測繪新技術在測繪與地理空間信息獲取中的應用

馮顏博

摘要：測繪學科發展到今天已經進入到信息化測繪階段，現代測繪是各種地理空間數據的采集、量測、處理、顯示、管理和利用的科學與技術，這種信息是構建“數字中國”的基礎。測繪新技術的發展為各種信息的獲取提供了方便，測繪新技術的發展為測繪與地理空間信息獲取提供了很多技術手段，使得數據的獲取更加訊速，更加準確，更加自動化。

Abstract： Subject of surveying and mapping development today has entered the stage of informatization. Modern surveying and mapping is the science and technology of collecting， measuring， processing， displaying， managing and utilizing various geospatial data. This kind of information is foundation to build "digital China". The development of new surveying and mapping technology has provided convenience for the acquisition of various information and provided many technical means for surveying and mapping and geospatial information acquisition， making data acquisition more speedy， more accurate and more automated.

關鍵詞：測繪新技術;測繪與地理空間信息;信息獲取

Key words： new surveying and mapping technology;mapping and geospatial information;information acquisition

中圖分類號：TU198? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）34-0195-03

0? 引言

測繪的一個重要任務就是獲得各種地理位置數據和屬性數據，隨著科學技術的進步、測繪儀器及設備的更新，測繪學科在經歷傳統測繪、數字化測繪之后已經進入信息化測繪階段，測繪不僅僅研究地球和其他實體的位置信息和屬性信息的采集、處理、發布、管理、更新及利用，測繪學科的服務對象和應用范圍已經擴展到地理空間信息相關的各個領域[1]。現代測繪的基礎是地理空間信息數據，地理空間信息數據是向用戶及社會提供有效信息服務的基礎，因此如何自動化、快速化、智能化、數字化、實時化的獲取地理空間信息數據成為現代測繪的發展方向，衛星導航定位技術、高分辨率遙感衛星技術、數碼航空攝影測量技術、無人機航攝遙感技術、機載激光掃描技術、地面移動測圖技術、地面激光掃描技術、輕型飛機大比例尺地形測繪技術等新技術形態為地理信息數據的獲取提供了更多技術手段，與此同時隨著多學科交叉、多技術融合，測繪的應用領域已經擴展到與地理空間信息相關的多個方面，從傳統測繪的地圖服務為主擴展到基于諸多地理信息的一體化服務，同時隨著社會的飛速發展，對數據的更新速度和更新頻率提出了更高的要求，這就需要提供隨時間變化的準實時或實時變化的地理信息[2]。現代測繪正在構建基于陸、海、空、天的多平臺、多傳感器的先進測繪新技術形態，為地理空間信息數據的快速準確獲取提供更多技術手段[3]。

1? 測繪新技術獲取地理空間信息的方法

1.1 衛星導航定位技術

隨著GLONASS、BDS、Galileo系統逐漸完善并提供服務，GPS應用已轉換為多系統融合的GNSS應用。多系統多頻組合定位可以縮短模糊度的初始化時間，提高可靠性及定位精度，已成為高精度衛星定位的發展方向[4-5]。現階段GNSS定位技術的研究主要在精密單點定位技術和網絡RTK技術（Network RTK）兩個方面。精密單點定位需要精密的衛星軌道和衛星鐘差參數，對單臺雙頻GPS接收機數據進行改正，進行實時動態定位或2-4cm級的精度進行較快速的靜態定位。目前國內外多個連續運行衛星定位服務綜合系統（CORS，continuous operational reference system）已經投入工程化應用，現階段基于雙差模式的網絡RTK已經比較成熟，非差模式的網絡RTK技術研究已經取得階段性成果。我國已經建立覆蓋全國的CORS網。目前GNSS定位技術可以提供全天候、三維、高精度定位信息，在基礎地理信息數據生產中發揮著非常重要的作用[15]。

由于4大GNSS系統的融合以及快速獲取整周模糊度和實時差分技術的日漸完善，基于GNSS快速獲取高精度的地理空間信息位置信息提供了可能。

1.2 高分辨率測繪遙感衛星平臺

高分辨率遙感可以以米級甚至亞米級空間分辨率精細觀測地球，優于米級的高分辨率立體測圖衛星將是今后測繪衛星的一個主要發展方向[6]。《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015-2025年）》中指出建設由高分辨率光學立體測圖衛星、重力衛星、干涉雷達衛星等不同種類衛星有機組成的測繪衛星體系并兼有激光測繪的功能，推動多用途衛星協同應用，要用于1∶5萬、1∶1萬及更大比例尺地圖測圖和更新[7]，衛星影像覆蓋范圍大、時間分辨率高、使用場景廣泛，隨著高分辨率測繪遙感衛星平臺的投入使用，實時動態獲取全球地理空間信息成為可能，目前通過建立高精度成像幾何模型，建立從原始影像到測繪產品的全流程并行數據處理系統。衛星成像技術及立體成像能力的發展，使得衛星測繪（Satellite Mapping）成為了地理空間信息獲取與持續更新的主要技術手段之一。有關專家預測在未來幾年內，在1∶5 000至更小比例尺地圖的測繪方面，競爭力日益提高的高分辨率遙感衛星將取代傳統的航空攝影測量，因此高分辨率測繪遙感衛星平臺快速獲取大面積范圍的地類位置信息成為可能。

