地理信息系統(tǒng)在測繪工程中的應用探索

朱紫彤， 蔣振鵬， 王斌

（山東高新巖土工程有限公司）

1 GIS在測繪數(shù)據(jù)獲取中的應用

1.1 高精度GPS技術及其在測繪工程中的應用

高精度全球定位系統(tǒng)（GPS）技術在測繪工程中具有重要的應用價值。GPS系統(tǒng)通過接收衛(wèi)星信號并進行精確地測量，能夠提供高精度的位置信息。在測繪數(shù)據(jù)獲取中，高精度GPS 技術可以用于測量地理坐標、高程和時間等參數(shù)，為測繪工程提供準確的數(shù)據(jù)支持。在實際應用中，高精度GPS 技術常常與測量儀器結合使用，如全站儀、電子水準儀等。通過將GPS 接收器與測量儀器進行連接，可以實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的實時采集和處理。這種組合技術可以在不同的測繪任務中發(fā)揮作用，例如測量地點的經(jīng)緯度坐標、控制點的位置、地形特征的高程等。

1.2 遙感技術在測繪數(shù)據(jù)獲取中的應用

遙感技術是通過獲取、解釋和分析衛(wèi)星或航空平臺上獲得的遠距離傳感器數(shù)據(jù)，以獲取地表信息的一種方法。在測繪工程中，遙感技術廣泛應用于獲取大范圍、高分辨率的地表數(shù)據(jù)。遙感技術在測繪數(shù)據(jù)獲取中的應用包括但不限于：①土地覆蓋分類：通過對遙感影像進行圖像處理和分類算法，可以將地表特征分類為不同的土地覆蓋類型，如森林、農(nóng)田、水域等。這對于土地利用規(guī)劃和環(huán)境管理具有重要意義。②地形和地貌分析：遙感技術可以提供地表高程信息，從而實現(xiàn)地形和地貌特征的提取和分析。例如，可以通過獲取數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，生成地形剖面、坡度圖和等高線圖等，為地形分析和工程設計提供基礎數(shù)據(jù)。③災害監(jiān)測與評估：遙感技術可以實時監(jiān)測自然災害如洪水、地震和森林火災等，及時評估災害影響范圍和損失，為救災和重建提供支持。

1.3 激光雷達測量在測繪工程中的應用

激光雷達測量技術是一種通過發(fā)射激光束并測量其返回時間來獲取地表數(shù)據(jù)的高精度測量技術。激光雷達系統(tǒng)可以提供高密度、高精度的點云數(shù)據(jù)，廣泛應用于測繪工程中。激光雷達測量在測繪工程中的應用包括但不限于：①地形建模：通過激光雷達測量獲取地表點云數(shù)據(jù)，并使用地面提取算法，可以生成高精度的地形模型。這對于地形分析、工程設計和水資源管理等方面具有重要意義。②建筑物三維建模：激光雷達可以精確測量建筑物的形狀和結構，實現(xiàn)高精度的三維建模。這在城市規(guī)劃、建筑設計和文化遺產(chǎn)保護等領域具有重要應用價值。③森林資源調(diào)查：激光雷達可以快速獲取森林的垂直結構信息，如樹高、樹冠密度和林分結構等。這對于森林資源管理和生態(tài)環(huán)境評估具有重要意義。

1.4 具體案例分析和數(shù)據(jù)展示

案例一：道路測量和規(guī)劃

在道路測量和規(guī)劃中，高精度GPS 技術發(fā)揮了重要作用。通過結合GPS 接收器和測量儀器，可以實現(xiàn)道路幾何參數(shù)的快速測量和數(shù)據(jù)采集（見表1）。

通過使用高精度GPS 技術進行道路測量，可以獲取每個測量點的經(jīng)度、緯度和高程數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用于生成道路的幾何特征圖，并為道路規(guī)劃和設計提供準確的地理信息支持。

案例二：土地利用規(guī)劃

在土地利用規(guī)劃中，遙感技術提供了大范圍土地覆蓋分類和變化監(jiān)測的能力（見表2）。

表2 土地利用分類數(shù)據(jù)示例

利用遙感影像數(shù)據(jù)和圖像處理技術，可以對土地覆蓋進行分類和統(tǒng)計。表2展示了一個土地利用分類的示例，包括不同類別的面積和百分比。這些數(shù)據(jù)在土地利用規(guī)劃、環(huán)境保護和自然資源管理等方面具有重要的決策參考價值。通過上述案例和數(shù)據(jù)展示，可以進一步說明高精度GPS技術、遙感技術和激光雷達測量在測繪工程中的應用[2]。這些技術的應用為測繪工程提供了準確的數(shù)據(jù)和空間信息支持，促進了測繪工作的效率和精度提升，同時也為城市規(guī)劃、環(huán)境管理和資源開發(fā)等領域提供了有力的決策依據(jù)。

2 GIS 在測繪數(shù)據(jù)處理與分析中的應用

2.1 數(shù)據(jù)預處理與質(zhì)量控制技術

在測繪數(shù)據(jù)處理與分析中，數(shù)據(jù)的準確性和質(zhì)量是關鍵因素。GIS提供了一系列數(shù)據(jù)預處理和質(zhì)量控制技術，以確保數(shù)據(jù)的可靠性和一致性。①數(shù)據(jù)清理與去噪：通過去除數(shù)據(jù)中的異常值、離群點和錯誤數(shù)據(jù)，可以提高數(shù)據(jù)的準確性和一致性。常用的方法包括平滑、濾波和插值等。②數(shù)據(jù)匹配與糾正：將不同來源的數(shù)據(jù)進行匹配和糾正，以消除數(shù)據(jù)間的偏差和不一致性。例如，將GPS 測量數(shù)據(jù)與地理坐標系統(tǒng)進行轉換，確保數(shù)據(jù)在同一坐標系統(tǒng)下一致。③空間插值與填充：對于缺失或不完整的數(shù)據(jù)，可以使用插值方法進行填充，以生成連續(xù)的數(shù)據(jù)表面。常見的插值方法包括反距離加權插值、克里金插值等。

