GIS在測繪中的應用

林 威

(聊城大學地理與環境學院 山東 聊城 252000)

0 引言

自21世紀開始,中國的城市化發展速度越來越快,城市的規模也在與日俱增,城市的建設更是如火如荼,從鄉村向城市的遷移促進城市經濟發展的同時,也給城市帶來發展空間受限、人口密度增加、城市負荷過載等壓力。因此,地理信息系統(geographic information system, GIS)的發展與應用符合時代發展的趨勢,能實現空間數據和屬性數據相融合的GIS,借助測繪自動化、數據分析智能化的優點,改革工作模式,降低工作強度,提高工作效率,受到許多城市建筑規劃工作者的認可與歡迎。

1 GIS理論的概念

GIS是研究如何利用計算機技術來管理和應用地球表面的空間信息,為地理研究和地理決策服務的技術系統。運用計算機技術,將包含大氣層在內的地表空間的數據進行采集、整理、處理,建立固定的體系[1-2],發揮該體系在測繪工作中的重要作用,可以通過收集數據來進行空間管理,收集并輸出數據,對這些數據進行統計分析,最終建立數據庫,就地理圖形之間的轉化關系進行深入的分析和探討,并提出有針對性的意見。

2 傳統技術模式下的工程測繪弊端

2.1 技術人員工作強度大

以前的測繪方法需要技術人員親自到實地勘察,搜集各種資料,勞動強度大。換言之,在使用新的 GIS技術之前,測繪是一項任務重、難度高的工作,需要大量的人力支持,盡管有一些輔助機器,但是工作強度和難度都很大,而且還沒有達到自動化的程度。特別是在一些工地的工程類測繪項目,不僅需要測繪人員親臨施工現場,而且還要逐一記錄數據,一旦實際工程需要涉水測繪、礦山測繪等高強度工作才能獲取精確的資料,在遇到危險的工作或氣候環境時,工作人員的人身安全難以得到保障。

2.2 測繪的準確性不高

傳統測繪工作中的技術支持不夠,導致獲取的數據不夠準確,必須經過多次的校驗,才可以使用這些數據,因此,在測繪過程中,難免會出現測繪精度不高的缺點。傳統的資料收集方法,以人工手段為主,困難程度和工作量都很大,而且還很可能在后期的運算中產生錯誤。測繪測量資料的匱乏,給項目的建設與施工帶來很大的影響,特別是礦山項目測量的準確性低下,容易造成施工的安全問題,產生經濟上的損失,不利于安全生產的組織。

2.3 缺乏測繪數據共建共享機制

由于工程測繪的信息共享平臺尚未完全設立,伴隨著經濟社會的飛速發展,各個市場主體為了自身發展,都會投入人力、資金開展測繪工作,這就導致了同一地區多個單位的重復工作,導致社會人力、資金、資源的浪費。同時,因為不同測繪機構在測繪標準、內容以及成果展現方面的差異性較大,特別是部分地區為了城市建設與發展,立足各自現實需求,以各種標準繪制地圖,無疑會導致項目資金的多次投資和測繪工作的重復開展,造成財政資金的浪費。

3 GIS優勢特點及功能

3.1 GIS的優勢特點

(1)數據測量精度高

在實際施工中,無論是一級、二級,還是常規的測量方法都會有很大的偏差。測量者的技術水平與測量方法會對測量結果產生較大的影響,若測量過程中發生錯誤,則會對測量結果產生較大的偏差。利用GIS進行測繪,由24個人造衛星構成掃描平面,測量員把儀器裝好后,把探測信號傳送給人造衛星,通過衛星來獲得有關的測量數據,并將信息反饋給操作員。

(2)受外界因素影響小

在常規工程勘察中,觀測和控制點的選取受到地形、地貌、地質、氣候等多方面的制約,有的山地、高地甚至不能進行觀測,而必須采用等值線模型或插值方法來估算。另外,大風、雨雪等惡劣天氣對工程測量和施工控制也會產生影響,當天氣的惡劣條件達到一定程度時,就會導致無法進行高精度的測量工作,這對測量工作的效率造成很大的影響。而GIS的測定是在大氣以外進行的,它的測量值與惡劣的氣候無關。利用GIS技術,對工程進行測量和監測,與傳統的測量方法相比,GIS技術的測繪工作范圍很廣,不受地形、地貌及地質條件的影響。

(3)測量效率高

GIS技術可避免常規測量中的調平、調整、觀測和估計等一系列過程,且不會受到外部環境的干擾,從而提高GIS技術的測量效能。尤其是在勘測地形地貌時,通過多個GIS測量儀器的群組掃描,能夠迅速地繪制出所測地形,從而極大地提高測繪工作的效率。

