地理信息系統(tǒng)在測繪工程中的作用

文／李祥昌 江蘇方洋水務(wù)有限公司 江蘇連云港 222000

孫紅杰 連云港市勘察測繪院有限公司 江蘇連云港 222000

引言：

目前，我國的社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，各種工程項(xiàng)目的不斷發(fā)展，對測繪工作的需求也越來越大。GIS是一種能夠最大限度地提高測繪成果的技術(shù)方法，其獨(dú)特的優(yōu)越性是毋庸置疑的。GIS信息系統(tǒng)可以高效地收集、整理、計(jì)算和顯示信息，為測繪工作提供了一種支持，可以提高測繪工作者整理資料的效率，減輕測量工作者的工作量，降低測量誤差；GIS數(shù)據(jù)庫的建設(shè)為地理信息系統(tǒng)的建設(shè)和使用奠定了基礎(chǔ)，確保了其精度，需要通過實(shí)施相應(yīng)的技術(shù)手段來不斷增強(qiáng)其使用的效力。

1、地理信息系統(tǒng)概述

測繪與 GIS有著緊密的聯(lián)系，兩者互相補(bǔ)充，互相補(bǔ)充。GIS的產(chǎn)生和發(fā)展離不開當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展。隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會的持續(xù)高速發(fā)展，城市建設(shè)和工程建設(shè)的發(fā)展，對工程建設(shè)的需求越來越強(qiáng)烈，對高精度的測量技術(shù)的需求也越來越迫切。GIS實(shí)質(zhì)上是一個(gè)以真實(shí)的事物為基礎(chǔ)，對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、分析和顯示，并提供科學(xué)的決策基礎(chǔ)。GIS以采集一個(gè)具體地區(qū)為對象，從點(diǎn)到面，形成一個(gè)山，隧道，公路等的地理空間實(shí)體；橋梁，城市建筑物等的計(jì)量。GIS能夠?qū)Φ貐^(qū)和其它的空間進(jìn)行分區(qū)，在災(zāi)害監(jiān)測、環(huán)境評價(jià)、城市規(guī)劃等領(lǐng)域有著重要的作用。GIS系統(tǒng)一般由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和必要的系統(tǒng)模塊構(gòu)成，它是一個(gè)完整的、過程的、立體化的系統(tǒng)。GIS的整體架構(gòu)包括表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和資料狀況，見圖1。測繪工程所研究的主體對象涵蓋地貌、地物、礦藏、水文地質(zhì)等類型，通過將測繪信息繪制成圖，為相關(guān)工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)與決策提供參考依據(jù)。測繪工程的工作范圍大體分為兩方面：（1）地理形態(tài)方面，需結(jié)合不同工程項(xiàng)目的地形、地質(zhì)特點(diǎn)確定測繪需求目標(biāo)，保障獲得良好的測繪效果；（2）平面測繪方面，應(yīng)結(jié)合待測區(qū)域的建筑參照物、地形狀況等條件，確定測量目標(biāo)與具體的測量工作點(diǎn)，保障平面測繪工作的順利開展。

圖1 地理信息系統(tǒng)總體架構(gòu)

2、地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 提高數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度

在常規(guī)的測量方法中，由于各種因素的影響，導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)了一定的偏差，從而導(dǎo)致了測量結(jié)果的價(jià)值下降；利用GIS技術(shù)可以避免許多外部因素對測量精度的干擾，從而增加測量精度。在此期間，衛(wèi)星在數(shù)據(jù)傳輸和反饋、數(shù)據(jù)掃描等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢，可以對毫米級的測量精度進(jìn)行精確的控制，并克服了常規(guī)的人工差錯(cuò)。

2.2 測量效率高

GIS的使用不需要額外的調(diào)平、觀測和估算，不受自然、氣候、地形等外部因素的干擾，因此，該系統(tǒng)工作高效、快速、有效，可在更少的時(shí)間里完成更多工程量；尤其是在地勢較高、地勢較高的地區(qū)，采用多個(gè)GIS儀器進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，保證了測得精度，在測繪項(xiàng)目中，測控點(diǎn)的選取和設(shè)定比較消極；要把測量范圍內(nèi)的實(shí)際情況與實(shí)際情況相聯(lián)系，大大地提升了測量工作的工作效率。GIS具有很好的連續(xù)性和適應(yīng)性，能夠在不同的情況下進(jìn)行各種測繪工作。