公式1：反距離加權插值公式

式（1）中：表示了反距離加權插值方法中，目標位置x0處的數(shù)值Z(x0)由周圍n個已知點的數(shù)值Zi加權平均得出，權重wi根據(jù)目標位置與已知點的距離計算而得。

2.2 空間數(shù)據(jù)分析與模型構建

GIS 提供了豐富的空間數(shù)據(jù)分析和模型構建工具，可以從測繪數(shù)據(jù)中提取有價值的信息，支持決策和規(guī)劃過程。①空間查詢與選擇：通過空間查詢操作，可以根據(jù)特定的空間關系從數(shù)據(jù)集中篩選出感興趣的要素。例如，基于空間范圍進行篩選或基于空間拓撲關系進行選擇。②空間統(tǒng)計分析：利用空間統(tǒng)計方法，可以分析空間數(shù)據(jù)的分布、聚集性和相關性等特征。常用的空間統(tǒng)計分析方法包括空間自相關分析和點模式分析等。

公式2：莫蘭指數(shù)計算公式

式（2）中：表示了莫蘭指數(shù)的計算方法，其中Zi和Zj分別表示要素i和j的屬性值，wij是權重矩陣中的元素，Z是所有要素屬性值的均值?？臻g模型構建：基于空間數(shù)據(jù)分析結果，可以構建空間模型來模擬和預測地理現(xiàn)象的變化趨勢和空間分布。常見的空間模型包括地理加權回歸模型和空間插值模型等。

2.3 地形分析與地貌特征提取

地形分析和地貌特征提取是測繪工程中重要的應用領域。GIS 提供了多種工具和算法，用于從測繪數(shù)據(jù)中提取和分析地形和地貌特征[3]。①地形剖面分析：通過提取地表高程數(shù)據(jù)，可以生成地形剖面圖，展示地表的高程變化情況。這對于道路設計、地質(zhì)勘探和水資源管理等具有重要意義（見表3）。

表3 地形剖面數(shù)據(jù)示例

②坡度和坡向分析：通過計算高程數(shù)據(jù)的坡度和坡向，可以獲得地表的陡峭程度和朝向信息。這對于土地利用評估和自然災害風險分析具有重要意義。

公式 3：坡度計算公式

2.4 具體案例分析和數(shù)據(jù)展示

為了進一步說明GIS在測繪數(shù)據(jù)處理與分析中的應用，下面將提供一個具體案例分析，并展示相關數(shù)據(jù)。

案例三：洪水風險評估

在洪水風險評估中，需要進行水流路徑分析、洪水淹沒模擬和災害風險評估等工作。通過GIS的數(shù)據(jù)處理和分析功能，可以實現(xiàn)對洪水風險的全面評估（見表4）。

表4 洪水淹沒模擬結果示例

通過分析地形數(shù)據(jù)、降雨數(shù)據(jù)和水流模型，可以模擬洪水的淹沒情況，并評估不同區(qū)域的洪水淹沒程度。表4 展示了洪水淹沒模擬的結果示例，包括不同區(qū)域的淹沒面積和淹沒程度。這些數(shù)據(jù)對于洪水風險管理和應急決策提供了重要的參考依據(jù)。通過以上案例分析和數(shù)據(jù)展示，可以看到GIS 在測繪數(shù)據(jù)處理與分析中的重要作用。通過數(shù)據(jù)預處理和質(zhì)量控制技術，可以確保數(shù)據(jù)的準確性和一致性。而空間數(shù)據(jù)分析和模型構建能夠提取有價值的信息，支持決策和規(guī)劃過程。此外，地形分析和地貌特征提取能夠深入了解地理現(xiàn)象。這些應用使得GIS成為測繪工程中不可或缺的工具。

3 結語

本文通過對GIS在測繪工程中的應用進行了探討和分析，并提供了具體案例和數(shù)據(jù)展示，展示了GIS 在數(shù)據(jù)獲取、處理與分析等方面的重要作用。然而，GIS 在測繪工程中仍面臨一些挑戰(zhàn)。其中技術挑戰(zhàn)包括數(shù)據(jù)質(zhì)量和一致性、數(shù)據(jù)處理與分析算法以及技術更新與培訓等方面。這需要持續(xù)關注技術發(fā)展，不斷學習和掌握新的工具和算法，以應對復雜的數(shù)據(jù)處理需求。同時，數(shù)據(jù)安全與隱私問題也需要得到足夠的重視，采取合理的措施保護數(shù)據(jù)的安全性和隱私性。隨著技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，相信GIS在測繪工程中的應用前景將更加廣闊?？梢云诖鼼IS 在數(shù)據(jù)獲取、處理和分析方面的進一步提升，為測繪工程師提供更多更強大的工具和技術支持。同時，也需要不斷關注技術挑戰(zhàn)，并積極尋求解決方案，以推動GIS在測繪工程領域的發(fā)展。