GPS測繪技術在地理信息系統(tǒng)中的運用研究

段瑞鑫

摘要：GIS系統(tǒng)是以計算機系統(tǒng)為基礎所衍生出的、可被用來高效管理地理信息的技術。首先介紹了什么是GPS測繪技術，其次對GIS系統(tǒng)進行了說明，同時對二者融合所具有的優(yōu)勢進行了分析，指出將二者結合，可賦予相關技術更為理想的連續(xù)性、高效性以及創(chuàng)新性，最后根據(jù)當前情況，圍繞GPS測繪在GIS系統(tǒng)中的實際應用展開了討論，內容主要涉及定界勘測、空間分析、城市建設等方面。希望能使相關人員受到啟發(fā)，為日后測繪工作的有序開展助力。

關鍵詞：GIS系統(tǒng)；GPS測繪；RTK定位

一、什么是GPS測繪技術

（一）定義

GPS測繪的本質為定位系統(tǒng)，主要構成設備包括通訊衛(wèi)星、衛(wèi)星接收器，可為有關人員提供其所需的時間、導向還有三維坐標等信息。考慮到地質測繪等工作對精度所具有要求相對較高，需要有關人員根據(jù)實際情況繪制相應地形圖，對GPS測繪加以運用，在保留傳統(tǒng)基礎的前提下，借助空間定位等先進技術，盡快完成定位和測繪等工作，其現(xiàn)實意義有目共睹。

利用GPS進行地質測繪所依托核心技術為載波相位，酌情引入在動態(tài)定位方面具有突出作用的RTK技術，可使定位準確性得到極大程度的提高。對GPS測繪加以運用期間，該技術能夠做到以測繪所獲得數(shù)據(jù)為依據(jù)，建立相應的三維模型，確保有關人員可盡快確定測繪的準確位置，同時將定位精度提高到厘米級[1]。而在測繪過程中，載波相位差分的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一是對測站、基準站所掌握數(shù)據(jù)進行聯(lián)系，二是確保測繪所獲得各項數(shù)據(jù)均能夠盡快傳輸至對應的流動站，使測繪技術表現(xiàn)出應有的合理性以及全面性。另外，GPS測繪可借助衛(wèi)星對測繪對象進行準確定位，在衛(wèi)星導航的配合下，實時監(jiān)測目標物體當前情況，從而獲取日后工作所需的動態(tài)參數(shù)。

現(xiàn)行測量規(guī)范將GPS的測量精度劃分成了六個不同的等級，對GPS網相鄰各點間所存在基線的長度精度進行計算時，通常需要用到以下公式：

在上述公式中，σ代表標準差，單位是mm。a代表固定誤差，單位是mm。b代表比例誤差對應系數(shù)。d代表各點間距，單位同樣是mm。實際工作中，有關人員應以控制網精度為依據(jù)，對a和b的數(shù)值進行選擇。對應分級表如下：

（二）特點

GPS測繪和傳統(tǒng)技術的區(qū)別，主要是前者在精簡操作流程的基礎上，對測繪精度進行了大幅提高，這也使得其在GIS系統(tǒng)、工程測繪領域得到了極為廣泛的運用。將其和電子技術進行充分結合，可憑借信息軟件所具有優(yōu)勢，將測繪范圍擴大到20km，同時將測繪工作需要花費的時間壓縮至15min[2]。若各基準臺或是移動臺的間距不超過1.5m，測繪速度可得到更進一步的提升，其用時往往能夠被控制在2min以內。

該技術所具有效能同樣十分突出，除特殊情況外，有關人員只需進行一次測繪，便能夠獲得測繪對象高程、三維坐標等數(shù)據(jù)。另外，其優(yōu)勢還體現(xiàn)在坐標讀取等方面，可通過實時讀取坐標的方式，為工作人員提供設計和建設所需各項數(shù)據(jù)，同時能夠有效避免傳輸期間由于人為失誤，導致數(shù)據(jù)出現(xiàn)不必要的錯誤，測繪所得數(shù)據(jù)自然能夠具備相應的真實性及有效性。