2.3 外部因素影響小

在常規(guī)條件下進(jìn)行的全面選擇，如果不滿足測量控制的條件，將會給測量帶來很大的難度。GIS則徹底解決了以上問題，即使是在極端的氣候和復(fù)雜的地形中，也能起到很好的效果，運(yùn)行過程和工作效率都沒有受到太大的限制；每一個(gè)繪圖工作都可以有序進(jìn)行。

3、地理信息系統(tǒng)的功能模塊

地理信息系統(tǒng)的功能體現(xiàn)在以下 5個(gè)層面：（1）數(shù)據(jù)輸入與編輯，將圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)字化處理后輸入系統(tǒng)中，由系統(tǒng)提供錯(cuò)誤檢查、編輯交互、結(jié)果驗(yàn)證等功能，且在輸入圖形后完成拓?fù)潢P(guān)系的建立，形成直觀的圖形特征；（2）數(shù)據(jù)庫建立與管理，涵蓋圖形附加與拼接、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、圖形注記、建立圖庫等；（3）數(shù)據(jù)檢索，用于查詢?nèi)我饣蛑付▽傩缘臄?shù)據(jù)與邏輯運(yùn)算的檢索等；（4）數(shù)據(jù)分析與處理，用于實(shí)現(xiàn)對地圖等空間實(shí)體中點(diǎn)、線、面等拓?fù)潢P(guān)系的分析；（5）數(shù)據(jù)輸出，可提供符號生成、矢量漢字標(biāo)記功能，輸出二維或三維彩色圖形，將輸出結(jié)果顯示在屏幕端，滿足不同圖件的拷貝、繪圖要求。

3.1 地圖管理功能模塊

在GIS中，地圖的管理是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。利用GIS技術(shù)，可以將某些圖譜的數(shù)據(jù)按照特定的格式進(jìn)行存儲，并進(jìn)行分析、比較，生成具有高準(zhǔn)確度和標(biāo)識的電子地圖和分析地圖。在實(shí)際工作中，可以將以上所列的圖按要求的形式，進(jìn)行相應(yīng)的變換，并對誤差進(jìn)行校正。

3.2 設(shè)備管理功能

GIS裝備管理是GIS裝備運(yùn)行和維護(hù)的核心功能，實(shí)現(xiàn)了GIS各個(gè)功能的同步運(yùn)行、維護(hù)和管理，實(shí)現(xiàn)了GIS的有效協(xié)同運(yùn)行。在地圖裝備的使用中，要根據(jù)地圖的實(shí)施范圍、目標(biāo)、路線等要素，設(shè)置模糊檢索、路線模擬、圖形打印等細(xì)分的內(nèi)容，達(dá)到最優(yōu)的效果，提高工作的工作效果。

3.3 輔助作圖功能

GIS的輔助繪圖功能可以幫助技術(shù)人員在地圖上進(jìn)行繪圖，降低作業(yè)的困難，簡化了比較繁瑣的繪圖流程，降低了繪圖中的一般錯(cuò)誤。同時(shí)，本系統(tǒng)還可以方便地將資料輸入到數(shù)據(jù)庫中，減少技術(shù)工人的工作負(fù)擔(dān)。

3.4 分析功能模塊

GIS在實(shí)際工作中采集到的數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過加工和分析，才能成為下一步工作的重要依據(jù)，這時(shí)就必須使用GIS的解析功能。通過分析功能，可以實(shí)現(xiàn)對空間分析、空間分析等方面的分析，從而得出更為科學(xué)、精確的分析結(jié)論，為測繪技術(shù)工作者提供科學(xué)的決策依據(jù)。

4、當(dāng)前測繪技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐中存在的問題

4.1 自然因素對測繪技術(shù)的影響

氣候、溫度和地形是對測繪項(xiàng)目產(chǎn)生直接作用的主要自然因子；由于地形、大氣、空氣對流等原因，一些測繪項(xiàng)目處于較為復(fù)雜、條件較差的地區(qū)，其測量結(jié)果具有較高的精度和非可控特性?？v觀目前的測繪工作實(shí)踐，一般都有一些一般性問題，如自然因素控制不當(dāng)，忽視了自然因素的作用，從而限制了測繪資料的精確度。