1.3 數碼航空攝影測量技術

CCD等光電感應器件技術的發展帶來了數碼相機的誕生及其迅速提升，數碼航空攝影測量指的是在飛行器上用數碼航空攝影相機對地面連續攝取像片，結合地面控制點測量、調繪和立體測繪等步驟，得到地面上各種實體的空間信息。航空攝影測量具有適應場景多、測量速度快、工作效率高等特點，隨著大像幅航攝儀的開發與應用、“傾斜攝影”成像方式的應用、基于改進的暗原色原理航空影像的快速去霧處理技術的成熟，同時基于地面多種控制和約束信息的攝影測量定位、定向技術也得到較大發展，出現了一批依據直線、曲線特征的影像位姿解算方法，實現從傳統的點特征向高維特征的解算方法的演進[8]。因此數碼航空攝影測量技術為快速的獲取地理空間信息提供了高效手段。

1.4 無人機航攝系統

無人機航攝系統作為傳統航空攝影測量手段的有力補充，其推廣應用是國家測繪地理信息局提升我國測繪技術裝備水平的重要內容之一。無人機航攝系統的應用在提升測繪應急保障服務能力、構建數字中國、監測地理國情、提升社會管理效能等方面具有明顯優勢，并且對氣象條件要求低，受空中管制影響小。無人機航攝系統作為傳統航攝系統的有益補充，以其高效率、低成本、易機動、適用場景廣泛等優勢在航攝領域迅速得到廣泛應用[9]。近年來無人機航攝系統集成了GPS定位模塊，通過實時差分或者事后差分結算，精確記錄曝光瞬間的攝影中心點坐標，通過飛行架構航線可以減少外業所需像控點，現階段新型飛控系統已經集成了雙頻GPS、IMU測姿單元，通過GPS、IMU開展測姿參數聯合計算，可以在復雜地形地區開展稀少（無）控制測圖，同時能夠極大的減少外業工作量[13]。

隨著無人機航攝系統的完善，有效負載的增大，續航時間的增長，飛行質量的提高，其可以滿足大比例尺測圖、高精度的城市三維建模以及各種工程應用的需要，無人機航攝遙感系統在獲取地理空間信息數據上有較強的優勢。

1.5 機載激光掃描系統

LiDAR（激光測距技術）是一種集激光、全球定位系統（GPS）、慣性導航系統（INS）三種新技術于一體的系統，將傳統的人工單點數據獲取轉變為自動連續數據獲取。快速獲取目標點的激光點云數據，通過特定的方程結算可以獲得高密度、高精度的目標點三維坐標數據，并構建目標物的三維立體模型。目前用于獲得地面數字高程模型（DEM）的LIDAR系統已經日臻成熟，已成為快速、精確獲取地理空間信息的重要手段，現階段激光點云數據和影像的采集可以聯合進行，光學影像和激光點云數據兩者之間優勢互補，可以自動實現大比例尺測圖、數字高程模型及三維建模。

1.6 地面激光掃描系統

地面激光掃描是通過空間點陣掃描技術和激光快速測距技術融合而產生的一項新型測繪技術。地面激光掃描系統是通過非接觸目標的方式，通過激光掃描系統獲取目標區域表面點云的三維數據，獲取的數據真實可靠，測量前無需對目標物體進行預處理，對采集的數據經過專業軟件處理分析，得到目標物體的三維模型，它不同于單純的測繪技術，又被稱為“實景復制技術”，采集目標點的速度及效率遠遠高于傳統測量手段，脈沖式激光掃描方法的采樣點數可達到數千點每秒，而相位式的激光測量更可高達數十萬點每秒，可以高效率的獲取目標物表面點的三維坐標從而達到高分辨率的目的，隨著相關理論及相關軟硬件的發展和成熟，地面激光掃描系統在采樣密度、采樣精度、工作效率等方便有了飛速發展，在采集地理信息空間數據方面具有傳統測繪無法比擬的優勢[12]。

1.7 地面移動測量系統

地面移動測量系統是指在地面移動平臺上集成全球定位系統（GPS）、攝影測量系統（CCD）、慣性導航系統（INS）等設備和先進傳感器，沿著行進方向采集周圍地物的坐標信息及影像數據，后期經過專業軟件編輯處理，形成地理信息數據及三維模型成果。地面移動測量系統是一種動態測量技術，通過非接觸的手段在一瞬間獲取目標區域中大量物體的屬性信息和幾何信息的測量手段，用于快速、高精度的更新測區多個目標信息，是對傳統測繪技術的一種革新，易于被大眾所接受與使用，滿足地理空間信息現勢性的要求，獲取的可量測實景影像數據處理靈活多樣，豐富了地理空間信息數據的內容并拓展了其應用領域，可以極大提高地理空間信息的采集速度和更新效率，提升測繪保障服務的能力[10-11]。

2? 結語

現代社會隨著信息時代的到來，所有空間實體進行了數字化，通過現代化的技術手段快速高效率的獲取、更新地理空間信息數據變的十分必要，現代化測繪指的就是獲取4W信息（何時-When、何地-Where、何目標-What Object、何種變化-What Change）并實時準確的服務給每個人、每件事（4A服務—Anyone， Anything， Anytime and Anywhere）[14]。現代測繪新技術利用陸海空天一體化的導航定位和遙測遙感等空間數據獲取手段來為測繪及地理信息的獲取提供快捷，實時，精確的數據來源，最終服務于經濟社會的發展。

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