地形測量和測繪技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)研究

朱映

江蘇省基礎(chǔ)地理信息中心 江蘇 南京 210000

引言

地形測量學(xué)主要研究地形圖測繪與測量工作的應(yīng)用型學(xué)科，能夠?yàn)殚_采礦區(qū)、城市建設(shè)、工程開展提供地形圖，以滿足規(guī)劃、決策需求，具有較強(qiáng)綜合性，需保證地形測量的精度。特別是“十三五”規(guī)劃中，基礎(chǔ)測繪對于快速更新、全域更新數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)管理提出了新的要求，應(yīng)當(dāng)積極采取測繪自動(dòng)化技術(shù)，優(yōu)化測繪生產(chǎn)作業(yè)流程，從而滿足地區(qū)海量基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)要求。

1 地形測量概述

地形測繪目的是了解地表大小、形狀等特性，以此為基礎(chǔ)的測量結(jié)果通過加工可制作為地形圖。在地形測量中，可將其分為控制測量與碎步測量兩種方式，前者以高程、平面控制點(diǎn)為依據(jù)，后者以地形地物為測量對象。測量過程中，兩種方式的前提均為全面測定地面，設(shè)定好高程點(diǎn)與平面位置，立足于數(shù)據(jù)整合開展綜合處理，按照特定繪制方法將數(shù)據(jù)比例縮小，標(biāo)注于地形圖中[1]。現(xiàn)階段，多個(gè)行業(yè)發(fā)展中均采取此類地形資料，社會價(jià)值較高，采集數(shù)據(jù)作為其中的重要環(huán)節(jié)，原始資料對于測量準(zhǔn)確性具有直接影響。因此，應(yīng)當(dāng)采取現(xiàn)金測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測繪，保證繪制地形圖工作順利開展。

2 地形測量中測繪自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用意義

2.1 保證數(shù)據(jù)精準(zhǔn)

傳統(tǒng)地形測量技術(shù)中，通常采取人工測量的方式，應(yīng)用設(shè)備有限，加上設(shè)備精確度有限，難以獲得準(zhǔn)確地性數(shù)據(jù)，需確保人員操作技術(shù)不會產(chǎn)生差錯(cuò)，也避免受到天氣、環(huán)境等因素影響。而在現(xiàn)代社會發(fā)展下，各種高新技術(shù)的涌現(xiàn)，推動(dòng)測繪也逐漸向自動(dòng)化方向發(fā)展，應(yīng)用諸多精準(zhǔn)測量設(shè)備與先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，能夠通過系統(tǒng)管控的方式優(yōu)化測量流程，最大程度避免外界與人為誤差的干擾，可提高地形測量準(zhǔn)確性。

2.2 簡化地形測量

在傳統(tǒng)測量地形中，通常投入較多人力、物力與財(cái)力支持，現(xiàn)場安裝測量工具開展測繪，操作流程較為繁復(fù)，處理數(shù)據(jù)難度較，降低了工作效益。而引入現(xiàn)代測繪自動(dòng)化技術(shù)，人員僅需室內(nèi)操作電子設(shè)備，即可避免人員深入現(xiàn)場勘查，有效保障了人員生命財(cái)產(chǎn)安全的同時(shí)，系統(tǒng)還能夠針對性處理數(shù)據(jù)，分析與輸出結(jié)果，提高工作效益，減少測繪成本。

2.3 保障測量安全

我國由于幅員遼闊，各地區(qū)地形地貌有所不同，以往為獲得更為準(zhǔn)確的地形信息，通常需要派遣諸多測量人員開展實(shí)地測量，很多情況即便面對復(fù)雜的地形地礦，也要采集數(shù)據(jù)，難以保障人員安全。通過應(yīng)用測繪自動(dòng)化技術(shù)，可改善該情況，提高工作安全性的基礎(chǔ)上，減少了人員工作量，系統(tǒng)能夠自動(dòng)分析、篩選與處理數(shù)據(jù)，人員做好把關(guān)即可，改善了傳統(tǒng)測量局限性，整體地形測量更為安全、簡化與精準(zhǔn)。