4.2 人為因素對測繪技術(shù)的影響

測繪工程師是實(shí)施有關(guān)技術(shù)措施和實(shí)施有關(guān)的測繪系統(tǒng)的實(shí)際操作和操作，他們的職業(yè)素質(zhì)與其測量的精度有很大的關(guān)系。一些測繪工作者缺乏專業(yè)知識，缺乏系統(tǒng)化、層次化的理論知識結(jié)構(gòu)，缺乏專業(yè)性和技術(shù)性，從而使測量資料的準(zhǔn)確度受到制約。另一方面，一些測量工作者對測量儀器的運(yùn)用還不夠嫻熟，對測量過程和過程的把握也不夠科學(xué)，有的還出現(xiàn)了一些違法的情況；最后造成了測量資料的偏差。

4.3 測繪儀器對測繪技術(shù)的影響

測量儀器在測量項(xiàng)目中起著舉足輕重的作用。在測量儀器的操作和運(yùn)用中，難免會出現(xiàn)一些差錯(cuò)，但是，若操作不當(dāng)或忽視儀器設(shè)備的調(diào)整，可能會產(chǎn)生很大的偏差。從目前的測繪工作實(shí)際情況來看，一些測量設(shè)備存在著過時(shí)、老化、質(zhì)量差、無法適應(yīng)新時(shí)期經(jīng)濟(jì)發(fā)展對測繪項(xiàng)目的強(qiáng)烈要求；制約了我國測繪行業(yè)的高水平發(fā)展。為此，要從實(shí)踐出發(fā)，積極引入現(xiàn)代、先進(jìn)的測量設(shè)備，并適時(shí)地進(jìn)行更新和升級；這樣才能在任何時(shí)候都符合測繪項(xiàng)目的目標(biāo)要求。

4.4 平面控制測量技術(shù)

平面控制測量技術(shù)是測繪技術(shù)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它往往涉及到三角測量、導(dǎo)線測量、定點(diǎn)測量等技術(shù)手段，這些技術(shù)手段的使用特點(diǎn)和作用也不盡相同。由于天氣因素、電離層和電磁波等因素的作用，地面控制法測得的結(jié)果也存在著一定的偏差，造成了信息失真和不平衡，造成人力、物力、財(cái)力等資源的損失，有時(shí)還必須進(jìn)行反復(fù)的反復(fù)測定。

5、地理信息系統(tǒng)在測繪工程中的具體應(yīng)用

5.1 數(shù)據(jù)采集與存儲

GIS技術(shù)在地理信息系統(tǒng)的開發(fā)中，利用柵格和矢量存儲技術(shù)對無添加的線性和空間的信息進(jìn)行集成，從而達(dá)到存儲非空間信息的目的。在此，光柵儲存包含了儲存單元的資料行和資料，必須與地上的網(wǎng)格線寬相配合來決定資料的解析度；而向量庫是以點(diǎn)、線、面為基礎(chǔ)的立體實(shí)體。利用PET圖像進(jìn)行數(shù)字化信息的采集，并與GPS系統(tǒng)相結(jié)合，確定位置坐標(biāo)，或與衛(wèi)星技術(shù)相結(jié)合。以土地測繪為例，要根據(jù)土地測繪的目標(biāo)和尺度選擇數(shù)據(jù)的儲存方法，比如耕地、宗地、建設(shè)用地等，應(yīng)當(dāng)選擇向量數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行儲存，以便準(zhǔn)確地反映土地的權(quán)屬、使用狀況和變動情況；對于地區(qū)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)以網(wǎng)格數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行儲存，并與地面 GPS信息和遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合，從而準(zhǔn)確監(jiān)控國土空間變化。

5.2 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)的處理，圍繞屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)展開，識別物體的空間定位，并對空間資料進(jìn)行處理。管理，評估礦產(chǎn)資源潛力，管理森林資源在人口普查等方面已被大量使用，以適應(yīng)資源的發(fā)展和決策。請求。舉例來說，在我國西南部土地資源的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)對1500多項(xiàng)、300多項(xiàng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。資源分析、評價(jià)、預(yù)測預(yù)報(bào)和資源發(fā)展運(yùn)用該模式可產(chǎn)生各種不同的職業(yè)圖，如資源分布圖、交通規(guī)劃圖等。

