地理信息系統在城市測繪中的應用研究

一、引言

日益加快的城市化進程，對城市測繪提出了新的要求。傳統的測繪方法因其低效的數據處理能力和滯后的信息更新，難以滿足現代城市發展的需求。而地理信息系統由于其高效的數據集成能力、強大的空間分析功能和靈活的可視化手段，能夠廣泛應用于基礎設施規劃、環境監控、土地使用分析等領域，形成支持城市規劃、管理和決策的強有力工具，有助于提高城市測繪的效率、增強數據的可用性、提高數據價值[。其中，在環境管理方面，地理信息系統能夠通過分析不同時間序列的數據，對城市綠地和水資源進行有效的規劃與保護；在城市基礎設施規劃中，地理信息系統能夠幫助規劃者進行有效的道路網絡設計與交通流量分析，確保城市交通的高效運行。因此，本文將探討地理信息系統在城市測繪中的應用，以期為城市規劃和發展提供參考。

二、概念界定

（一）地理信息系統（GIS）

地理信息系統（GIS）結合了地理學、計算機科學、信息科技和統計學等多個領域的方法論，形成了一種高度專業化的技術手段，用于捕捉、存儲、分析和展示與地理空間相關的數據。地理信息系統由數據采集子系統、數據管理子系統、數據處理和分析子系統、圖像處理子系統、數據產品輸出子系統等多個相互關聯的子系統組成，通常對點、線、面等地理實體數據進行編碼，實現對其定位、定性和定量的描述2。基于地理信息系統，研究人員可以將人口統計、氣候模式、交通流量等數據與特定的地理位置相結合，從而進行深入的空間分析和模式識別。隨著技術的發展，地理信息系統將進一步提升其在處理速度、用戶友好性和數據共享等方面的能力，以擴展其應用空間。

（二）城市測繪

城市測繪通過采用全站儀、GPS（全球定位系統）、遙感技術和攝影測量學等精確的測量儀器，對地形、建筑物、道路、水體及其他基礎設施進行測量，并依靠CAD（計算機輔助設計）和GIS（地理信息系統）等專業的軟件進行高級處理和分析，以為城市規劃、土地利用決策和公共工程的實施提供詳盡的空間數據。同時，城市測繪涉及廣泛的管理和規劃策略，通過高精度的測繪，決策者可以獲得關于城市地理環境的實時和詳細信息。將其應用于城市擴展、交通系統規劃或災害管理中，以幫助規劃者優化資源分配，預防潛在的環境影響，提高城市應急響應能力，促進城市的可持續發展。

三、地理信息系統在城市測繪中的技術特點與優勢

（一）數據采集與處理的高效性

地理信息系統能夠采集來自衛星遙感、航空攝影、地面測量和現有地理數據庫等來自各種源頭的數據，從而獲得大范圍的城市地表數據，并通過自動化工具對收集到的數據進行校正、配準和分類等處理，縮短數據準備的時間，提高了數據的準確性和可用性[3。同時，在數據處理和管理方面，地理信息系統涵蓋的數據管理系統等數據管理工具，提供了強有力的數據存儲、查詢和恢復功能。通過復雜的算法能夠進行空間分析、地形建模和網絡分析等高級任務，而用戶也可以輕松地訪問歷史數據并進行時間序列分析，從而有效支持城市發展的監測和規劃。數據分析結果能夠幫助城市規劃者和決策者理解城市的空間動態，應對快速變化的城市環境。

（二）空間數據的整合與可視化

地理信息系統能夠在同一個平臺上整合土地使用記錄、交通網絡數據、人口統計信息和環境監測數據等多種空間數據，為規劃者提供了一個多維視角，來觀察城市的空間和社會經濟特征，使得其可以將人口增長數據與交通網絡覆蓋進行對比，以確定哪些區域需要公共交通服務的增強。這提高了數據間交互作用的理解和決策的效率。同時，地理信息系統的可視化工具可以創建復雜的3D模型和交互式的網絡應用，使得規劃者可以通過3D城市模型，直觀地評估新建筑項目對城市天際線的影響，以及對城市熱島效應進行可視化分析；也可以通過對交互式地圖進行簡單地點擊和拖動來探索不同的數據層，進而深入理解城市的空間分布和時間變化，增加了信息的透明度，提升了公眾對城市發展政策的參與和理解。