二、關于GIS系統(tǒng)的說明

GIS系統(tǒng)主要被用來對空間數(shù)據(jù)進行采集和分析，可根據(jù)分析所得結論建立相應模型，為管理及規(guī)劃工作的實施助力。該系統(tǒng)可被拆分成五部分，分別是用戶、模型、軟硬件和空間數(shù)據(jù)，其中，軟件是指數(shù)據(jù)庫、管理軟件以及專業(yè)軟件，硬件主要包括網絡設備、主機和其他外設。經過數(shù)次的升級，目前，該系統(tǒng)已具備較為完善的功能，例如，采集、編輯并存儲數(shù)據(jù)，再例如，對空間進行分析[3]。其特點可被概括如下：一是具有多項功能，在動態(tài)性、空間性等方面的表現(xiàn)極為突出。二是將管理地理數(shù)據(jù)的工作全權交由計算機負責，計算機可參考現(xiàn)有分析方法，通過模擬的方式高效完成各項任務。三是隨著計算機的加入，GIS系統(tǒng)表現(xiàn)出了較其他系統(tǒng)更加突出的能力，可在復雜環(huán)境中快速開展定位及分析工作，同時確保分析所得結論具有實際意義。

三、GPS測繪+GIS系統(tǒng)的優(yōu)勢分析

（一）連續(xù)性

將GPS測繪用于GIS系統(tǒng)，可獲得相應的測量控制網。由于控制網對應各基準點均為固定基準點，具備定期對指定區(qū)域進行數(shù)據(jù)測量的條件，同時可將測量所得數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳至GIS系統(tǒng)對應處理中心內，由處理中心根據(jù)各項數(shù)據(jù)生成測量標本，為日后測量等工作的開展提供理論依據(jù)。事實證明，這樣做可在極大程度上提高測量效率，且測量人員工作量也會得到顯著減少，其現(xiàn)實意義有目共睹。

在實際工作中，有以下幾方面內容需要引起重視：首先是視情況對基準站進行構建，確保所構建基準站能夠及時且全面的存儲各項信息，為后續(xù)工作的開展助力。其次是由專業(yè)人員組織開展采樣工作，將采樣期間所獲得數(shù)據(jù)錄入對應系統(tǒng)，根據(jù)所掌握數(shù)據(jù)完成構建三維坐標的工作。最后是掌握利用GPS差分系統(tǒng)開展工作的方法，在確定目標對象所處位置的前提下，通過測量的方式獲得相關數(shù)據(jù)。差分系統(tǒng)主要包括三個部分，一是數(shù)據(jù)鏈，二是流動接收機，三是接收數(shù)據(jù)信號的設備，這點需要有所了解。

（二）高效性

GPS測繪主要被用來對地理位置進行定位，通過獲取三維坐標的方式，為測量工作的高效開展助力。將二者充分結合，既能夠使前期定位、獲取數(shù)據(jù)等工作的效率得到提高，又可以增強測量工作所具有的高效性和精準性。以往所開展測量工作，通常需要先在測繪區(qū)域內進行布點，再通過定位測量的方式獲得相應的數(shù)據(jù)，期間往往要用到多個設備，GPS測繪則解決了常規(guī)技術所存在的以上不足，將測量設備精簡為一臺接收機，事實證明，對該技術加以運用，不僅能夠做到任意取點，還可以選擇性地省去補點測量的步驟，同時可確保所獲得數(shù)據(jù)與現(xiàn)場情況高度契合[4]。