5.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理

采用GIS中的資料處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的編輯和預(yù)后，對各種屬性的空間資料進(jìn)行相關(guān)性的辨識，并將矢量、臨近、包含等關(guān)系結(jié)合起來，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、處理和轉(zhuǎn)化，保證了測量的準(zhǔn)確性。但是，在進(jìn)行資料的轉(zhuǎn)換和加工時(shí)，需要事先對坐標(biāo)進(jìn)行映射，保證模式之間的一致性，并通過數(shù)據(jù)重構(gòu)方法來進(jìn)行數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換；保證了各種數(shù)據(jù)在體系中的相容性。以土地測量數(shù)據(jù)的加工為實(shí)例，GIS可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、裁剪和檢索，通過它的空間解析能力將數(shù)據(jù)和模型結(jié)合起來，提取出有效信息，實(shí)現(xiàn)區(qū)域、面積和位置；土地使用方式，土地權(quán)屬等方面的資料。

5.4 虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)急處理

利用 GIS技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以在一定程度上提供視覺、聽覺、觸覺等感官層次的仿真，從而達(dá)到對物體狀態(tài)的真實(shí)再現(xiàn)和準(zhǔn)確的判別。通過 GIS采集測繪數(shù)據(jù)，制作三維電子地圖，可以為突發(fā)事件模擬提供一種新的模型。比如，利用地理信息技術(shù)和虛擬技術(shù)在事故現(xiàn)場構(gòu)建了一個(gè)模擬事件的虛擬環(huán)境，可以讓演練的參與者模擬出一個(gè)接近于真實(shí)的事件，增強(qiáng)了演練的可視化程度和反應(yīng)速度，減少成本投入，提升演練與培訓(xùn)效果，通過GPS定位系統(tǒng)顯示出救援人員所處的具體位置，為救援現(xiàn)場指揮與救援方案制定工作提供重要參考依據(jù)。

5.5 應(yīng)急測繪保障體系

在應(yīng)急測繪工作中，需要提供應(yīng)急預(yù)案，建立應(yīng)急組織機(jī)構(gòu)，制定具體的管理對策，建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用體系，為應(yīng)急測繪提供安全保障。在特定的運(yùn)用上：（1）使用GIS進(jìn)行基礎(chǔ)圖形的運(yùn)算，以便于直觀的反映地質(zhì)地貌、社會屬性特征，并制定相應(yīng)的應(yīng)急方案；（2）通過GIS進(jìn)行地理位置的空間解析，確定災(zāi)害的具體位置，確定受災(zāi)面積，完成災(zāi)害損失的評價(jià)，為制定相應(yīng)的應(yīng)急方案打下基礎(chǔ)；（3）可以使用GIS進(jìn)行主題解析，將一種或多種主題資料抽取出來，并將其與地圖相融合，形成諸如密度分析圖等災(zāi)情專題圖，并完成緊急撤離計(jì)劃；（4）通過GIS與實(shí)地照片相結(jié)合，可以產(chǎn)生災(zāi)難區(qū)域的立體影像，通過修測量技術(shù)來增強(qiáng)資料的可信度和正確性，保證了應(yīng)急指揮部對災(zāi)區(qū)的真實(shí)狀況的掌握；（5）通過GIS系統(tǒng)的自動升級，及時(shí)地將地震現(xiàn)場的情況及時(shí)地公布出來。以某省級地質(zhì)環(huán)境應(yīng)急遙感監(jiān)控系統(tǒng)為實(shí)例，應(yīng)用GIS系統(tǒng)和遙感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對2500平方公里面積的遙感監(jiān)控，在2小時(shí)之內(nèi)采集到20km2的5-20cm的遙感圖像。與以前相比，衛(wèi)星圖像的成像周期比以前減少了21小時(shí)，不同區(qū)域的原始航片數(shù)據(jù)的處理速度也有了顯著的提高。利用傾斜照相技術(shù)構(gòu)建了災(zāi)區(qū)實(shí)際場景的立體模型，使其細(xì)節(jié)更加豐富清晰，三維可視效果更加逼真，能提供屬性查詢、面積測量、緩沖等功能；采用了淹沒分析、剖面分析、矢量疊加分析等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了立體顯示。通過工程實(shí)例驗(yàn)證，該體系對空天地一體化、全流程的緊急測繪工作具有技術(shù)支撐和支撐，其應(yīng)急測繪保障能力能滿足使用需求，在該省數(shù)次重大自然災(zāi)害中的應(yīng)急響應(yīng)速度較快，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

