地理信息系統(tǒng)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用分析

徐慧潔

摘 要：我們知道，在工程建設(shè)與發(fā)展中，會(huì)涉及大量的地理信息與數(shù)據(jù)，如工程的分布、工程道路、管線、井位等。而當(dāng)前發(fā)展的地理信息系統(tǒng)就是為描述和處理這些信息而逐漸產(chǎn)生的軟件系統(tǒng)。本文的目標(biāo)是要自主設(shè)計(jì)一個(gè)地理信息系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，從而建立工程策略信息平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；測(cè)繪工程；應(yīng)用

傳統(tǒng)測(cè)繪工作模式在精度和效率等方面越發(fā)不能滿足人們的需要，尤其在野外施工和大型高精度地標(biāo)建筑的測(cè)量放線工作中，新興的測(cè)繪技術(shù)與設(shè)備支持逐漸發(fā)揮了巨大的作用。地理信息系統(tǒng) （GeographicInformationSystem）簡稱GIS，是3S技術(shù)的組成部分，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶組成，是通過采集、存儲(chǔ)、管理、檢索、表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)來分析和處理海量地理信息的通用技術(shù)。地理信息系統(tǒng)（GIS）已在城市測(cè)繪工作中得到全面應(yīng)用，是測(cè)繪工作現(xiàn)代化的重要表現(xiàn)。

1 GIS的工作原理

對(duì)GIS進(jìn)行規(guī)范是漫長且復(fù)雜的過程。目前GIS也隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展不斷成熟，這一平臺(tái)更是得到了良好的規(guī)范、鞏固。

GIS的工作原則是對(duì)不同來源、形式數(shù)據(jù)開展分析、研究，對(duì)坐標(biāo)位置進(jìn)行明確，對(duì)一些數(shù)據(jù)量，如經(jīng)緯度、變量位置等進(jìn)行標(biāo)明，與ZIP地理編碼系統(tǒng)類似，可用系統(tǒng)對(duì)坐標(biāo)明確，再把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可直接訪問GIS數(shù)據(jù)庫的形式。通過不同的運(yùn)營商，根據(jù)特有需求，將地圖數(shù)字信息轉(zhuǎn)變成為可以識(shí)別且直觀的圖像。如水庫平面圖、植被覆蓋信息等等。

2地理信息系統(tǒng)特點(diǎn)及功能

2.1地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)

在現(xiàn)代測(cè)繪活動(dòng)中，利用地理信息系統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)繪模式相比，其優(yōu)勢(shì)集中體現(xiàn)在以下一些方面：

2.1.1數(shù)據(jù)精度大大提高

傳統(tǒng)的建筑領(lǐng)域測(cè)量，不論是二等亦或是一等，都存在毫米級(jí)的誤差，同時(shí)還和操作者的熟練程度與操作方式有著很大的關(guān)系，操作上的細(xì)微誤差往往會(huì)帶來最終結(jié)果的巨大誤差。地理信息系統(tǒng)在測(cè)量方面采用與傳統(tǒng)工程測(cè)量完全不同的模式，通過環(huán)繞地球的24顆衛(wèi)星組成掃描平面，測(cè)量者將設(shè)備安裝完畢之后便向衛(wèi)星發(fā)射測(cè)量信號(hào)，由衛(wèi)星獲取相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)并反饋給操作者，目前人類的衛(wèi)星拍攝技術(shù)可以在百公里之外的太空區(qū)域拍攝到地面的一只螞蟻，精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備，同時(shí)避免了人為操作的誤差，這使得一臺(tái)普通GIS工程測(cè)量儀的精度可以輕而易舉的達(dá)到0.01毫米級(jí)，傳統(tǒng)測(cè)量與GIS測(cè)量的誤差對(duì)比如表1所示。

2.1.2外部因素影響小

地形地貌、氣候地質(zhì)等因素都將對(duì)傳統(tǒng)的工程測(cè)量和控制點(diǎn)的設(shè)置帶來巨大困難，在山區(qū)或高地，某些地方甚至無法測(cè)量，只能通過插入法或等高線等模式進(jìn)行估測(cè)。同時(shí)風(fēng)雪、雨天等氣候因素都將嚴(yán)重影響工程測(cè)量和施工控制，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，要求較高的測(cè)量便無法進(jìn)行。而GIS系統(tǒng)“采用的衛(wèi)星平面處于太空，脫離了大氣層，其測(cè)量和觀測(cè)不受天氣和氣候影響，同時(shí)其工程測(cè)量和監(jiān)控，只需將發(fā)射接收一體設(shè)備放置在測(cè)量位置即可，無需調(diào)平等操作，所需工作面小，所以其受地形影響也小”。

2.1.3測(cè)量效率高

由于不需要調(diào)平、調(diào)節(jié)、觀測(cè)、估讀等一系列環(huán)節(jié)，同時(shí)受地形和天氣影響小，GIS系統(tǒng)在工程領(lǐng)域的測(cè)量效率與傳統(tǒng)測(cè)量方式相比得到大幅提升，尤其是地形地貌勘測(cè)，可使用數(shù)臺(tái)GIS 測(cè)量儀分組掃描進(jìn)行，可以快速繪制出所測(cè)地形，大大提高了測(cè)量效率。

2.2地理信息系統(tǒng)的功能

2.2.1數(shù)據(jù)管理

通過各種手段，GIS系統(tǒng)可以對(duì)地理數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)錄入、科學(xué)管理和維護(hù)。在此基礎(chǔ)上還可以對(duì)所需信息準(zhǔn)確地進(jìn)行檢索查詢，給后續(xù)的監(jiān)測(cè)工作者提供各種豐富的第一手資料。通過GIS技術(shù)，測(cè)量信息將會(huì)得到有效利用和科學(xué)管理。

