城市地理信息系統在測繪工程中的應用

李安慶

摘 要：地理信息系統的出現與發展不僅大大減少了工程測量工作的工作量，而且工作效率的提升也很明顯，是工程測繪技術發展過程中的里程碑，其所產生的社會效益、經濟效益十分顯著。當然現階段地理信息系統還有待進一步完善，相信GIS的發展與優化，能夠進一步推動控制測量技術的變革。本文主要介紹地理信息系統的一些特點和功能，及其在城市測繪領域的應用。

關鍵詞：地理信息系統；城市測繪；數據；坐標

地理信息系統簡稱為GIS，它是建立在測繪測量的基礎上，應用數據庫為數據源，是管理和研究數據的計算機系統。它提供地理分布有關的數據的空間信息系統，具體過程可以看成是，對地球表面與空間地理進行信息數據采集、貯存、管理和分析的連續操作。在測繪方面的應用主要依賴于通過計算機建立存儲，檢索，顯示以及制圖的過程。在當今的信息社會，GIS因為有著基于它本身特點的優勢。即是一種結合地理空間特征和統計信息的信息系統。使得它成為了信息高速公路上的信息節點和基礎設施之一。

一、GIS的工作原理和功能

1.GIS的工作原理

GIS主要是通過對不同來源不同形式數據進行分析，確定原變量的坐標位置，比如可以利用經緯度以及海拔來對變量位置進行標注，有時也利用類似于ZIP地理編碼系統來定位變量在GIS系統中的坐標，再組織生成能夠直接訪問GIS的計算機數據庫，通過不同的運營商將地圖形式的數字信息轉換成可以識別的圖像或信息。

2.GIS的主要功能

（1）數據采集與編輯功能：地理對象的空間位置信息采集、屬性信息采集；地理信息輸入；地理信息數字化；地理數據的編輯、驗證、編碼、規范和標準化；符號設計和地圖修飾；地理數據入庫。

（2）數據庫管理功能：地理數據庫定義、建立；地理數據庫操作，包括數據檢索、增加、修改、刪除等；地理數據庫維護、備份和安全；地理數據庫更新和變更歷史記錄。

（3）空間查詢和分析功能：圖形屬性雙向查詢。根據地理對象的圖形查詢相應的屬性信息；按照屬性信息的特點，查詢對應的地理目標。

（4）制圖功能：GIS可以根據地理數據庫地圖生成數字地圖，并對數字地圖進行整飾，添加圖例、顏色和標注，為用戶輸出全要素地圖；根據用戶需要，分層輸出各種專題地圖；可以輸出通過空間分析得到的結果圖。

（5）地形分析功能：GIS通過構造數字高程模型（DEM）進行有關的地形分析。其中包括等高線分析、透視圖分析、坡度坡向分析和斷面圖分析等。

二、GIS在測繪中的流程

1.數據的采集

GIS的操作對象是空間數據，無論是可見的還是不可見的，都是自然環境的一種表現模式，是數字化的現實世界，這是建立在對自然環境的抽象和描述基礎上。

由于計算機的數字化特征，空間對象須離散化的表達，即把空間對象抽象表達為點、線、面、體等具有位置和屬性特征的地理實體。空間地理數據無論是來源于數字數據，還是來源于模擬數據，都需要與所使用的GIS軟、硬件相兼容。模擬數據，需經過數字化才能輸入到GIS中；常用的模擬數據輸入方法有：手工數字化、自動數字化（包括掃描）和鍵盤輸入等。計算機雖可閱讀和存儲數字數據，但輸入的數字數據格式與所用的GIS軟件不一致時，要經過數據格式轉換后才能輸錄入。GIS數據采集與輸入的同時，還實現數據編輯功能。數據錄入和編輯就是各圖層實體的地物要素按順序轉化為x、y坐標及對應的代碼輸入到計算機中。

