3S 技術在市政測繪中的集成應用研究

姚龍龍 王 淳

0 引言

3S技術是地理信息系統(GIS)、遙感(RS)和全球定位系統(GPS)這三項相互獨立又密切關聯的高新技術的簡略統稱。地理信息系統是信息綜合管理的平臺，遙感技術是大范圍信息采集的有效手段，全球定位系統是精確定位的重要工具。3S技術的集成是有效利用各種技術的優勢(GIS的數據管理功能、RS的實時遙感信息、GPS的空間定位技術)，動態、快速、高精度地獲取和存儲各種空間和屬性信息，快速而方便地進行信息查詢、檢索和統計，有效和智能化地進行空間分析，提高對城市發展的科學預見和動態監控水平，最終實現對 4W(When，Where，What Object，What Change)時空信息的 4A(Anyone，Anything，Anytime，Anywhere)服務目標。隨著各個大中城市建設步伐的加大，市政工程測繪工作對3S技術集成應用迫切需要。下面就幾方面對3S技術在市政測繪中的集成應用研究介紹。

1 3S技術簡介

3S技術的集成是當前測繪技術、攝影測量和遙感技術、地圖制圖技術、地理信息技術、圖形圖像技術、定位技術、計算機技術及數據通訊技術的綜合應用，將推動市政測繪技術的日新月異發展。3S技術集成的發展，從各個方面改變了我們獲取信息和處理信息的手段。

地理信息系統(Geographic Information System)是在計算機硬件和軟件支持下，以一定的格式輸入、存儲、檢索、顯示和分析應用的技術系統，具有數據存儲、編輯、管理、輸出、更新等基本功能，是空間信息綜合管理和公共地理定位基礎。隨著理論、政策、數據和軟件的快速發展，地理信息系統應用也日益深入和普及，可以分為政府應用(加拿大CGIS、基礎地圖系統、集成GIS)、行業應用(交通、商業、規劃、社會、環境 GIS)、公眾應用(eMap，Oline map store，Map Locator engine，Geographic exploration systems)三個方面。

遙感技術Remote Sensing，是利用飛機、衛星等空間平臺上的傳感器(包括可見光、紅外、微波、激光等傳感器)，從空中遠距離對地面進行觀測，根據目標反射或輻射的電磁波，經過校正、變換、圖像增強和識別分類等處理，快速地獲取大范圍地物特征和周邊環境信息，獲得實時、形象化、不同分辨率的遙感圖像，具有探測范圍大、資料新穎、成圖速度快、收集資料方便等特點。近年來，RS技術發展除了表現在傳感器技術的不斷進步和空間分辨率、光譜分辨率、時態分辨率等不斷提高外，重點表現在數據處理(是遙感影像能夠得到有效應用的關鍵，包括識別分類、信息提取、影像建模、數據管理)和綜合應用(城市擴張、用地變遷、生態環境等研究)上。

全球定位系統Global Positioning System，是同時接收來自多個衛星的電波信號，以衛星為基準求出接收點位置的技術，由空間衛星(均勻分布在6個軌道平面的24顆衛星)、地面監控站和用戶接收機三部分組成，具有定位精度高、觀測時間短、無需通視、操作簡便、全天候作業等特點。全球定位系統一般稱為GNSS(Global Navigation Satellite System)，包括美國的GPS、俄羅斯的Glonass和歐洲的Galileo。按照應用領域分為導航GPS(手機定位、車輛跟蹤和自主導航系統GPS定位、交互式導航系統、廣域差分導航系統、手持GPS導航)和測量GPS(靜態GPS，常規RTK，CORS系統VRS-RTK、精確單點定位PPP-RTK)，兩者的硬件設備、定位精度、配合軟件有很大區別。

2 城市變遷集成應用研究

綜合運用GIS技術和遙感影像，對城市市政測繪獲得整體影像圖，進行研究城市空間擴張模式、誘導因素、產生問題和發展對策。如西安大略大學地理系以影像疊加比較為基礎進行的北京市城市擴張研究和倫敦市土地覆蓋密度分析，卡爾加里大學測量系的城市發展和各類用地轉換研究，卡爾加里大學地理系的城市擴展蔓延趨勢及對農業用地影響的研究。

