖技術(shù)、地面激光掃描技術(shù)、輕型飛機(jī)大比例尺地形測繪技術(shù)等新技術(shù)形態(tài)為地理信息數(shù)據(jù)的獲取提供了更多技術(shù)手段，與此同時隨著多學(xué)科交叉、多技術(shù)融合，測繪的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)展到與地理空間信息相關(guān)的多個方面，從傳統(tǒng)測繪的地圖服務(wù)為主擴(kuò)展到基于諸多地理信息的一體化服務(wù)，同時隨著社會的飛速發(fā)展，對數(shù)據(jù)的更新速度和更新頻率提出了更高的要求，這就需要提供隨時間變化的準(zhǔn)實(shí)時或?qū)崟r變化的地理信息[2]。現(xiàn)代測繪正在構(gòu)建基于陸、海、空、天的多平臺、多傳感器的先進(jìn)測繪新技術(shù)形態(tài)，為地理空間信息數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確獲取提供更多技術(shù)手段[3]。

1? 測繪新技術(shù)獲取地理空間信息的方法

1.1 衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)

隨著GLONASS、BDS、Galileo系統(tǒng)逐漸完善并提供服務(wù)，GPS應(yīng)用已轉(zhuǎn)換為多系統(tǒng)融合的GNSS應(yīng)用。多系統(tǒng)多頻組合定位可以縮短模糊度的初始化時間，提高可靠性及定位精度，已成為高精度衛(wèi)星定位的發(fā)展方向[4-5]。現(xiàn)階段GNSS定位技術(shù)的研究主要在精密單點(diǎn)定位技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)（Network RTK）兩個方面。精密單點(diǎn)定位需要精密的衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差參數(shù)，對單臺雙頻GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，進(jìn)行實(shí)時動態(tài)定位或2-4cm級的精度進(jìn)行較快速的靜態(tài)定位。目前國內(nèi)外多個連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)（CORS，continuous operational reference system）已經(jīng)投入工程化應(yīng)用，現(xiàn)階段基于雙差模式的網(wǎng)絡(luò)RTK已經(jīng)比較成熟，非差模式的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)研究已經(jīng)取得階段性成果。我國已經(jīng)建立覆蓋全國的CORS網(wǎng)。目前GNSS定位技術(shù)可以提供全天候、三維、高精度定位信息，在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)中發(fā)揮著非常重要的作用[15]。

由于4大GNSS系統(tǒng)的融合以及快速獲取整周模糊度和實(shí)時差分技術(shù)的日漸完善，基于GNSS快速獲取高精度的地理空間信息位置信息提供了可能。

1.2 高分辨率測繪遙感衛(wèi)星平臺

高分辨率遙感可以以米級甚至亞米級空間分辨率精細(xì)觀測地球，優(yōu)于米級的高分辨率立體測圖衛(wèi)星將是今后測繪衛(wèi)星的一個主要發(fā)展方向[6]?！秶颐裼每臻g基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）》中指出建設(shè)由高分辨率光學(xué)立體測圖衛(wèi)星、重力衛(wèi)星、干涉雷達(dá)衛(wèi)星等不同種類衛(wèi)星有機(jī)組成的測繪衛(wèi)星體系并兼有激光測繪的功能，推動多用途衛(wèi)星協(xié)同應(yīng)用，要用于1∶5萬、1∶1萬及更大比例尺地圖測圖和更新[7]，衛(wèi)星影像覆蓋范圍大、時間分辨率高、使用場景廣泛，隨著高分辨率測繪遙感衛(wèi)星平臺的投入使用，實(shí)時動態(tài)獲取全球地理空間信息成為可能，目前通過建立高精度成像幾何模型，建立從原始影像到測繪產(chǎn)品的全流程并行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。衛(wèi)星成像技術(shù)及立體成像能力的發(fā)展，使得衛(wèi)星測繪（Satellite Mapping）成為了地理空間信息獲取與持續(xù)更新的主要技術(shù)手段之一。有關(guān)專家預(yù)測在未來幾年內(nèi)，在1∶5 000至更小比例尺地圖的測繪方面，競爭力日益提高的高分辨率遙感衛(wèi)星將取代傳統(tǒng)的航空攝影測量，因此高分辨率測繪遙感衛(wèi)星平臺快速獲取大面積范圍的地類位置信息成為可能。

