GIS在城市測繪中的應(yīng)用

段然?夏佼

摘要：隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，城市規(guī)劃和城市測量的需求日益迫切，傳統(tǒng)的測繪技術(shù)已經(jīng)滿足不了當(dāng)下快速發(fā)展的城市建設(shè)。因而，基于GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)的城鎮(zhèn)制圖方法具有較高的科學(xué)性和實(shí)用性，并在近幾年被普遍采用。如何正確處理GIS在城市測繪中的應(yīng)用，是現(xiàn)代人值得考慮的問題。對GIS的概念作了較為詳盡的闡述，并對GIS技術(shù)在城市地形圖中的應(yīng)用作了較為詳盡的闡述。

關(guān)鍵詞：地理信息；城市測繪；應(yīng)用技術(shù)

一、前言

測繪GIS的建設(shè)是一個(gè)十分繁雜的項(xiàng)目，在施工過程中要嚴(yán)格遵守有關(guān)部門的規(guī)章制度。隨著社會以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，GIS技術(shù)在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。GIS以其強(qiáng)大的信息分析與處理能力，以及便捷的輸出能力，顯示出信息與數(shù)據(jù)的多樣性。

二、GIS理論概述

（一）GIS概念

GIS是一個(gè)以計(jì)算機(jī)為運(yùn)算核心，進(jìn)行測量采集、存儲、保存和處理的系統(tǒng)。GIS數(shù)據(jù)的處理方式把測量信息分為兩種類型，即空間類型數(shù)據(jù)和屬性類型數(shù)據(jù)。然后，基于這兩種數(shù)據(jù)，在專用的地理分析軟件中，構(gòu)建易于識別和分析的圖層，并基于該圖層構(gòu)建一個(gè)整體的空間地理信息模型，并通過GPS全球定位技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)地進(jìn)行地理位置和動(dòng)態(tài)跟蹤，實(shí)現(xiàn)空間地理數(shù)據(jù)分析、動(dòng)態(tài)預(yù)測和科學(xué)管理。

GIS融合了地理空間學(xué)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)測量學(xué)等多個(gè)專業(yè)的知識，有很強(qiáng)的專業(yè)性和技術(shù)性，因此，GIS的從業(yè)人員要掌握這一綜合技術(shù)，就需要同時(shí)具備多個(gè)相關(guān)專業(yè)的知識，如圖1所示。從具體的工作需要來看，GIS要進(jìn)行具體分析，并結(jié)合實(shí)際，制定出切實(shí)可行的方案，從而達(dá)到預(yù)期的目的。從國內(nèi)城市測繪的需求來看，目前城市的建筑面積和體積呈不斷增大的趨勢，建筑風(fēng)格日趨復(fù)雜，新材料的應(yīng)用不斷增加，這就對地理測量的精度提出了更高的要求。而GIS則可以利用其工程量小的特點(diǎn)，有效簡化測繪工作的流程，從而節(jié)約了時(shí)間和勞動(dòng)成本。GIS具有高時(shí)效性，其借助衛(wèi)星定位，視頓監(jiān)測等高技術(shù)手段，實(shí)時(shí)獲取測量數(shù)據(jù)成果。同時(shí)，GIS精度高，其對測繪數(shù)據(jù)信息的采集輸入、運(yùn)算分析和整理存儲都是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行的，因此它一定會成為今后城市測繪的主要方法。

（二）GIS的功能

GIS是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)對空間和地理數(shù)據(jù)進(jìn)行多種處理的技術(shù)，它的基本功能包括：

1.對數(shù)據(jù)進(jìn)行空間信息的分析與檢索

GIS采用了層次處理的方法來構(gòu)建一個(gè)地理數(shù)據(jù)庫，將收集到的空間讀庫地理信息數(shù)據(jù)存儲到這個(gè)數(shù)據(jù)庫中，以便后期有關(guān)工作人員可以對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和處理。在智能城市的測繪工作中，使用這個(gè)功能可以把收集到的城市空間測繪數(shù)據(jù)以圖片的形式輸出，并且可以對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析和查詢，最終以原始圖的方式展現(xiàn)出來，可以給城市規(guī)劃工作人員帶來更為客觀的數(shù)據(jù)參考。