3 城市資源探索系統集成應用研究

建立在影像地圖基礎上的城市資源探索系統是新一代的GIS，典型代表是 Google Earth，建立此系統需要 GIS，RS，GPS 技術集成應用，即是Google Earth(GIS)、影像地圖做基礎(RS)、導航和測量GPS測量經緯度技術綜合應用。利用導航和測量GPS(靜態GPS，常規RTK，CORS系統VRS-RTK，PPP-RTK)技術獲得城市各等級平面、高程控制點及市政地形圖碎部點網格坐標或經緯度坐標，經過內業數據處理后比例尺、坐標系統統一的成果插入影像地圖中，各等級平面、高程控制點點位影像成果圖可以作為市政建設中點位查找的資源探索成果依據，市政測繪的電子地形圖成果可以經過插入塊和影像地圖比對判斷測繪成果的現勢性、多漏性和精度性。

eMap城市電子地圖是一種本地化的網上定位查詢工具，成為市民、游客出門旅行的必備工具，可以根據地址、地址范圍、地名位置、道路交叉口、社區、地籍描述、規劃分區等進行準確定位、路徑生成、信息查詢等。

4 GPS技術用于RS攝影測量外業控制點測量集成應用研究

攝影測量一般沿飛行航攝的航線，每隔一定間隔就要在野外實地測量一定數量的平面和高程控制點。野外平高控制點的間隔n按地形類別及所測地形圖的比例尺而定。如1∶2000地形圖，攝影比例尺為1∶10000，間隔n一般為4個～6個攝影基線。常規的野外平高控制點的測量方法是先沿航攝方向布設導線，然后在此基礎上采用支導線方法測定航測像控點。這種方法主要是導線方式測量。由于航攝面積較廣，對23 cm×23 cm像幅，1∶10000攝影比例尺，覆蓋范圍為2.3 km寬，雙航線覆蓋范圍更寬，在這廣闊范圍內進行導線測量，往往由于實地條件的限制，其作業是相當艱苦的，且工作量大，作業周期長。

在天津市津寧高速公路58 km路線的航測外業中，利用8臺Trimble 5700接收機先進行靜態GPS測量，再利用常規RTK技術將一臺或兩臺GPS接收機固定于已知點上，其余GPS接收機移動于像控點進行像控點三維坐標測量。全線航測像控點測量作業時間較常規方法縮短5倍。經過平差處理，像控點平面點位精度達到了優于0.10 m的精度，最弱邊相對中誤差為1/43734，像控點的高程GPS測量誤差呈現出偶然性，最大偏差+0.060 m，最小偏差－0.006 m，誤差的平均值為－0.005 m。把精密水準當作誤差很小看待，則GPS測量高程的中誤差為±0.039 m。在做完靜態GPS測量后，也可使用CORS系統VRS-RTK、精確單點定位PPP-RTK技術獲得加密像控點三維坐標測量工作，大大拓展了作業范圍距離。由此可見，GPS測量技術應用于航測控制，不僅具有高精度，而且具有極大的靈活性。它改變了逐步控制的測量模式，其效率較常規方法提高5倍以上。

5 GIS技術用于市政測繪成果數據信息管理集成應用研究

在快速發展的市政建設大潮中，利用全球定位系統GPS技術、遙感RS技術、地下綜合管線探測技術和各種成圖軟件等技術生成的地下綜合管線、地上電子地形圖成果進行數據信息管理，通過3S技術集成應用，地理信息系統GIS技術解決了這方面的難題。在天津市我們市政勘測單位利用3S技術集成應用于以下兩個項目效果顯著。

5.1 天津市保稅區地理信息數據庫建立

通過對地上建筑物和地下綜合管線的外業測量和內業數據庫的建立(GPS和GIS的集成應用)，測繪成果為市政規劃部門提供了有力的基礎數據依據。

5.2 天津市城市市政設施部件普查

3S技術集成應用在本項目測繪中得到很好的應用，應用先進的天津市長期連續運行參考站CORS系統(GPS)外業采集部件坐標數據和ARCGIS軟件(GIS)進行內業成果整理集成應用。為市政府和市政管理局提供了很好的數據庫地理信息系統，為政府對市政設施的管理提供了有力的數據依據。

6 結語

信息技術正在如此深刻地改變著我們的世界、改變著我們每個行業、改變著每個人的工作和生活方式，信息測繪實時有效地向信息化社會提供空間信息基礎保障與綜合服務。快速獲取信息并自由進行信息的溝通與共享已成為我們這個時代的主題。

[1]Kang-tsung Chang.Introduction to Geographic Information Systems[M].New York:McGraw-Hill Companies，Inc.，2004:349-374.

[2]John P Wilson，A Stewart Fotheringham，Pip Forer.Transaction in GIS[M].Oxford:Blackwell Publishers Limited，2001:165-170.

[3]天津市長期連續運行參考站CORS系統VRS技術規定[S].

[4]姚建偉，房新玉.淺述天津濱海新區CORS系統建設的意義[J].山西建筑，2010，36(26):355-356.