2.2.2輸出功能

得益于GIS系統(tǒng)強(qiáng)大的輸出功能，利用衛(wèi)星進(jìn)行地形圖繪制成為可能，且同手工制圖相比，GIS 作圖要比其在效率和精度上高出數(shù)十倍以上。GIS系統(tǒng)起初就是為繪制地形圖而開發(fā)的，這種技術(shù)最終為建立地形圖數(shù)據(jù)庫提供了最為基礎(chǔ)的技術(shù)保障。

2.2.3遙感影像處理

作為GIS系統(tǒng)的最重要的信息來源之一，遙感數(shù)據(jù)通常作為該系統(tǒng)中一個(gè)子模塊而存在。并且利用遙感影像技術(shù)中的圖像自動(dòng)匹配技術(shù)可以進(jìn)行相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理。

3 GIS在工程測(cè)繪工作中的應(yīng)用分析

3.1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理

GIS系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理主要通過各種數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)浣＃牙闷渌椒ǐ@得的測(cè)量圖形與GIS圖層中相同的區(qū)域疊架起來進(jìn)行分析。GIS系統(tǒng)軟件會(huì)對(duì)屬性條件不同的各種數(shù)字化空間數(shù)據(jù)的空間關(guān)系進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間實(shí)體的連接，針對(duì)臨近及包含的關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)建模及分析；針對(duì)向量數(shù)據(jù)的分析，需要一個(gè)必須條件，即拓?fù)湔_。實(shí)際數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中，可能存在控制測(cè)量中出現(xiàn)線與交叉點(diǎn)分離的現(xiàn)象，或者原地圖上存在污點(diǎn)，這些均會(huì)對(duì)結(jié)果的精確度產(chǎn)生影響，因此GIS還可以針對(duì)這類情況做出選擇性清除。在GIS系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中，要通過數(shù)據(jù)重構(gòu)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS可識(shí)別的格式，才能保證不同數(shù)據(jù)源的互相兼容。需要注意一點(diǎn)，由于需求不同，其所側(cè)重的對(duì)象屬性也存在差異，所以在分析數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)前要做好投影與坐標(biāo)變換整合處理，盡管各數(shù)學(xué)模型的精度要求、復(fù)雜度均不相同，但可保證模型的適用性。

3.2采集數(shù)據(jù)

測(cè)繪初期階段需對(duì)客觀世界中的物象進(jìn)行抽象、離散，在GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，通常采用柵格、矢量兩種方法存儲(chǔ)連續(xù)對(duì)象實(shí)體。其中柵格數(shù)據(jù)包括存儲(chǔ)單元的行及列，存儲(chǔ)單元存放唯一值，根據(jù)地面單位的網(wǎng)格寬度來確定柵格數(shù)據(jù)集的分辨率。矢量存儲(chǔ)則是將客觀存在的對(duì)象用幾何圖形中的點(diǎn)、線、面表示出來；當(dāng)然除上述兩種方式外，空間數(shù)據(jù)也可能通過其它附加數(shù)據(jù)作為對(duì)象屬性實(shí)現(xiàn)非空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。傳統(tǒng)收集數(shù)據(jù)的方法是掃描聚酯薄膜地圖或現(xiàn)有數(shù)據(jù)來產(chǎn)生數(shù)字信息，而利用GIS系統(tǒng)則是采用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)獲取對(duì)應(yīng)位置坐標(biāo)，再將其輸入GIS系統(tǒng)中進(jìn)行處理；數(shù)據(jù)采集也可以利用遙感技術(shù)來進(jìn)行。多個(gè)平臺(tái)上均附帶傳感裝置，包括攝像機(jī)、激光雷達(dá)、數(shù)字掃描儀等，這些設(shè)備互相聯(lián)連，與航空器、衛(wèi)星所搭建的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)結(jié)合起來，把航空照片、圖片判讀數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行特征選擇，再利用二維或三維的形式捕捉數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)傳輸至對(duì)應(yīng)的軟拷貝系統(tǒng)。

3.3 GIS系統(tǒng)空間分析.

上述兩個(gè)環(huán)節(jié)為數(shù)據(jù)處理的預(yù)處理，完成后即可在GIS系統(tǒng)中進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，基于空間物體的空間位置與互相關(guān)聯(lián)性實(shí)現(xiàn)空間事物的定量描述。對(duì)于GIS而言，空間分析是其核心功能，同樣其過程也比較復(fù)雜；空間分析結(jié)合了區(qū)域科學(xué)、地理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、地球物理學(xué)等多個(gè)學(xué)科，基于拓?fù)鋵W(xué)、圖論、空間統(tǒng)計(jì)學(xué)來描述、分析空間構(gòu)成，完成對(duì)空間數(shù)據(jù)的獲取、認(rèn)知與描述，進(jìn)而模擬、預(yù)測(cè)空間過程，對(duì)地理空間事件進(jìn)行調(diào)控。總之，地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)與發(fā)展不僅大大減少了工程測(cè)量工作的工作量，而且工作效率的提升也很明顯，是工程測(cè)繪技術(shù)發(fā)展過程中的里程碑，其所產(chǎn)生的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。當(dāng)然現(xiàn)階段地理信息系統(tǒng)還有待進(jìn)一步完善，相信GIS的發(fā)展與優(yōu)化，能夠進(jìn)一步推動(dòng)控制測(cè)量技術(shù)的變革。

4結(jié)束語

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，工程建設(shè)日趨增多，同時(shí)對(duì)工程測(cè)繪的要求也越來越高，因此需要測(cè)繪從業(yè)人員去研究和掌握先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)，滿足工程建設(shè)的需要。

參考文獻(xiàn)：

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