2.運(yùn)用模糊綜合評判方法進(jìn)行綜合評判

有關(guān)部門在進(jìn)行智能城市的規(guī)劃和建設(shè)的時(shí)候，除了可以運(yùn)用GIS來采集、整理、分析和儲存相關(guān)數(shù)據(jù)之外，還可以將采集到的數(shù)據(jù)采用不同的運(yùn)算方法來進(jìn)行分析和評估，并將運(yùn)算結(jié)果以函數(shù)和命令的形式展現(xiàn)出來，為其他信息測繪工作提供數(shù)據(jù)參考。此外，還可以利用所收集到的真實(shí)空間地理數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊預(yù)測，對一定空間范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的地理現(xiàn)象進(jìn)行推斷，從而制定相應(yīng)的防范措施。

（三）地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢

1.具有可靠的抗干擾能力

GIS在實(shí)際應(yīng)用中涉及地理學(xué)、地圖學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、遙感技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域，它的綜合特性比較顯著，突破了傳統(tǒng)地圖測繪的空間局限，并具備很強(qiáng)的抗干擾性。城市環(huán)境中的要素很多，許多測繪工作都是在一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境中進(jìn)行的，GIS的應(yīng)用可以減少地理環(huán)境和氣象因素的影響，提高城市測繪數(shù)據(jù)的精度。

2.測繪數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度高

GIS在獲取空間地理信息的過程中，需要使用各種先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，例如電子速測儀、遙感圖像處理系統(tǒng)、GPS全球定位技術(shù)等，多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用可以有效地提高空間地理信息測繪數(shù)據(jù)的精度。

三、GIS在城市測繪中的應(yīng)用途徑

（一）測繪數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)代化城市的建設(shè)規(guī)模在持續(xù)擴(kuò)大，同時(shí)，它在運(yùn)營中使用的信息技術(shù)和創(chuàng)新概念的種類也在增加。通過多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)將城市中的各個(gè)服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行整合和貫通，降低資源浪費(fèi)，提高城市的智能化服務(wù)水平，從而提高居民的生活質(zhì)量，這是未來城市發(fā)展的一個(gè)重要趨勢，這種城市建設(shè)理念也被稱為智慧城市。為了促進(jìn)智慧城市的建設(shè)和發(fā)展，必須對城市規(guī)劃和建設(shè)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和提升，例如，由于測量精度上的缺陷，傳統(tǒng)的城市測繪技術(shù)已很難適應(yīng)日益增長的城市測繪需求，運(yùn)用GIS、遙感技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)等對城市空間地理信息數(shù)據(jù)展開全面收集，并使用軟件系統(tǒng)對相關(guān)數(shù)據(jù)展開分析、分類。該方法能夠很好地適用于城市中的建筑、交通、風(fēng)景等要素，提高了地圖的精度和完整性。本項(xiàng)目的研究成果將為智慧城市的構(gòu)建提供更加精確的測量數(shù)據(jù)。

（二）顯示測繪數(shù)據(jù)

傳統(tǒng)的紙上制圖都是按一定的比例編制的，以靜態(tài)圖表的方式顯示城市地圖的數(shù)據(jù)。平面GIS指的是以計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)為基礎(chǔ)，呈現(xiàn)已經(jīng)完成測繪的地形圖，運(yùn)用不同的顏色、文字、符號、圖形等顯示各類空間地理信息，使其變得更加直觀。例如，利用電子地圖中觀察點(diǎn)的分布特點(diǎn)，來對一定區(qū)域中的人群密度展開分析，還可以利用電子地圖中的線段分布密集程度了解該區(qū)域中的道路輻射情況等。通過明確各個(gè)文字、符號和圖形的意義，可以在電子地圖中從多個(gè)角度將城市范圍內(nèi)的地理信息反映出來，從而提升城市測繪數(shù)據(jù)的利用率。

（三）量算地理空間數(shù)據(jù)

在城市地圖繪制中，空間測量是非常重要的一環(huán)，而在以往，這一環(huán)的測量往往需要大量的人力[1]、資源、時(shí)間、能量。利用GIS本身所具有的運(yùn)算能力，可以對城市地理空間資料進(jìn)行質(zhì)心、距離、幾何等的測量工作。這里面涉及了更多的內(nèi)容，包括區(qū)域范圍內(nèi)的人口密度、土地類型改變等因素，這是一項(xiàng)需要進(jìn)行長時(shí)間追蹤和計(jì)算的復(fù)雜工作。GIS通過對目標(biāo)物外觀形狀上的變化進(jìn)行量算，得到定量的計(jì)算結(jié)果，從而降低了城市空間量算的難度。

