GIS在城市測繪中的應用

摘要：隨著城鎮化的發展，城市規劃和城市測量的需求日益迫切，傳統的測繪技術已經滿足不了當下快速發展的城市建設。因而，基于GIS（地理信息系統）技術的城鎮制圖方法具有較高的科學性和實用性，并在近幾年被普遍采用。如何正確處理GIS在城市測繪中的應用，是現代人值得考慮的問題。對GIS的概念作了較為詳盡的闡述，并對GIS技術在城市地形圖中的應用作了較為詳盡的闡述。

關鍵詞：地理信息；城市測繪；應用技術

一、前言

測繪GIS的建設是一個十分繁雜的項目，在施工過程中要嚴格遵守有關部門的規章制度。隨著社會以及經濟的發展，GIS技術在測繪領域的應用日益廣泛。GIS以其強大的信息分析與處理能力，以及便捷的輸出能力，顯示出信息與數據的多樣性。

二、GIS理論概述

（一）GIS概念

GIS是一個以計算機為運算核心，進行測量采集、存儲、保存和處理的系統。GIS數據的處理方式把測量信息分為兩種類型，即空間類型數據和屬性類型數據。然后，基于這兩種數據，在專用的地理分析軟件中，構建易于識別和分析的圖層，并基于該圖層構建一個整體的空間地理信息模型，并通過GPS全球定位技術和網絡通信技術，實現快速實時地進行地理位置和動態跟蹤，實現空間地理數據分析、動態預測和科學管理。

GIS融合了地理空間學、計算機信息技術學、統計測量學等多個專業的知識，有很強的專業性和技術性，因此，GIS的從業人員要掌握這一綜合技術，就需要同時具備多個相關專業的知識，如圖1所示。從具體的工作需要來看，GIS要進行具體分析，并結合實際，制定出切實可行的方案，從而達到預期的目的。從國內城市測繪的需求來看，目前城市的建筑面積和體積呈不斷增大的趨勢，建筑風格日趨復雜，新材料的應用不斷增加，這就對地理測量的精度提出了更高的要求。而GIS則可以利用其工程量小的特點，有效簡化測繪工作的流程，從而節約了時間和勞動成本。GIS具有高時效性，其借助衛星定位，視頓監測等高技術手段，實時獲取測量數據成果。同時，GIS精度高，其對測繪數據信息的采集輸入、運算分析和整理存儲都是由計算機自動進行的，因此它一定會成為今后城市測繪的主要方法。

（二）GIS的功能

GIS是一種基于計算機技術對空間和地理數據進行多種處理的技術，它的基本功能包括：

1.對數據進行空間信息的分析與檢索

GIS采用了層次處理的方法來構建一個地理數據庫，將收集到的空間讀庫地理信息數據存儲到這個數據庫中，以便后期有關工作人員可以對這些數據進行查詢和處理。在智能城市的測繪工作中，使用這個功能可以把收集到的城市空間測繪數據以圖片的形式輸出，并且可以對這些數據進行空間分析和查詢，最終以原始圖的方式展現出來，可以給城市規劃工作人員帶來更為客觀的數據參考。

2.運用模糊綜合評判方法進行綜合評判

有關部門在進行智能城市的規劃和建設的時候，除了可以運用GIS來采集、整理、分析和儲存相關數據之外，還可以將采集到的數據采用不同的運算方法來進行分析和評估，并將運算結果以函數和命令的形式展現出來，為其他信息測繪工作提供數據參考。此外，還可以利用所收集到的真實空間地理數據進行模糊預測，對一定空間范圍內可能出現的地理現象進行推斷，從而制定相應的防范措施。

（三）地理信息系統的應用優勢

1.具有可靠的抗干擾能力

GIS在實際應用中涉及地理學、地圖學、計算機科學、遙感技術等多個領域，它的綜合特性比較顯著，突破了傳統地圖測繪的空間局限，并具備很強的抗干擾性。城市環境中的要素很多，許多測繪工作都是在一個復雜的環境中進行的，GIS的應用可以減少地理環境和氣象因素的影響，提高城市測繪數據的精度。