3 測繪自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 慣性測繪技術(shù)

該技術(shù)作為通過定位導(dǎo)航開展測繪操作的技術(shù)，有效豐富了地形測量技術(shù)途徑，測量結(jié)果較為準(zhǔn)確，利用價(jià)值高。實(shí)踐操作中，應(yīng)用慣性測繪技術(shù)操作更為靈活，能夠滿足人員作業(yè)要求，且通過捷聯(lián)式與平臺式系統(tǒng)的配合，有助于擴(kuò)展雷達(dá)觀星測繪應(yīng)用范圍，提高技術(shù)優(yōu)勢，以滿足控制點(diǎn)合理控制、豎直管道精細(xì)測量的要求。通過慣性測繪與GPS技術(shù)結(jié)合，能夠豐富測量內(nèi)涵，掌握工程區(qū)域?qū)嶋H情況的同時(shí)，獲得三維地形圖測量效果，以滿足地形測量中超高精度與定位要求，推動(dòng)測繪自動(dòng)化發(fā)展。

3.2 全站式測繪技術(shù)

整合利用精密測量設(shè)備與光電結(jié)合測量方式，可合理應(yīng)用全站儀測繪技術(shù)，用于地形測量中獲得良好效果，具有較大應(yīng)用潛力，通過對技術(shù)融合、多學(xué)科融合的思考，能夠提高測繪技術(shù)自動(dòng)化程度。并且，應(yīng)用中可綜合考量測量角度、距離等，突出了靈活測繪的特性，有助于人員完成作業(yè)計(jì)劃，還要考慮內(nèi)存卡、存儲器等存儲設(shè)備，提高全站儀存儲測繪數(shù)據(jù)效率，對比類型不同的數(shù)據(jù)，保證精準(zhǔn)存儲。結(jié)合地形測量測繪要求，應(yīng)用全站儀需要考慮地形覆蓋面及其他特點(diǎn)，以信息技術(shù)為輔助配合，構(gòu)建功能數(shù)據(jù)庫，通過設(shè)備收集的方式，完成采集數(shù)據(jù)工作，高效利用測繪資源。同時(shí)，隨著測繪面積增加，全站儀也能拓展測量面積，將測量數(shù)據(jù)自動(dòng)輸入數(shù)據(jù)庫內(nèi)，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)化分析，保證測量工作科學(xué)、高效開展，保障結(jié)果準(zhǔn)確性。

3.3 GIS技術(shù)

該技術(shù)作為先進(jìn)測量技術(shù)，用于測量學(xué)與地理學(xué)領(lǐng)域，獲得準(zhǔn)確信息數(shù)據(jù)后，能夠開展編輯處理，完成測繪地理信息工作，為人員提供數(shù)據(jù)支持。在數(shù)據(jù)庫處理中，GIS技術(shù)能夠與信息技術(shù)融合，借助計(jì)算機(jī)輸入測繪信息，完成數(shù)據(jù)的篩選與分析，還能保存儲錯(cuò)誤信息，便于人員后續(xù)整合規(guī)劃。通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，能夠及時(shí)傳遞、查詢數(shù)據(jù)，完成建模、制圖、調(diào)配工作，完善數(shù)據(jù)管理。并且，立足于數(shù)據(jù)庫建設(shè)，GOS技術(shù)擁有完善制圖功能，能夠結(jié)合實(shí)體數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，豐富數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，完善涵蓋形式，有助于用戶管理。還能借此生成表格與圖片，根據(jù)規(guī)律劃分測量信息，滿足不同用戶要求，或是劃分特定區(qū)域，對其詳細(xì)地形加以描繪，完成繪制工作。人員在測量工作中，可參考GIS模型，對比多方數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