距離量算的目的是對城市中的道路交通狀況有一個(gè)全面的認(rèn)識，對各交通道路中的通車情況、車輛特點(diǎn)、堵車原因、行駛距離等展開向量分析或格概分析，從而迅速得到各個(gè)指標(biāo)的量算結(jié)果。

幾何量算主要是繪制城市中的建筑物和構(gòu)筑物的幾何指數(shù)，包括了目標(biāo)物體的長寬值、方向、曲率、體積等，這樣才能對城市中的建筑分布信息有一個(gè)完整的了解。

（四）地理空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)

在進(jìn)行城市測繪工作時(shí)，會生成大量的測量數(shù)據(jù)，利用GIS建立一個(gè)專用的數(shù)據(jù)庫，對各種測繪數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、整理和存儲，確保城市測繪數(shù)據(jù)的完整，讓工作人員可以在智慧城市的建設(shè)中對各種地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索和使用。此外，工作人員可以根據(jù)地圖資料、發(fā)展目標(biāo)，對城區(qū)內(nèi)的各種基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行規(guī)劃。

（五）緩沖區(qū)分析

緩沖是GIS最基本的功能之一，它可以幫助GIS對重要的節(jié)點(diǎn)和周圍的設(shè)備、設(shè)施，如醫(yī)院、學(xué)校、銀行、公園、購物中心等關(guān)鍵性的公共建筑與場所進(jìn)行科學(xué)分析，判斷上述建筑的輻射半徑能否涵蓋全城。在對各公共建筑和場所的交通道路設(shè)置的科學(xué)性等緩沖區(qū)域進(jìn)行的分析工作中會有大量的向量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有時(shí)還會配合使用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

（六）鄰城分析

鄰城法又稱窗口法，是柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型中使用最多的一個(gè)函數(shù)。柵格結(jié)構(gòu)是最直接、最簡單的一種空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一個(gè)柵格隨著時(shí)間的流逝，會對周邊的柵格特性產(chǎn)生一定的影響與干擾，運(yùn)用計(jì)算機(jī)地學(xué)方法對柵格點(diǎn)在空間上的相互關(guān)系進(jìn)行分析與響應(yīng)，并對其進(jìn)行極端、平均等資料的處理，可以為工作人員分析城市測繪資料提供更多的資料分析層面。

（七）網(wǎng)格分析

網(wǎng)格分析是基于向量數(shù)據(jù)的函數(shù)構(gòu)造，幫助城市規(guī)劃者確定最優(yōu)的規(guī)劃路線和最優(yōu)的布局重點(diǎn)。最優(yōu)路徑是指從一個(gè)點(diǎn)到另外一個(gè)點(diǎn)所用的時(shí)間和所需步行距離。最優(yōu)布置中心是以中心點(diǎn)為原點(diǎn)，在一小片區(qū)域上作輻射狀，各輻射點(diǎn)與中心點(diǎn)之間的距離為最小。柵格分析方法的科學(xué)化對于提升市民對城市空間規(guī)劃的滿意程度有著十分重要的作用。

四、GIS在城市中的實(shí)踐應(yīng)用方向

GIS的應(yīng)用給城市測繪帶來了新的技術(shù)應(yīng)用思路，把它運(yùn)用到城市建設(shè)的各個(gè)方面，充分發(fā)揮GIS技術(shù)的優(yōu)越性，為工作人員提供精確的地理信息數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，對該技術(shù)的應(yīng)用策略進(jìn)行靈活調(diào)整，這樣才可以最大限度地提升地理信息數(shù)據(jù)的利用價(jià)值。