四、GPS測繪+GIS系統(tǒng)的具體應用

現(xiàn)階段，各國學者紛紛指出應將GPS測繪融入GIS系統(tǒng)，對GIS系統(tǒng)而言，GPS測繪的應用方向主要為：

（一）RTK定位

在勘察地質工程期間對GPS測繪加以運用，可在極大程度上提高勘測速度，并確保三維刻畫等工作能夠發(fā)揮出應有作用，幫助有關人員快速掌握現(xiàn)場地貌及地形特征。傳統(tǒng)測繪技術難以做到快速且準確的獲取復雜定性坐標及高程，GPS測繪強調以快速靜態(tài)、快速動態(tài)為基礎，通過連續(xù)實施定位操作的方式，賦予系統(tǒng)既有定位功能更加理想的精確度。在運用該技術對數(shù)據(jù)進行測量時，通常需要搭配相應的傳輸流動站，在對數(shù)據(jù)進行連續(xù)接收和統(tǒng)一分析的前提下，確保基準站所存儲數(shù)據(jù)得到高效管理。對RTK技術加以運用前，先要以目標區(qū)域對應控制點為載體，安裝相應的GPS接收器，再借助GPS衛(wèi)星完成跟蹤和調試等工作，待衛(wèi)星觀測所得數(shù)據(jù)被傳輸至基準站后，有關人員便可利用接收器完成定點監(jiān)測的工作，基于時差分處理對接收器坐標、實際高程加以確定，保證地質測繪所取得效果能夠達到預期。另外，該技術還有助于基準站將觀測值、坐標等參數(shù)快速傳輸至對應流動站，由流動站負責生成并存儲相應的RTK數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)，供后續(xù)工作參考。

（二）定界勘測

研究表明，常規(guī)界定技術往往需要用到關系距離法和分析法，不僅勘測過程較為繁瑣，最終結果所具有真實性也難以得到保證，對GPS測繪加以運用，可使上述問題迎刃而解，在優(yōu)化工作流程的前提下，促使工作質效得到顯著提升。現(xiàn)階段，多數(shù)人員均選擇借助GPS測繪對城鎮(zhèn)地籍進行測量，使建設和開發(fā)城鎮(zhèn)的工作有據(jù)可循。事實證明，基于GPS測繪開展定界工作，一方面能夠保證所得到數(shù)據(jù)準確且具有實際意義，為確定建設用地邊界、審批建設項目等工作提供可靠信息，另一方面可有效應對勘測規(guī)模較大、現(xiàn)場地形復雜等情況，在降低勘測難度的基礎上，為地籍定界所具有準確性提供保證[5]。

（三）空間分析

作為GIS系統(tǒng)不可缺少的重要一環(huán)，空間分析的作用主要是對描述地球空間的動態(tài)信息進行快速還原，同時對后續(xù)工作所需信息進行提取并整合。以天氣監(jiān)測為例，基于空間分析展開天氣監(jiān)測工作，可使天氣預報所具有準確性得到大幅提高。

另外，僅憑借GIS系統(tǒng)對空間數(shù)據(jù)進行分析，則難以保證分析所得數(shù)據(jù)的精確性，引入GPS測繪可使上述問題迎刃而解，在對空間進行明確且詳盡的分析的基礎上，利用計算機技術完成建立空間模型的工作，降低有關人員查詢所需數(shù)據(jù)的難度。以無人機為例，利用GPS測繪進行空間分析，可通過為無人機提供準確數(shù)據(jù)的方式，使無人機按照預定路線持續(xù)飛行，并確保無人機所制定各項決策均具有實際意義。

（四）數(shù)字測繪

要想使項目工程按照預期計劃得到有序推進，關鍵是要做到因地制宜，對各區(qū)域相關數(shù)據(jù)和詳細信息進行收集。將GPS測繪、GIS系統(tǒng)充分結合，可為構建數(shù)字測繪系統(tǒng)的工作提供便利。例如，在地形條件較為復雜的環(huán)境中，有關人員可利用全站儀對地理信息及圖像進行采集，借助GIS系統(tǒng)將所采集信息盡快轉化成相應的可視數(shù)據(jù)，確保各項數(shù)據(jù)均能夠得到信息化應用，為其所具有價值的實現(xiàn)奠定基礎。一般來說，對數(shù)據(jù)進行轉換期間，多數(shù)工作人員均會選擇進行拓撲建模，通過疊加分析法，對GPS測繪所獲得數(shù)據(jù)進行全面且深入的分析，以此來保證最終得到的數(shù)據(jù)，可被用來對復雜空間關系進行證明。另外，考慮到該技術具有精度理想和保密性強的特點，在建設天文臺還有通信基站的過程中，大量企業(yè)選擇對其加以運用，建設成果有目共睹。