3.2 GIS的功能

(1)輸出功能

地形圖的生成是GIS的主要功能。與傳統的人工測繪相比,GIS能夠借助衛星遙感技術來完成測繪工作,從而實現測繪工作的自動化,極大地提高測繪工作的準確性和效率。在GIS的發展過程中,生成地形圖是GIS發展的初衷,而GIS的強大輸出又為GIS建立了完整、高效的地形圖庫。

(2)數據管理與控制功能

GIS可以采用多種方式對地理信息數據進行錄入,而且,還可以利用GIS來直接管理、控制和維護數據庫。以此為依據,GIS可以對各種所需要的信息數據展開檢索,并對其進行精確的詢問,這就使得決策者可以利用GIS,精確而迅速地找到自己所需要的空間、地理數據信息,為測繪工作者提供一份完整的第一手數據,為后續工作的展開提供了便利。總之,在GIS的應用下,可以對測繪資料進行有效的使用和管理[3-4]。

4 測繪中GIS的應用方法

4.1 數據采集

在測繪的初期,需要對現實世界客觀對象進行不同的抽象、離散,將連續對象實體在 GIS中分別以柵格和矢量2種方式存儲在系統數據庫中。柵格分析技術法就是對網格數據集合中所蘊含的空間信息進行分析和處理。網格內的每一種像素都含有一種可能與土壤、地表覆蓋、海拔或其他資料有關的數值或類別。利用柵格分析技術,可以對圖像進行像元值的評價與解讀。矢量存儲法,則是以點、線、面等形式來表示數據。點是一個單獨的地理元素,比如一個汽車站、某家餐廳或者某個單元樓。線是由線狀物體組成的,如電力線、公路線、水網線等。多邊形代表了一種界限,比如一座建筑的輪廓、一塊土地、一個村莊等。隨著GIS技術的發展,在對某些數據進行采集時,會更加依靠高精度、高效率的GPS技術,來測量出物體的實際坐標、高程。

4.2 數據處理

數據處理則是利用專門的計算機軟件,把采集到的資料上傳至系統,根據指定的用途進行編輯、處理,然后建立資料模型,并將測量的資料進行重疊分析。假定測得的數據是實體,并且2個數據之間有包含關系,那么就需要對它們進行特定的建模,在進行數據轉換的時候,要對數據進行重建,將其他格式數據轉化成可以被GIS所識別的數據,這樣才能讓不同的數據源相互兼容。在城市地形圖中,因為地形圖目標的不同,其數據性質也會有一些差別,所以在進行資料處理前,需要對資料進行轉化,并建立差別化的數學解析模型。目前大部分的GIS都會使用分層技術,以地圖的特定特點為依據,將其劃分成多個圖層,而整個地圖就是多個圖層疊加的結果。在實際處理的過程中,都是只涉及特定的層,而不是全部的數據,所以,處理的效率非常高。

4.3 空間分析

對數據進行采集和處理之后,GIS就會對這些數據進行空間分析。對有關資料進行計算,可提供質與量2方面的探討。它以空間分析為核心,涉及很多領域,如物理學、地理學、經濟學等。將空間對象的位置進行信息量化,可應用空間統計、圖論等方法。

4.4 數據顯示

GIS的數字化地圖相對于傳統的測繪方法,可以輸出任何尺度的可視化圖像,并可以提供具體的分層內容,以滿足不同使用者的需要[5-6]。同時,將數字化的地形圖和圖像相結合,可以迅速地畫出測量范圍,測量工作也會變得很容易。GIS中的資料經過格式轉換處理后,可輸出至CAD及其他繪圖軟件,實現基本圖的變更。在真實的城市測繪過程中,GIS的作用是采集基本的地理信息,其中包含了矢量化的地圖、4D數字化產品、遙感影像圖等,它們都是測繪的產品。

5 GIS在測繪中的應用場景

5.1 在工程施工監測中的應用

在工程施工時,要對各部位進行及時的校正,以確保建筑物的安全性和穩定性。采用 GIS與GPS相結合的方法,對其施工全過程進行實時監控,并對各種數據進行綜合分析。新GIS技術是一種可用于監測工程質量的新方法,它可以實現對全過程施工的有效監測。通過監測工程中的具體環節及細節,能夠把這些信息傳遞給相關的設計者,從而可以對其進行及時的調整,以確保結構的穩定,從而進一步減少項目施工中的風險,并且可以在最短的時間內減少損失。