（一） 制定土地應(yīng)用決策方案

GIS在城市地圖繪制中有著十分廣闊的實(shí)際運(yùn)用路徑。GIS的主要作用就是數(shù)據(jù)的處理與數(shù)據(jù)庫的建立，工作人員可以利用這兩個(gè)功能快速搜索出具有多種空間屬性的土地資源信息，并根據(jù)搜索結(jié)果提出一套更加科學(xué)、合理的城市規(guī)劃方案。此外，工作人員還可以以相關(guān)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建出一個(gè)決策化的模型，從而為有關(guān)部門和工作人員提升城市土地資源的管理和利用效率，提供一個(gè)有價(jià)值的數(shù)據(jù)[2]。而且，GIS自身具有的繪圖功能可以為工作人員提供繪圖數(shù)據(jù)的參考，從而極大地減輕傳統(tǒng)的城市測繪工作中以手工方式進(jìn)行繪圖所帶來的工作壓力和工作量，在提高工作人員工作效率的同時(shí)，還可以提升繪圖比例縮放的精度。GIS支持海拔、坡度、坡位、降水量、土壤類型等多個(gè)參數(shù)的圖表繪制要求，可以用各個(gè)層面的信息單獨(dú)地反映出地圖的信息，并將各個(gè)層面的顯示信息與土地植被信息相融合，從而對地圖的繪制質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化。除上述之外，還可以運(yùn)用WIN地理信息系統(tǒng)來對地圖進(jìn)行分類，除了與傳統(tǒng)圖形相結(jié)合的地圖表現(xiàn)形式，還可以繪制線狀圖、點(diǎn)狀圖、面狀圖等多種形式的地圖，更可以根據(jù)用戶的要求發(fā)布指令。在此基礎(chǔ)上，有關(guān)部門提出了一種基于GIS的城市國土空間規(guī)劃編制方法。

（二）土地資源調(diào)查與審批

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市也一直處于動(dòng)態(tài)發(fā)展之中，利用GIS幫助完成城市測繪工作，并根據(jù)城市測繪工作目標(biāo)的變化，對GIS技術(shù)持續(xù)進(jìn)行更新和優(yōu)化，為城市測繪工作提供可靠的技術(shù)支持。在GIS的應(yīng)用中，操作員要根據(jù)測繪工作目標(biāo)，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程，提高測繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，協(xié)助工作人員完成土地資源的調(diào)查。同時(shí)，GIS也可以用于工程建設(shè)的審批和管理。

（三）土地資源的數(shù)據(jù)管理

城鎮(zhèn)用地管理工作以城鎮(zhèn)土地資源調(diào)查為中心，以提升城鎮(zhèn)用地調(diào)查的精度與完整性，實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)用地調(diào)查的目標(biāo)[3]。這些資料的使用，不但可以為城市用地的查詢與制圖提供依據(jù)，而且可以幫助決策部門進(jìn)行城市用地的分析、評價(jià)與動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

（四）繪制城市電子地圖

為了給人們提供更為精確的地圖和導(dǎo)航服務(wù)，電子地圖和電子導(dǎo)航在人們的日常生活中得到了非常廣泛的應(yīng)用，為制作高精度的電子地圖，必須有更為精確的資訊收集渠道，才能獲得更為精確的資訊。在獲取非空間數(shù)據(jù)時(shí)，科技工作者必須具備某種處理技巧，才能將衛(wèi)星定位與遙感技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，并提取所獲得的數(shù)據(jù)，存儲在已完成的數(shù)據(jù)中。在這一過程中，技術(shù)人員可以利用地理信息系統(tǒng)來完成城市地圖的繪制，并收集各種城市的信息。為保證采集信息格式的一致性，加快城市信息數(shù)據(jù)的收集、整理和分類，可以制定統(tǒng)一的管理規(guī)范。城市電子地圖的每一個(gè)區(qū)程，都需要有大量的字段屬性和多種屬性信息的疊加，才能將一幅地圖的完全信息展現(xiàn)出來。通過使用不同顏色、不同符號和分級密度值對地圖信息展開排列，就可以為用戶展示出錯(cuò)落有致的電子地圖信息。例如，在電子地圖中所顯示的路況信息，就是由兩種色彩來區(qū)別的，在應(yīng)用導(dǎo)航的過程中，通過對路況的觀察，可以知道目標(biāo)行走路徑的擁堵狀況，從而重新選擇自己的行進(jìn)路徑[4]。

（五）城市資源調(diào)查

在城市化發(fā)展的過程中，城市的人口在逐年增加，造成了城市資源的日益緊缺。為了適應(yīng)日益變化的城市管理需要，當(dāng)?shù)卣猿鞘懈鱾€(gè)區(qū)域發(fā)展的具體狀況為基礎(chǔ)，制定出一套科學(xué)的資源規(guī)劃對策，運(yùn)用GIS技術(shù)，在城市測繪過程中，對城市的資源數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的探討，并進(jìn)行全面搜集，以此為指導(dǎo)，對城市的資源進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，這對于推動(dòng)城市的良性發(fā)展有著非常重要的作用。