（三）多維數據分析的能力

地理信息系統能夠處理和分析空間數據、時間序列數據、屬性數據和多源異構數據等不同類型的數據。例如，在交通規劃中，地理信息系統可以綜合分析道路網絡、交通流量、事故熱點和公共交通使用情況，揭示空間數據分布趨勢和未來變化，使得規劃者能夠制定更加有效的交通改善方案，支持更加精確和科學的城市規劃和決策。隨著物聯網和實時數據流的日益普及，地理信息系統能夠接入交通監控系統和氣象監測網絡等實時監控數據，能夠在緊急情況下迅速調整交通路線或優化對救援資源的部署，提升城市管理的效率和響應速度，實現對城市動態需求的即時響應。另外，地理信息系統能夠通過模擬不同的城市發展策略，幫助評估各種規劃方案對城市未來環境影響的潛在效果。這為城市規劃和管理提供了一個綜合、動態且前瞻性的分析平臺。

四、地理信息系統在城市測繪中的應用要素（一）點

在城市規劃和管理的過程中，點的坐標用于表示建筑物、交通信號燈、監控攝像頭等具體的地理位置或特定地點，能夠提供對城市基礎設施和關鍵資源的詳細信息。基于地理信息系統，可以分析和理解交通節點的分布、公共服務設施的可達性，以及緊急服務資源的位置分布，并通過建立交通流量模擬或犯罪熱點分析模型，幫助決策者理解城市的結構布局[4。同時，每個點可以關聯名稱、類型、使用狀態等多種數據，提供更豐富的語義信息，使得系統對優化城市資源分配、提升城市運行效率，以及提高居民生活質量等方面的分析更加全面和深人，成為實現城市空間數據分析和決策支持的基礎。

（二）線

線用于表示道路、河流、電力線路和其他類型的運輸或流通網絡等關鍵地理要求，這些因素標識了網絡的路徑和形態，反映了交通流向、水流方向或人流遷移路徑等城市結構的動態性和功能性。基于地理信息系統對線進行詳盡分析，規劃者可以優化道路網絡布局、改善交通堵塞狀況、設計更有效的防洪措施，促進城市運作的效率和可持續性，從而提升城市的整體功能性和居民的生活質量。同時，通過引入長度、寬度、材質、使用狀況等信息，使得城市規劃部門可以對公共交通線路進行評估，分析各線路的乘客量和服務頻次；環境管理部門可以監測河流的污染負荷和流速。這種精確的分析和決策能夠形成一個綜合的決策支持系統，幫助城市管理者從更宏觀的角度理解和解決城市管理過程中出現的問題。

（三）面

面元素提供了對城市地理空間范圍和面積特征的詳細描述，包括城市區域、行政邊界、土地使用類型、公園或湖泊等空間實體。基于地理信息系統，城市規劃者和管理者可以分析城市擴張的模式和速度，比較過去和現在的王地使用數據，以及進行環境影響評估、城市熱島效應研究和公共資源配置等多種應用，揭示城市發展的趨勢和潛在問題。在此基礎上，通過整合人口密度、土地所有權、經濟活動類型等豐富的信息，地理信息系統能夠提供對城市不同區域社會經濟條件的深人分析，可以幫助政策制定者制定更具針對性的社會經濟發展策略，豐富了城市管理和規劃的決策內容，使其更加科學和系統化。

五、地理信息系統在城市測繪中的應用實踐

（一）城市基礎設施的規劃與管理

在城市基礎設施的規劃與管理中，地理信息系統能夠支持規劃者有效地監控和分析道路、橋梁、水管網、電網等城市的基礎設施網絡，允許規劃者在做出決策時考慮到地理空間的分布特性和基礎設施之間的相互依賴性。其中，規劃者可以通過地理信息系統模擬不同基礎設施改進方案對城市交通、能源供應和應急響應能力的影響，從而優化資源配置、提高城市運行效率[5]。

在城市交通方面，城市規劃部門可以預測道路擁堵的潛在瓶頸，并提前規劃繞行路徑或者擴建道路；在能源供應方面，城市規劃部門可以使用地理信息系統的空間分析工具，監測和分析整個城市的能源網絡，識別能源供應中的薄弱環節，并模擬不同的維修或升級方案，評估每種方案的潛在效益和成本，從而做出科學的投資決策；在應急響應方面，城市規劃部門可以利用地理信息系統的高級分析功能，識別因自然災害或其他緊急情況最有可能受影響的地區，使得應急管理部門可以預先部署救援設備和人員，設置臨時避難所，并規劃最佳的撤離路線。基于此，地理信息系統提供了一個平臺，可以在其中記錄每一項基礎設施資產的位置、狀態、歷史維護記錄和預計壽命等詳細信息，使得管理者可以優化維護計劃和預算分配，確保對資金和資源的有效使用。