5.6 監(jiān)測與預(yù)警服務(wù)

GIS是對城市生態(tài)環(huán)境監(jiān)控與治理的有力支撐。以城市環(huán)保信息化建設(shè)為實(shí)例。本平臺采用 GIS技術(shù)構(gòu)建環(huán)境監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫，包含污染源、環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)等多種數(shù)據(jù)，并具有數(shù)據(jù)分享功能，能夠?qū)Νh(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、評價(jià)和預(yù)測，并具有數(shù)據(jù)瀏覽、打印等功能，為環(huán)境質(zhì)量評價(jià)和污染防治管理工作的技術(shù)支撐和服務(wù)。GIS技術(shù)還具有對城市道路的病害進(jìn)行安全預(yù)警的作用，它具有如下的分析作用：（1）對路面的危害程度進(jìn)行了評價(jià)；（2）對容易發(fā)生的道路地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了分析；（3）多階段的比較和分析；（4）管道故障的原因；（5）對各區(qū)域的相關(guān)性進(jìn)行了研究。

6、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

目前，GIS技術(shù)和技術(shù)發(fā)展迅速，軟體和軟體的更新速度不斷加速，并逐步向更多的現(xiàn)代技術(shù)和技術(shù)手段融合；比如大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，加速了GIS大規(guī)模的推廣。

6.1 地理信息建模系統(tǒng)

在測繪工程中，有些地方的空間分析工作很難用GIS進(jìn)行，有些地區(qū)具有多個(gè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)模式，這就要求GIS進(jìn)行二次開發(fā)和更新。GIS在今后的發(fā)展中，將提供基于定制的數(shù)據(jù)模式，使各行業(yè)的模式能夠高效的進(jìn)行轉(zhuǎn)化和連接，并在各種社會中持續(xù)進(jìn)行著整合。在進(jìn)行模式變換和對接時(shí)，常用的方法有兩種：松散耦合式與嵌入式兩種。

6.2 地理信息系統(tǒng)的三維模型

在GIS中，建立三維模式是基礎(chǔ)的，目前GIS只能提供一些較低層次的顯示和運(yùn)行，而3D GIS則需要能支撐真實(shí)的3D數(shù)據(jù)模式；并基于這些技術(shù)的一些領(lǐng)域的空間數(shù)據(jù)庫。在GIS的立體建模中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)探索、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)顯示等是GIS的關(guān)鍵部分，并將重點(diǎn)放在今后的發(fā)展和運(yùn)用上。

6.3 地理信息系統(tǒng)面向?qū)ο?/h3>

GIS最明顯的發(fā)展方向是對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的加工，能夠提供更為清楚的方法來表示對空間信息的描述。GIS最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以按照一定的格式來包裝地表的物體，而非按照一定的結(jié)構(gòu)來存儲，所以它的體系結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，表現(xiàn)清晰；對表面的復(fù)雜對象進(jìn)行加工和分析。

結(jié)語：

總之，GIS廣泛使用，包括使用遠(yuǎn)距離的衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)移動電話的預(yù)先測量，在這一進(jìn)程中，不僅能獲取精確的測量資料，而且能將所獲取的資料與實(shí)測資料進(jìn)行更深入的整合；通過使用影像技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對資料圖的迅速和自動化。然而，由于受技術(shù)手段、管理模式和操作過程等因素的限制，GIS在實(shí)際應(yīng)用中仍有許多問題和問題，從而限制了GIS總體效益的最佳和提高。為此，技術(shù)工作者要根據(jù)測繪項(xiàng)目的客觀需要，充分尊重GIS的基本原理，多措并舉，綜合施策，提高測繪質(zhì)量，為國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展打下基礎(chǔ)。