2.測繪數據精準度高

GIS在獲取空間地理信息的過程中，需要使用各種先進技術和設備，例如電子速測儀、遙感圖像處理系統、GPS全球定位技術等，多項先進技術和設備的應用可以有效地提高空間地理信息測繪數據的精度。

三、GIS在城市測繪中的應用途徑

（一）測繪數據采集

現代化城市的建設規模在持續擴大，同時，它在運營中使用的信息技術和創新概念的種類也在增加。通過多項先進技術將城市中的各個服務系統進行整合和貫通，降低資源浪費，提高城市的智能化服務水平，從而提高居民的生活質量，這是未來城市發展的一個重要趨勢，這種城市建設理念也被稱為智慧城市。為了促進智慧城市的建設和發展，必須對城市規劃和建設技術進行創新和提升，例如，由于測量精度上的缺陷，傳統的城市測繪技術已很難適應日益增長的城市測繪需求，運用GIS、遙感技術、衛星定位技術等對城市空間地理信息數據展開全面收集，并使用軟件系統對相關數據展開分析、分類。該方法能夠很好地適用于城市中的建筑、交通、風景等要素，提高了地圖的精度和完整性。本項目的研究成果將為智慧城市的構建提供更加精確的測量數據。

（二）顯示測繪數據

傳統的紙上制圖都是按一定的比例編制的，以靜態圖表的方式顯示城市地圖的數據。平面GIS指的是以計算機的軟件系統為基礎，呈現已經完成測繪的地形圖，運用不同的顏色、文字、符號、圖形等顯示各類空間地理信息，使其變得更加直觀。例如，利用電子地圖中觀察點的分布特點，來對一定區域中的人群密度展開分析，還可以利用電子地圖中的線段分布密集程度了解該區域中的道路輻射情況等。通過明確各個文字、符號和圖形的意義，可以在電子地圖中從多個角度將城市范圍內的地理信息反映出來，從而提升城市測繪數據的利用率。

（三）量算地理空間數據

在城市地圖繪制中，空間測量是非常重要的一環，而在以往，這一環的測量往往需要大量的人力[1]、資源、時間、能量。利用GIS本身所具有的運算能力，可以對城市地理空間資料進行質心、距離、幾何等的測量工作。這里面涉及了更多的內容，包括區域范圍內的人口密度、土地類型改變等因素，這是一項需要進行長時間追蹤和計算的復雜工作。GIS通過對目標物外觀形狀上的變化進行量算，得到定量的計算結果，從而降低了城市空間量算的難度。

距離量算的目的是對城市中的道路交通狀況有一個全面的認識，對各交通道路中的通車情況、車輛特點、堵車原因、行駛距離等展開向量分析或格概分析，從而迅速得到各個指標的量算結果。

幾何量算主要是繪制城市中的建筑物和構筑物的幾何指數，包括了目標物體的長寬值、方向、曲率、體積等，這樣才能對城市中的建筑分布信息有一個完整的了解。

（四）地理空間數據庫的建設

在進行城市測繪工作時，會生成大量的測量數據，利用GIS建立一個專用的數據庫，對各種測繪數據進行分類、整理和存儲，確保城市測繪數據的完整，讓工作人員可以在智慧城市的建設中對各種地理空間數據進行搜索和使用。此外，工作人員可以根據地圖資料、發展目標，對城區內的各種基礎設施進行規劃。

（五）緩沖區分析

緩沖是GIS最基本的功能之一，它可以幫助GIS對重要的節點和周圍的設備、設施，如醫院、學校、銀行、公園、購物中心等關鍵性的公共建筑與場所進行科學分析，判斷上述建筑的輻射半徑能否涵蓋全城。在對各公共建筑和場所的交通道路設置的科學性等緩沖區域進行的分析工作中會有大量的向量數據結構，有時還會配合使用網格結構。

（六）鄰城分析

鄰城法又稱窗口法，是柵格結構數據模型中使用最多的一個函數。柵格結構是最直接、最簡單的一種空間數據結構，一個柵格隨著時間的流逝，會對周邊的柵格特性產生一定的影響與干擾，運用計算機地學方法對柵格點在空間上的相互關系進行分析與響應，并對其進行極端、平均等資料的處理，可以為工作人員分析城市測繪資料提供更多的資料分析層面。