（二）城市綠地系統規劃

規劃者可以利用地理信息系統準確分析城市綠地的地理分布、類型、面積，以及與城市其他地理要素的關系，能夠識別城市中缺乏綠地的區域，評估現有綠地的效用，并據此規劃新的綠地或改進方案。其中，地理信息系統可以幫助分析綠地與城市熱島效應之間的關系，從而指導城建部門通過優化綠地的布局來降低城市溫度，增加城市的生態效益；也可以通過模擬不同綠地規劃方案對城市生態系統和居民生活的潛在影響，支持決策者進行科學的選擇和調整；還可以協助規劃持續監控和管理城市綠地的成長和健康狀態，確保綠地系統的持續效能和可持續管理。例如，BT市利用地理信息系統構建現狀道路交通網絡、現狀公園分布和居住片區分布矢量數據庫，并利用其含有的網絡分析模塊，在必選設施點上增加候選設施點位置，根據特定位置分配優化模型并設置相關阻力，讓系統從候選設施點位置進行挑選，將其應用于公園綠地布局優化中，從而得到科學、高效的布局方案。

（三）水資源與洪水管理

一方面，水資源管理者可以對流域雨量、河流流量、水庫水位、污染源分布等數據進行詳細的水文和水質數據分析，利用其空間分析功能，識別水資源的空間分布規律和變化趨勢，以及幫助分析和預測城市擴展對地下水資源的影響，評估不同水利工程對水環境的潛在影響，從而提前采取措施，以保護和合理利用這些珍貴的水資源。另一方面，地理信息系統能夠通過集成歷史洪水數據和實時氣象數據，實時更新洪水信息，向公眾和應急管理部門提供準確的洪水預警，從而使應急響應更加及時有效，并幫助評估洪水造成的損害，以支持相關部門優化資源分配和重建計劃。例如，Z地區利用地理信息系統中的矢量處理和柵格處理技術，制作了大比例尺雨量統計分布圖、水庫蓄水地表吸水能力分布圖，并針對排澇救災相關任務制定了城市排水設施工程圖等，這幫助Z地區制定了緊急疏散計劃，減輕了洪水損害。

（四）城市土地使用與規劃

規劃者可以集成和分析衛星圖像、地籍圖、規劃文檔、歷史土地使用記錄等數據，能夠在更大的空間尺度和更細的粒度上理解土地使用模式及其變化趨勢，并通過土地適應性分析、城市擴張預測和環境影響評估等分析，設計更為科學的城市發展邊界，有效控制非計劃的城市擴張和保護重要的自然與農業資源。在規劃執行過程中，地理信息系統的動態數據更新和可視化功能使得監控活動更加直觀和高效，提高了規劃政策的透明度和公眾的參與度，能夠增強城市規劃的適應性和響應性。例如，超圖移動地理信息系統在采集過程中智能捕捉節點、線上點，確保圖斑邊界清晰準確。通過分割、合并、導洞等方式處理相鄰地塊圖斑，避免因形狀不精確導致的權屬糾紛。

六、結束語

本文基于對地理信息系統和城市測繪的概述，分析了地理信息系統在城市測繪中的應用優勢，如數據采集與處理的高效性、空間數據的整合與可視化、多維數據分析的能力等，提出地理信息系統在城市規劃與管理領域的應用方式，如基礎設施規劃、綠地系統設計、水資源管理，以及土地使用規劃。相信隨著技術的進步，地理信息系統將為城市的可持續發展提供強有力的技術支持和決策基礎。

作者單位：李宇剛杭州富陽土地勘測規劃設計有限公司

參考文獻

[1]馮其娜.地理信息系統在城市測繪中的應用分析[J].智能建筑與智慧城市，2022，（11）：38-40.

[2]管曉燕.智能城市測繪中地理信息系統的應用[J].華東科技，2023，（07）：54-56.

[3]呂建勛.地理信息系統在城市測繪中的應用分析[J].工程建設與設計，2023，（20）：108-110.

[4]江蕓倩，鄧鑫.地理信息系統在城市規劃測繪中的應用[J].信息系統工程，2024，（03）：93-96.

[5]楊翔.地理信息系統在現代城市測繪中的應用分析[J].科技創新與應用，2024，14（10）：181-184.