3.4 GPS技術(shù)

GPS作為常用測量技術(shù)，主要是通過網(wǎng)絡(luò)平臺完成測量工作，以優(yōu)化操作與定位，廣泛用于航天、軍事等領(lǐng)域。在地形測量中，應(yīng)用GPS技術(shù)能夠完善系統(tǒng)功能，對不同區(qū)域合理劃分，分為不同點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測量，以數(shù)字形式在人員面前展示地形地貌[2]。在GPS技術(shù)應(yīng)用中，高程式模型具有重要作用，能夠轉(zhuǎn)化點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)，得到準(zhǔn)確、直觀數(shù)據(jù)，模型即可展現(xiàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)。并且，在地形測量中，易受到位置、環(huán)境、氣候影響，導(dǎo)致出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差，應(yīng)用GPS技術(shù)，即可保證數(shù)據(jù)精度，其抗感染力強(qiáng)，面對復(fù)雜地貌地形，也能穩(wěn)妥處理數(shù)據(jù)，調(diào)整與完善測量數(shù)據(jù)。例如，精度定位大于50km，能夠獲得8m的相對精度，精度定位100～150km，可后的7～9m精度。因此，應(yīng)用GPS技術(shù)，能夠提高坐標(biāo)準(zhǔn)確性，以獲得相應(yīng)地形數(shù)據(jù)與工程定位。

3.5 RS技術(shù)

傳統(tǒng)測量技術(shù)中，人員優(yōu)化升級遙感技術(shù)，進(jìn)而研發(fā)了RS技術(shù)，通過測量技術(shù)與遙感計(jì)算的結(jié)合，能夠提高測量效率與精度。RS技術(shù)原理是采集迪巧表面電磁波，經(jīng)過掃描后，高層空間即可完成數(shù)據(jù)收集工作，利用數(shù)字化技術(shù)，處理與傳輸空間數(shù)據(jù)，獲得準(zhǔn)確信息。人員可結(jié)合RS技術(shù)與航空攝像技術(shù)，航拍中先制定航拍線路，獲取航拍信息，對圖像進(jìn)行處理分析，構(gòu)建模型圖案，實(shí)現(xiàn)立體測繪[3]。模型圖案分析中，應(yīng)利用整體測繪與地形分析技術(shù)，特別是完善飛行器技術(shù)后，還可應(yīng)用無人機(jī)直接測量地面，促進(jìn)測量效率提高。同時(shí)，還可應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)，具有操作便捷的特點(diǎn)，廣泛用于氣象、水溫、防災(zāi)領(lǐng)域，可為地形測量提供保障。遙感技術(shù)也從原本的空間維度、單波段、可見光、靜態(tài)分析，發(fā)展為時(shí)空維度、多波段、紅外微博、動(dòng)態(tài)監(jiān)測，拓展應(yīng)用范圍，能夠達(dá)到良好測繪效果。

4 應(yīng)用實(shí)例

以江蘇省基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為例，基于云GIS平臺開發(fā)，由數(shù)據(jù)服務(wù)層、基礎(chǔ)設(shè)施層、應(yīng)用層與平臺層構(gòu)成（見圖1）。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

在基礎(chǔ)設(shè)施層中，能夠?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行提供支撐環(huán)境，包含網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、軟件環(huán)境、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、硬件環(huán)境及安全保障措施；平臺層基于基礎(chǔ)設(shè)施層，以完整地理信息系統(tǒng)平臺為服務(wù)，其作為系統(tǒng)重要部分，應(yīng)用并行計(jì)算技術(shù)、分布式存儲技術(shù)等，通過分布式存儲與高性能并行框架，為系統(tǒng)提供并行計(jì)算功能；數(shù)據(jù)服務(wù)層，通過云GIS平臺、分布式質(zhì)檢、入庫子系統(tǒng)處理與檢查基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)，形成交匯庫、工作庫、變更庫、交匯庫、下發(fā)庫、現(xiàn)勢庫這幾種數(shù)據(jù)庫，利用管理系統(tǒng)集成管理DLG、DEM、DOM數(shù)據(jù)成果，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)服務(wù)；應(yīng)用層根據(jù)測繪業(yè)務(wù)邏輯，調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)，采取Hadoop并行計(jì)算框架、虛擬化技術(shù)、GIS平臺與標(biāo)準(zhǔn)OGC服務(wù)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)[4]。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線如下：