（五）城市建設

近幾年，在科技水平不斷提高的狀態(tài)下，將GIS系統(tǒng)與GPS測繪結合成為大勢所趨，此舉所產生積極影響，還輻射到了城市建設及運行領域，可通過提供準確數(shù)據(jù)的方式，為城市發(fā)展助力。以道路建設為例，以往所采用測量方式存在步驟繁瑣、難以保證結果與實際情況高度契合等不足，GPS測繪的出現(xiàn)，在極大程度上解決了上述問題，基于該技術對現(xiàn)場情況進行勘測，一方面可保證勘測結果準確，另一方面能使勘測速度得到大幅提升，其綜合效益有目共睹[6]。可以預見的是，未來該技術將擁有更加廣闊的發(fā)展空間，其所適用場景也會變得更加豐富。

（六）野外勘測

將該技術用于土地建設，可在極大程度上增強參數(shù)所具有的真實性及可靠性。在野外勘測過程中，對于地形簡單且面積較小的區(qū)域，有關人員可酌情選擇是否需要運用該技術，如果勘測區(qū)域的面積較大，同時地形條件相對復雜，則應當改用GPS測繪技術，此舉一方面可減少人員勘測壓力和工作量，另一方面可使勘測水平得到提高。未來，在開展野外勘測工作時，有關人員應將重心向GPS測繪傾斜，根據(jù)自身所積累經驗對勘測流程加以完善，由此來保證該技術所具有優(yōu)勢得到應有發(fā)揮。

（七）測量定點實物

事實證明，基于GIS系統(tǒng)對定點實物進行測量的難度較大，而對GPS測繪加以運用，可使GIS系統(tǒng)所存在缺陷得到彌補，該技術在諸多方面均具有極為突出的表現(xiàn)，能夠在對測量所得數(shù)據(jù)進行深入剖析的基礎上，結合分析結論對相關圖形進行繪制。研究表明，該技術既能夠被運用在的過程中，同時還能夠使日常生活及生產所提出需求得到最大程度滿足，推動GIS系統(tǒng)朝著預期方向前進。另外，在該技術得到廣泛運用的當下，其與GIS系統(tǒng)的融合程度不斷加深，由此而產生的積極影響，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：其一是使地理信息獲取速度得到顯著提升，其二是有效規(guī)避了外界因素可能造成的干擾，為測量所得結果的可靠性、真實性提供保證。

（八）地理系統(tǒng)+導航系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)的核心功能之一，便是對比測繪數(shù)據(jù)，在整合數(shù)據(jù)庫的前提下，對組織要素及整體架構進行分類，通過高效集成數(shù)據(jù)信息的方式，為GPS測繪所具有優(yōu)勢的發(fā)展提供支持。實際工作中，有關人員可以將GIS系統(tǒng)、GPS測繪作為核心，結合實地測繪所掌握信息，充分利用現(xiàn)有技術對圖形進行繪制。例如，少數(shù)企業(yè)會選擇在當?shù)貪竦毓珗@周圍建設工廠，將不符合排放標準的廢水排入公園河水中，致使附近環(huán)境受到嚴重污染，對GPS測繪技術加以運用，可獲得能夠描述工廠污染范圍和擴散趨勢的模擬圖，為日后治理工作的開展奠定基礎。

此外，GPS測繪所提供定位功能，為該技術與GIS系統(tǒng)的結合提供了有力支持，有關人員可根據(jù)所采集數(shù)據(jù)及分析結論，對空間進行精準描繪，確保數(shù)據(jù)管理等工作所具有價值得到應有實現(xiàn)。此外，在城市化建設持續(xù)推進的背景下，對信息技術加以運用成為大勢所趨，要想使空間數(shù)據(jù)具備應有的科學性及準確性，還應當借助GPS測繪完成測繪地理信息的工作，通過滿足居民所提出導航需求的方式，使日常出行變得更加便利。

五、結語

通過上文的分析可知，GPS測繪具有較常規(guī)技術更為突出的優(yōu)勢，對其加以運用，既能夠保證操作步驟簡單，又可使測量精度及速度得到顯著提高。將其與GIS系統(tǒng)相結合，可使該技術的適用范圍得到拓展，確保所獲得地理信息詳實且精準。未來，要想使該技術所具有優(yōu)勢得到更加充分的發(fā)揮，有關人員應將研究領域向城市建設、野外勘測和測量定點實物等方面延伸，通過對該技術進行創(chuàng)新與升級的方式，推動社會朝著可持續(xù)發(fā)展的方向穩(wěn)步前進。H

參考文獻

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