1.3 數(shù)碼航空攝影測量技術(shù)

CCD等光電感應(yīng)器件技術(shù)的發(fā)展帶來了數(shù)碼相機(jī)的誕生及其迅速提升，數(shù)碼航空攝影測量指的是在飛行器上用數(shù)碼航空攝影相機(jī)對地面連續(xù)攝取像片，結(jié)合地面控制點(diǎn)測量、調(diào)繪和立體測繪等步驟，得到地面上各種實(shí)體的空間信息。航空攝影測量具有適應(yīng)場景多、測量速度快、工作效率高等特點(diǎn)，隨著大像幅航攝儀的開發(fā)與應(yīng)用、“傾斜攝影”成像方式的應(yīng)用、基于改進(jìn)的暗原色原理航空影像的快速去霧處理技術(shù)的成熟，同時基于地面多種控制和約束信息的攝影測量定位、定向技術(shù)也得到較大發(fā)展，出現(xiàn)了一批依據(jù)直線、曲線特征的影像位姿解算方法，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的點(diǎn)特征向高維特征的解算方法的演進(jìn)[8]。因此數(shù)碼航空攝影測量技術(shù)為快速的獲取地理空間信息提供了高效手段。

1.4 無人機(jī)航攝系統(tǒng)

無人機(jī)航攝系統(tǒng)作為傳統(tǒng)航空攝影測量手段的有力補(bǔ)充，其推廣應(yīng)用是國家測繪地理信息局提升我國測繪技術(shù)裝備水平的重要內(nèi)容之一。無人機(jī)航攝系統(tǒng)的應(yīng)用在提升測繪應(yīng)急保障服務(wù)能力、構(gòu)建數(shù)字中國、監(jiān)測地理國情、提升社會管理效能等方面具有明顯優(yōu)勢，并且對氣象條件要求低，受空中管制影響小。無人機(jī)航攝系統(tǒng)作為傳統(tǒng)航攝系統(tǒng)的有益補(bǔ)充，以其高效率、低成本、易機(jī)動、適用場景廣泛等優(yōu)勢在航攝領(lǐng)域迅速得到廣泛應(yīng)用[9]。近年來無人機(jī)航攝系統(tǒng)集成了GPS定位模塊，通過實(shí)時差分或者事后差分結(jié)算，精確記錄曝光瞬間的攝影中心點(diǎn)坐標(biāo)，通過飛行架構(gòu)航線可以減少外業(yè)所需像控點(diǎn)，現(xiàn)階段新型飛控系統(tǒng)已經(jīng)集成了雙頻GPS、IMU測姿單元，通過GPS、IMU開展測姿參數(shù)聯(lián)合計算，可以在復(fù)雜地形地區(qū)開展稀少（無）控制測圖，同時能夠極大的減少外業(yè)工作量[13]。

隨著無人機(jī)航攝系統(tǒng)的完善，有效負(fù)載的增大，續(xù)航時間的增長，飛行質(zhì)量的提高，其可以滿足大比例尺測圖、高精度的城市三維建模以及各種工程應(yīng)用的需要，無人機(jī)航攝遙感系統(tǒng)在獲取地理空間信息數(shù)據(jù)上有較強(qiáng)的優(yōu)勢。

1.5 機(jī)載激光掃描系統(tǒng)