數(shù)據(jù)分發(fā)和交匯入庫。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)分發(fā)和交匯入庫作為操作開端與結(jié)束點(diǎn)，技術(shù)實(shí)現(xiàn)中，底層通過HighGIS core引擎與提取數(shù)據(jù)引擎，通過質(zhì)檢對比入庫與下發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)。下發(fā)數(shù)據(jù)根據(jù)行政區(qū)、要素、標(biāo)線、圖幅等集合對象分發(fā)提取，調(diào)用HighGIS提取接口，產(chǎn)生提取任務(wù)，應(yīng)用getJob接口輪詢?nèi)蝿?wù)后，達(dá)到100%任務(wù)返回下載路徑，下發(fā)提取文件，修改后提交；質(zhì)檢對比入庫則是利用質(zhì)檢數(shù)據(jù)模塊檢查數(shù)據(jù)，通過檢查后，采取增量包方式更新數(shù)據(jù)至現(xiàn)勢庫。

增量統(tǒng)計(jì)和現(xiàn)勢性分析。在增量統(tǒng)計(jì)中，更新底層數(shù)據(jù)引擎與HighGIS數(shù)據(jù)管理引擎，即可支持?jǐn)?shù)據(jù)增量統(tǒng)計(jì)[5]。通過BizServer統(tǒng)計(jì)追溯土層數(shù)據(jù)，每次更新數(shù)據(jù)均緩存至業(yè)務(wù)庫內(nèi)，即可實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)迅速獲得結(jié)果，以地圖API展示熱力圖、散點(diǎn)，以表格與Echarts展示列表信息；在現(xiàn)勢性分析中，根據(jù)底層服務(wù)分析、查詢、統(tǒng)計(jì)接口獲取顯示數(shù)據(jù)庫最新事件，利用BizServer調(diào)用HighGIS接口，通過時(shí)間字段，根據(jù)圖幅范圍、行政區(qū)劃對現(xiàn)勢庫數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，緩存最新數(shù)據(jù)至業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，且利用緩存方式展示查詢。

歷史回溯管理技術(shù)。根據(jù)更新底層數(shù)據(jù)，通過HighGIS控制引擎追溯與管理要素歷史圖層，更新數(shù)據(jù)中，能夠利用日志在底層平臺上記錄更新操作，HighGIS平臺分析日之后，生成歷史追溯圖層與歷史版本圖層。并且，BizServer立足于HighGIS歷史追溯接口與版本歸檔實(shí)現(xiàn)二次封裝，可在歷史數(shù)據(jù)查詢、提取、恢復(fù)、增量更新中調(diào)用[6]。

通過以上技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)圍繞升級數(shù)據(jù)庫服務(wù)、應(yīng)用、管理需求，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)測繪增量的完善與擴(kuò)展，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，可支持基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)庫要素動(dòng)態(tài)更新、整體更新及增量更新，保障測繪數(shù)據(jù)質(zhì)量及時(shí)效性。

5 結(jié)束語

綜上所述，科學(xué)的蓬勃發(fā)展使得科研人員研究出更多測繪自動(dòng)化技術(shù)，能夠?yàn)榈匦螠y繪提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。地形測繪中，常用測繪自動(dòng)化數(shù)據(jù)包含慣性測繪技術(shù)、全站式測繪技術(shù)、GIS技術(shù)、GPS技術(shù)、RS技術(shù)，技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)結(jié)合地形地貌、測繪要求及技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，合理選用測繪自動(dòng)化技術(shù)，從而提高整體地形測量水平，從而推動(dòng)地形測量向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。