（七）網格分析

網格分析是基于向量數據的函數構造，幫助城市規劃者確定最優的規劃路線和最優的布局重點。最優路徑是指從一個點到另外一個點所用的時間和所需步行距離。最優布置中心是以中心點為原點，在一小片區域上作輻射狀，各輻射點與中心點之間的距離為最小。柵格分析方法的科學化對于提升市民對城市空間規劃的滿意程度有著十分重要的作用。

四、GIS在城市中的實踐應用方向

GIS的應用給城市測繪帶來了新的技術應用思路，把它運用到城市建設的各個方面，充分發揮GIS技術的優越性，為工作人員提供精確的地理信息數據，根據實際應用的需要，對該技術的應用策略進行靈活調整，這樣才可以最大限度地提升地理信息數據的利用價值。

（一） 制定土地應用決策方案

GIS在城市地圖繪制中有著十分廣闊的實際運用路徑。GIS的主要作用就是數據的處理與數據庫的建立，工作人員可以利用這兩個功能快速搜索出具有多種空間屬性的土地資源信息，并根據搜索結果提出一套更加科學、合理的城市規劃方案。此外，工作人員還可以以相關的數據為基礎，構建出一個決策化的模型，從而為有關部門和工作人員提升城市土地資源的管理和利用效率，提供一個有價值的數據[2]。而且，GIS自身具有的繪圖功能可以為工作人員提供繪圖數據的參考，從而極大地減輕傳統的城市測繪工作中以手工方式進行繪圖所帶來的工作壓力和工作量，在提高工作人員工作效率的同時，還可以提升繪圖比例縮放的精度。GIS支持海拔、坡度、坡位、降水量、土壤類型等多個參數的圖表繪制要求，可以用各個層面的信息單獨地反映出地圖的信息，并將各個層面的顯示信息與土地植被信息相融合，從而對地圖的繪制質量進行優化。除上述之外，還可以運用WIN地理信息系統來對地圖進行分類，除了與傳統圖形相結合的地圖表現形式，還可以繪制線狀圖、點狀圖、面狀圖等多種形式的地圖，更可以根據用戶的要求發布指令。在此基礎上，有關部門提出了一種基于GIS的城市國土空間規劃編制方法。

（二）土地資源調查與審批

隨著國民經濟的不斷發展，城市也一直處于動態發展之中，利用GIS幫助完成城市測繪工作，并根據城市測繪工作目標的變化，對GIS技術持續進行更新和優化，為城市測繪工作提供可靠的技術支持。在GIS的應用中，操作員要根據測繪工作目標，運用標準化的操作流程，提高測繪數據的準確性，協助工作人員完成土地資源的調查。同時，GIS也可以用于工程建設的審批和管理。

（三）土地資源的數據管理

城鎮用地管理工作以城鎮土地資源調查為中心，以提升城鎮用地調查的精度與完整性，實現城鎮用地調查的目標[3]。這些資料的使用，不但可以為城市用地的查詢與制圖提供依據，而且可以幫助決策部門進行城市用地的分析、評價與動態監控。

（四）繪制城市電子地圖

為了給人們提供更為精確的地圖和導航服務，電子地圖和電子導航在人們的日常生活中得到了非常廣泛的應用，為制作高精度的電子地圖，必須有更為精確的資訊收集渠道，才能獲得更為精確的資訊。在獲取非空間數據時，科技工作者必須具備某種處理技巧，才能將衛星定位與遙感技術有機地結合起來，并提取所獲得的數據，存儲在已完成的數據中。在這一過程中，技術人員可以利用地理信息系統來完成城市地圖的繪制，并收集各種城市的信息。為保證采集信息格式的一致性，加快城市信息數據的收集、整理和分類，可以制定統一的管理規范。城市電子地圖的每一個區程，都需要有大量的字段屬性和多種屬性信息的疊加，才能將一幅地圖的完全信息展現出來。通過使用不同顏色、不同符號和分級密度值對地圖信息展開排列，就可以為用戶展示出錯落有致的電子地圖信息。例如，在電子地圖中所顯示的路況信息，就是由兩種色彩來區別的，在應用導航的過程中，通過對路況的觀察，可以知道目標行走路徑的擁堵狀況，從而重新選擇自己的行進路徑[4]。