LiDAR（激光測距技術(shù)）是一種集激光、全球定位系統(tǒng)（GPS）、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）三種新技術(shù)于一體的系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的人工單點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣舆B續(xù)數(shù)據(jù)獲取。快速獲取目標(biāo)點(diǎn)的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過特定的方程結(jié)算可以獲得高密度、高精度的目標(biāo)點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并構(gòu)建目標(biāo)物的三維立體模型。目前用于獲得地面數(shù)字高程模型（DEM）的LIDAR系統(tǒng)已經(jīng)日臻成熟，已成為快速、精確獲取地理空間信息的重要手段，現(xiàn)階段激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和影像的采集可以聯(lián)合進(jìn)行，光學(xué)影像和激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)兩者之間優(yōu)勢互補(bǔ)，可以自動實(shí)現(xiàn)大比例尺測圖、數(shù)字高程模型及三維建模。

1.6 地面激光掃描系統(tǒng)

地面激光掃描是通過空間點(diǎn)陣掃描技術(shù)和激光快速測距技術(shù)融合而產(chǎn)生的一項新型測繪技術(shù)。地面激光掃描系統(tǒng)是通過非接觸目標(biāo)的方式，通過激光掃描系統(tǒng)獲取目標(biāo)區(qū)域表面點(diǎn)云的三維數(shù)據(jù)，獲取的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，測量前無需對目標(biāo)物體進(jìn)行預(yù)處理，對采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過專業(yè)軟件處理分析，得到目標(biāo)物體的三維模型，它不同于單純的測繪技術(shù)，又被稱為“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，采集目標(biāo)點(diǎn)的速度及效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)測量手段，脈沖式激光掃描方法的采樣點(diǎn)數(shù)可達(dá)到數(shù)千點(diǎn)每秒，而相位式的激光測量更可高達(dá)數(shù)十萬點(diǎn)每秒，可以高效率的獲取目標(biāo)物表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)從而達(dá)到高分辨率的目的，隨著相關(guān)理論及相關(guān)軟硬件的發(fā)展和成熟，地面激光掃描系統(tǒng)在采樣密度、采樣精度、工作效率等方便有了飛速發(fā)展，在采集地理信息空間數(shù)據(jù)方面具有傳統(tǒng)測繪無法比擬的優(yōu)勢[12]。

1.7 地面移動測量系統(tǒng)

地面移動測量系統(tǒng)是指在地面移動平臺上集成全球定位系統(tǒng)（GPS）、攝影測量系統(tǒng)（CCD）、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）等設(shè)備和先進(jìn)傳感器，沿著行進(jìn)方向采集周圍地物的坐標(biāo)信息及影像數(shù)據(jù)，后期經(jīng)過專業(yè)軟件編輯處理，形成地理信息數(shù)據(jù)及三維模型成果。地面移動測量系統(tǒng)是一種動態(tài)測量技術(shù)，通過非接觸的手段在一瞬間獲取目標(biāo)區(qū)域中大量物體的屬性信息和幾何信息的測量手段，用于快速、高精度的更新測區(qū)多個目標(biāo)信息，是對傳統(tǒng)測繪技術(shù)的一種革新，易于被大眾所接受與使用，滿足地理空間信息現(xiàn)勢性的要求，獲取的可量測實(shí)景影像數(shù)據(jù)處理靈活多樣，豐富了地理空間信息數(shù)據(jù)的內(nèi)容并拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域，可以極大提高地理空間信息的采集速度和更新效率，提升測繪保障服務(wù)的能力[10-11]。

2? 結(jié)語

現(xiàn)代社會隨著信息時代的到來，所有空間實(shí)體進(jìn)行了數(shù)字化，通過現(xiàn)代化的技術(shù)手段快速高效率的獲取、更新地理空間信息數(shù)據(jù)變的十分必要，現(xiàn)代化測繪指的就是獲取4W信息（何時-When、何地-Where、何目標(biāo)-What Object、何種變化-What Change）并實(shí)時準(zhǔn)確的服務(wù)給每個人、每件事（4A服務(wù)—Anyone， Anything， Anytime and Anywhere）[14]?，F(xiàn)代測繪新技術(shù)利用陸?？仗煲惑w化的導(dǎo)航定位和遙測遙感等空間數(shù)據(jù)獲取手段來為測繪及地理信息的獲取提供快捷，實(shí)時，精確的數(shù)據(jù)來源，最終服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。

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