（六）信息化測繪技術(shù)中的遙感技術(shù)以及地理信息更新、資源共享

在信息化測繪技術(shù)中，遙感技術(shù)具體表現(xiàn)為兩個(gè)部分：一是光學(xué)雷達(dá)傳感器，二是光譜識別技術(shù)。光譜識別技術(shù)類似于激光技術(shù)，該技術(shù)提高了繪制結(jié)果的精度，進(jìn)而保證了繪制的效果。此外，在信息化繪制技術(shù)的發(fā)展中，還包含了對地理信息的實(shí)時(shí)更新有關(guān)內(nèi)容的研究，在建設(shè)信息化繪制技術(shù)的過程中，城市地理空間信息的更新技術(shù)是必不可少的，在建設(shè)信息化繪制技術(shù)的時(shí)候，必須將地理信息定位技術(shù)和自動(dòng)整合技術(shù)運(yùn)用到信息化繪制技術(shù)的建設(shè)中，才能從根本上提高繪制技術(shù)的效果，從而很好地推動(dòng)城市空間地理數(shù)據(jù)庫的發(fā)展。除此之外，還包括了對測量技術(shù)與信息資源的共享等構(gòu)成的部分[5]。在信息化繪制技術(shù)的系統(tǒng)建設(shè)過程中，信息資源的高效交流和分享起著較為關(guān)鍵的作用，它的主要目的是從信息的應(yīng)用角度展開對繪制工作動(dòng)態(tài)變化的共享，從而使信息資源的傳播可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)維度的循環(huán)。這當(dāng)中，信息傳播的安全性是一個(gè)值得重點(diǎn)關(guān)注的問題，提高安全性能對測繪技術(shù)的后續(xù)發(fā)展有利。

（七） 立體輸出模式應(yīng)用

立體輸出模式的興起，突破了以往只能以2D形式顯示的限制，以電腦技術(shù)為基礎(chǔ)，通過軟件將收集到的資料構(gòu)建為3D立體模式。這種方法既符合人類的日常觀測習(xí)慣，又可以為技術(shù)人員提供多種形式的地圖，便于他們按照不同的需要進(jìn)行工作。但是，這種技術(shù)的使用對操作者的職業(yè)水平有很高的要求，除了要掌握一定的地理信息技術(shù)知識之外，還要有一定開拓創(chuàng)新的能力，這樣才可以根據(jù)城市的具體狀況，針對性進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，為城市的規(guī)劃和發(fā)展提供精確的地理信息數(shù)據(jù)模型。

（八）在城市道路測繪中的應(yīng)用。

GIS不僅有很強(qiáng)的定位能力，而且還有很強(qiáng)的導(dǎo)航能力。隨著城市化的發(fā)展，私人汽車越來越多，為了解決交通問題，人們在城市中修建了大量的高架公路和高速公路，導(dǎo)致城市道路的復(fù)雜性。同時(shí)，由于城區(qū)面積廣袤，在公路建設(shè)中還存在著許多難以選擇的線路。GIS的定位導(dǎo)航功能與 GPS的定位功能相結(jié)合，即便在道路情況復(fù)雜的情況下，也可以為人們選擇出一條最優(yōu)的行駛路線，大大節(jié)約出行時(shí)間。另外， GIS對城市道路的規(guī)劃也有很大幫助，通過 GIS的輔助，可以將 GIS應(yīng)用于道路規(guī)劃，使其對城市道路的總體布局有一個(gè)全面的了解，進(jìn)而提高城市道路的標(biāo)準(zhǔn)化程度。

五、結(jié)語

綜上所述，隨著我國城市化進(jìn)程的推進(jìn)，傳統(tǒng)的測繪技術(shù)已經(jīng)滿足不了當(dāng)下快速發(fā)展的城市建設(shè)，地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)，可以提高城市測繪的工作效率與質(zhì)量，能夠大大提高測繪數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，還能夠降低測繪人員的工作強(qiáng)度與難度，使數(shù)據(jù)采集更加便利與精準(zhǔn)，有效減少了出現(xiàn)差錯(cuò)的概率，對城市化建設(shè)有著很大的促進(jìn)作用。因此，應(yīng)該對地理信息系統(tǒng)在城市測繪中的應(yīng)用提高重視，對地理信息系統(tǒng)在城市測繪中的應(yīng)用進(jìn)行更加深入的探究，以促進(jìn)我國城市測繪水平的穩(wěn)步提高。

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作者單位：重慶市勘測院

責(zé)任編輯：尚丹