（五）城市資源調查

在城市化發展的過程中，城市的人口在逐年增加，造成了城市資源的日益緊缺。為了適應日益變化的城市管理需要，當地政府要以城市各個區域發展的具體狀況為基礎，制定出一套科學的資源規劃對策，運用GIS技術，在城市測繪過程中，對城市的資源數據進行深入的探討，并進行全面搜集，以此為指導，對城市的資源進行持續優化，這對于推動城市的良性發展有著非常重要的作用。

（六）信息化測繪技術中的遙感技術以及地理信息更新、資源共享

在信息化測繪技術中，遙感技術具體表現為兩個部分：一是光學雷達傳感器，二是光譜識別技術。光譜識別技術類似于激光技術，該技術提高了繪制結果的精度，進而保證了繪制的效果。此外，在信息化繪制技術的發展中，還包含了對地理信息的實時更新有關內容的研究，在建設信息化繪制技術的過程中，城市地理空間信息的更新技術是必不可少的，在建設信息化繪制技術的時候，必須將地理信息定位技術和自動整合技術運用到信息化繪制技術的建設中，才能從根本上提高繪制技術的效果，從而很好地推動城市空間地理數據庫的發展。除此之外，還包括了對測量技術與信息資源的共享等構成的部分[5]。在信息化繪制技術的系統建設過程中，信息資源的高效交流和分享起著較為關鍵的作用，它的主要目的是從信息的應用角度展開對繪制工作動態變化的共享，從而使信息資源的傳播可以實現多個維度的循環。這當中，信息傳播的安全性是一個值得重點關注的問題，提高安全性能對測繪技術的后續發展有利。

（七） 立體輸出模式應用

立體輸出模式的興起，突破了以往只能以2D形式顯示的限制，以電腦技術為基礎，通過軟件將收集到的資料構建為3D立體模式。這種方法既符合人類的日常觀測習慣，又可以為技術人員提供多種形式的地圖，便于他們按照不同的需要進行工作。但是，這種技術的使用對操作者的職業水平有很高的要求，除了要掌握一定的地理信息技術知識之外，還要有一定開拓創新的能力，這樣才可以根據城市的具體狀況，針對性進行數據建模，為城市的規劃和發展提供精確的地理信息數據模型。

（八）在城市道路測繪中的應用。

GIS不僅有很強的定位能力，而且還有很強的導航能力。隨著城市化的發展，私人汽車越來越多，為了解決交通問題，人們在城市中修建了大量的高架公路和高速公路，導致城市道路的復雜性。同時，由于城區面積廣袤，在公路建設中還存在著許多難以選擇的線路。GIS的定位導航功能與 GPS的定位功能相結合，即便在道路情況復雜的情況下，也可以為人們選擇出一條最優的行駛路線，大大節約出行時間。另外， GIS對城市道路的規劃也有很大幫助，通過 GIS的輔助，可以將 GIS應用于道路規劃，使其對城市道路的總體布局有一個全面的了解，進而提高城市道路的標準化程度。

五、結語

綜上所述，隨著我國城市化進程的推進，傳統的測繪技術已經滿足不了當下快速發展的城市建設，地理信息系統的出現，可以提高城市測繪的工作效率與質量，能夠大大提高測繪數據的精準度，還能夠降低測繪人員的工作強度與難度，使數據采集更加便利與精準，有效減少了出現差錯的概率，對城市化建設有著很大的促進作用。因此，應該對地理信息系統在城市測繪中的應用提高重視，對地理信息系統在城市測繪中的應用進行更加深入的探究，以促進我國城市測繪水平的穩步提高。

參考文獻

[1]李帥.地理信息系統GIS在城市測繪中的應用研究[J].大眾標準化，2022（10）：190-192.

[2]夏云飛.地理信息系統GIS在城市測繪中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2016（12）：1706-1706.

[3]肖玉勇.地理信息系統GIS在城市測繪中的應用研究[J].智能城市，2021（08）：62-63.

[4]李志明.地理信息系統GIS在城市測繪中的應用分析[J].科學與信息化，2019（12）：6-7.

[5]管曉燕.智能城市測繪中地理信息系統的應用[J].華東科技，2023（07）：54-56.

作者單位：重慶市勘測院

責任編輯：尚丹