數據采集方法：

（1）定位設備：野外測量：大平板、全站儀、GPS；移動測繪系統特點：精度高、效率較低；適合范圍：小范圍GIS數據采集或局部數據更新；

（2）數字化設備：數字化儀、掃描儀；攝影測量設備特點：范圍大，速度快；使用范圍：大面積GIS數據采集、資源普查等；

（3）數據交換：針對GIS數據采集中屬性信息采用手工調查和數據處理工作復雜等導致效率低下的問題，提出了基于AUTOCAD數字化采集GIS數據的方法。研究了將實體的屬性信息編碼進行數字化調查的方法，解決了GIS數據在AUTOCAD圖形數據庫中存儲的問題，以及將AUTOCAD下的GIS數據轉入GIS的問題，將大大提高了GIS數據采集的工作效率。

2.數據的處理

GIS數據的編輯處理主要包括：

（1）誤差識別與糾正，包括地圖和相片數字化過程中產生的誤差，以及由于地圖或相片變形引起的誤差；（2）地圖投影和坐標系統的轉換，以保證所有的地理數據具有統一的投影和坐標系統；（3）數據結構轉換，即根據數據輸入格式和分析的需要，實現矢量到柵格或柵格到矢量的轉換；（4）數據的綜合概括，以刪去數據中不必要的細節；（5）圖幅邊緣匹配，以便于相鄰圖幅數據的合并或跨圖幅的空間分析。

3.GIS系統的空間分析

空間分析是基于地理對象的位置和形態特征的空間數據分析技術，其目的在于提取和傳輸空間信息。GIS與一般的計算機輔助制圖（CAC/CAD）系統的主要區別在于GIS具有空間分析功能。GIS的空間分析是指以地理事物的空間位置和形態為基礎，以地學原理為依托，以空間數據運算、為特征，提取與產生新的空間信息的技術和過程，如獲取關于空間分布、空間形成以及空間演變的信息。做好數據處理的預處理工作之后，GIS便可以利用得到的數據來進行空間分析，對圖形數據進行分析計算，從空間物體的空間位置以及相互關聯去對空間事物進行研究以及定量描述。

空間分析的步驟：建立分析的目的和標準；準備空間操作的數據；進行空間分析操作；結合分析的目的和任務，對獲得的新空間數據進行分析；結果評價和解釋；產生最終的結果圖和報表模型。

三、GIS在城市測繪中的具體應用

傳統的城市規劃設計方法缺少快速、準確地輔助分析平臺，規劃設計者在工作中難以避免地從主觀出發，感性地分析處理基礎數據和信息，這種規劃設計手法，一方面效率低、工作量大、易出現錯誤，另一方面也導致了規劃設計中重結果、輕過程，重物質規劃、輕社會經濟因素分析現象的產生，致使規劃成果內涵不足、科學性難以準確把握。

而GIS快捷的數據獲取能力、強大的空間數據處理和分析功能正是城市規劃業務所需要的。它與城市規劃緊密聯系在一起，已經成為現代城市規劃設計不可或缺的輔助決策工具。GIS在城市規劃中不僅是數據庫，也是強大的工具箱。

使用了GIS系統，由此所得到的城市測繪數據十分的詳盡和準確，極大地提高城市測繪工作的科學性。與以往的城市測繪工作相比較，具有很大的進步。而且，這種測繪方式是基于計算機的，計算機具有高速的運算能力和極強的邏輯能力，能夠在比較短的時間內提供多種方案進行比較和選擇，增加城市測繪方案的合理性。

另外，因為是基于計算機的，它能夠自動生成表格和報告.數據庫的使用又使得刪補和更新變得十分的容易。GIS的使用也增強測繪人員對自身工作目的的準確把握，即了結了如何做好測繪工作才能使得城市規劃得以順利進行。

四、小結

GIS依托于地理學和測繪學，利用其算法和理論對數據進行抽象變換和處理，對城市測繪工作的精度和效率都有很大的提升。本文對GIS在城市測繪中的應用作了詳細的分析，闡述了它在城市規劃過程中的重要性，隨著GIS技術的優化和發展不僅給測繪工作打來了很大的方便，而且進一步推動了控制測量技術的變革，極大地推動了社會生產力的發展。

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（作者單位：杭州建德自來水有限公司）