5.2 地形地貌測繪中的應用

地形地貌是測繪工作的重點對象,使用新的GIS技術,能夠提高獲取信息的準確度;新技術廣泛應用于各類工程測量,為工程施工提供了更好的服務。板塊運動給有些地方帶來了嚴重的自然災害,造成了嚴重的經濟損失。要想杜絕事故的發生,就必須在項目建設時,實施精準的測繪工作,充分了解當地的地形地貌特點,并采取有效的對策,才能全面保證施工的安全和穩定,所以,地形地貌圖的支撐必不可少。在一些工程建設中,會遇到一些地質條件比較復雜的山區,對這些區域,需要充分掌握地形特征,借助新的GIS技術,能夠大大提高測繪精度,為測繪工作提供最大限度的保障。新的GIS技術可以將一個區域的狀況完全地展現出來,與此同時,它還可以通過對單個點的集中繪制來突出區域的特征,以俯瞰式的視角來觀察某個區域的地形地貌的全貌,確保測繪信息的準確度[7-8]。

無人機GIS技術在進行地形地貌制圖中起到重要作用,無人機能搭載新裝備,從空中收集各類信息和數據,用無人機圖像交換設備將采集到的信息轉換成圖像數據并將其存儲起來,傳輸至后臺的控制室,采集地形地貌信息。

5.3 智慧城市建設中的應用

新的GIS技術能夠通過對數據對象的連續讀取,將各類信息按照不同的離散與抽象運算進行匯總,并轉換成有用的信息。GIS技術在城市建設中得到了廣泛的應用,有效地促進了智慧城市的建設,保障了城市的快速發展。在GIS技術的助力下,采集到大量的數據,通過對數據進行分析和整合,為城市規劃和建設提供科學的建議。在智慧城市構建中,政府部門要組織建立信息資源平臺,解決智慧城市建設中出現的各種疑難雜癥,為智慧城市的設計和工程建設提供有力支撐。

6 提高地理信息測繪質量的對策

6.1 健全地理信息的共享機制

要建立多個部門間的地理信息交換模式,建立多個比例尺工程測繪成果,構建測繪信息公共服務體系,打造共建、共享地理信息的平臺。應加大對大面積地形圖和現狀圖的測量力度,加強對低級控制網絡的構建,防止重復測量。統籌全省、市、縣3級測繪工作,建立全省、市、縣3級測繪工作數據共享系統。實現成果編目和信息資料的及時更新,推動工程測量成果的推廣和應用。要加強與相關部門、企業的協作,加強各類專題信息管理與應用的研究開發。在有關部門和企業中,建立地勘單位,并根據地勘單位的特殊性質,對基本地勘單位進行更新。

6.2 加強工程測繪行業的監管

要構建并加強執法隊伍,同時要健全舉報獎勵制度,從而有效遏制各類無證測繪行為。同時,對測繪機構的資質等進行嚴格的審核和審批,并對其人員進行年度的職業道德教育,提高其工作水平;對已經取得或擬取得資質的機構,必須全面掌握所涉及的測繪規范、圖式和標準;加強測繪質量監督功能,測繪管理部門和相關職能機構要深入基層,開展質量檢查工作,對違規測繪行為進行及時糾正。

6.3 提升新型GIS技術應用效率

在實際運用中,必須全面提高新型GIS技術的運用效能,并針對不同用途,進行適應性和針對性的調整。工程測量涉及的領域很廣,種類繁多。為了保證工程建設的穩定性,需要對其進行有針對性的調整,在建設工程中,對地理環境、水文條件有很高的要求,而在礦區中,對礦產的分布和施工難度也有很高的要求。為此,必須保證新型GIS技術的科學發展,建立有區別的、服務于不同場景的技術體系,以保證新型GIS技術的實際作用,提高工作質量[9]。

6.4 注重人才要素

要使科技創新得到全方位的發展,必須充分發揮人才要素的關鍵作用,制定人才培養計劃和制度,并持續推進人才隊伍的培育和建設。本文認為,科技進步的核心在于構建長期的學習機制,并以科學的方式對科技成果進行全方位的創新。在各項工程測繪工作中,不僅要有大量的經驗,還要有大量的知識的積累。只有將知識轉換為應用,工作的效率和質量才能得到保障。因此,培養理論與實踐能力兼備的復合型測繪人才是工程測繪行業得以持續發展的必要條件。

7 結語

綜上所述,GIS依賴其強大的數據獲取、整合及傳輸的能力,成為工程測繪領域異軍突起的新軍。GIS的多維度的測繪成果,也逐步成為現代測繪不可缺少的發展方向。在 GIS的應用中方式和方法要不斷創新,最大限度地發揮 GIS的優勢,使 GIS的應用不斷向前推進。工程測繪是一項基礎性、前瞻性的工作,需要社會各方面的關注,以提升測繪保障能力與服務水平為前提,積極彌補工程測繪領域的各種不足,并順應時代潮流,促進我國工程測繪事業的穩定發展。