新型測繪技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用探究

陳志里 林金標

摘? 要：隨著科技的不斷進步，新型測繪技術(shù)在測繪工程領(lǐng)域中扮演著越來越重要的角色。全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）、遙感技術(shù)、激光掃描技術(shù)（LiDAR）和無人機測繪技術(shù)等新興技術(shù)的出現(xiàn)，為測繪工程提供更高效、更精確的數(shù)據(jù)獲取和處理手段。該文探究新型測繪技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用，分析新型測繪技術(shù)在測繪工程中的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)，通過地形測繪與制圖、城市建設(shè)與規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測與災(zāi)害預警，以及土地管理與農(nóng)業(yè)發(fā)展4個方面，闡述新型測繪技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星定位技術(shù)；遙感技術(shù)；激光掃描技術(shù)；無人機測繪；工程測量

中圖分類號：P204? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）05-0181-04

Abstract： With the continuous progress of science and technology， new surveying and mapping technology plays a more and more important role in the field of surveying and mapping engineering. The emergence of new technologies such as Global Navigation Satellite system （GNSS）， remote sensing technology， laser scanning technology （LiDAR） and UAV surveying and mapping technology provides more efficient and accurate data acquisition and processing means for surveying and mapping engineering. This paper explores the application of new surveying and mapping technology in surveying and mapping engineering， and analyzes the advantages and challenges of new surveying and mapping technology in surveying and mapping engineering. Through topographic mapping and mapping， urban construction and planning， environmental monitoring and disaster early warning， as well as land management and agricultural development， this paper expounds the application of new surveying and mapping technology in surveying and mapping engineering.

Keywords： satellite positioning technology; remote sensing technology; laser scanning technology; UAV mapping; engineering survey

隨著科技的快速發(fā)展，新型測繪技術(shù)在測繪工程領(lǐng)域取得了顯著的進展與應(yīng)用。傳統(tǒng)的測繪方法雖然在過去發(fā)揮著重要作用，但由于其局限性和效率較低的特點，已經(jīng)逐漸不能滿足現(xiàn)代社會對高精度、高效率、多維信息的測繪需求。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，全球范圍內(nèi)的科學家和工程師們積極探索并應(yīng)用新型測繪技術(shù)，不斷推動著測繪工程領(lǐng)域的創(chuàng)新與發(fā)展。

1? 新型測繪技術(shù)的原理與特點

1.1? 全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）技術(shù)

全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）是一種基于一組衛(wèi)星的導航和定位系統(tǒng)，其中最為著名的就是美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）。該技術(shù)利用在軌道上運行的多顆衛(wèi)星，向地球表面發(fā)射無線電信號，接收器通過接收這些信號來計算自身的位置、速度和時間信息。GNSS技術(shù)的核心原理是基于信號的傳播時間差來進行三維定位計算，因此至少需要4顆衛(wèi)星的信號才能確定接收器的位置。GNSS技術(shù)具有多項特點，使其在測繪工程中成為重要的位置定位和測量手段。首先，GNSS系統(tǒng)的覆蓋范圍是全球性的，因此可以在地球上的任何地方進行定位和導航。其次，GNSS技術(shù)具有較高的定位精度，通常可以達到厘米到亞米級別的高精度定位。同時，GNSS技術(shù)支持實時定位，用戶可以即時獲得位置信息，適用于很多需要快速實時反饋的應(yīng)用場景[1]。

1.2? 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)是一種通過遙感平臺（如衛(wèi)星、飛機、無人機等）感知地球表面物體，并將其轉(zhuǎn)換為圖像或數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和分析的技術(shù)。遙感技術(shù)利用電磁波輻射，包括可見光、紅外線、微波等，與地面物體相互作用，然后通過傳感器接收和記錄反射、輻射或散射的能量，生成遙感圖像或數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)的特點在于其廣覆蓋、高分辨率和多光譜信息。通過遙感技術(shù)，可以獲取遙遠地區(qū)的地表信息，監(jiān)測大范圍的地理現(xiàn)象，如自然災(zāi)害、植被變化、土地利用等。高分辨率的遙感圖像能夠提供更為細致的地表信息，幫助實現(xiàn)對城市、森林、農(nóng)田等細粒度區(qū)域的監(jiān)測和分析。此外，遙感技術(shù)具有多光譜信息獲取能力，可以通過不同波段的信息來分析目標的物質(zhì)組成和特征，廣泛應(yīng)用于地表覆蓋分類、環(huán)境監(jiān)測和資源管理等領(lǐng)域。

1.3? 激光掃描技術(shù)（LiDAR）

激光掃描技術(shù)（LiDAR）是一種利用激光脈沖來測量地表或其他目標的距離和位置的技術(shù)。LiDAR系統(tǒng)通常由激光發(fā)射器、接收器和定位系統(tǒng)組成。激光掃描技術(shù)工作原理是激光器發(fā)射脈沖激光束，該束在地面或目標表面反射，并返回到接收器，接收器記錄下反射激光的時間和位置信息。通過測量激光的飛行時間，可以精確計算出地表的三維坐標信息。LiDAR技術(shù)具有高精度、高密度和快速獲取的特點。其高精度是由于激光脈沖的速度非常快，測量誤差通常在幾厘米以內(nèi)。高密度是指每平方米獲得的點云數(shù)據(jù)量非常大，因此可以獲取地表非常細致的三維信息。LiDAR系統(tǒng)能夠快速獲取數(shù)據(jù)，通過飛行器或移動設(shè)備，可以在較短時間內(nèi)完成大范圍地區(qū)的三維數(shù)據(jù)采集。因此，在地形建模、城市三維建模和林業(yè)資源調(diào)查等測繪應(yīng)用中，LiDAR技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。

1.4? 無人機測繪技術(shù)

無人機測繪技術(shù)是一種利用無人駕駛飛行器（無人機）進行測繪和數(shù)據(jù)采集的方法。無人機配備各種傳感器和相機，可以獲取高分辨率的圖像、激光掃描數(shù)據(jù)等。無人機測繪技術(shù)的工作流程包括航線規(guī)劃、飛行執(zhí)行和數(shù)據(jù)處理。無人機測繪技術(shù)的特點在于其低成本、靈活性和較小風險。相比傳統(tǒng)的飛行平臺（如飛機或直升機），無人機的采集成本較低，可以在較短時間內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。無人機可以在復雜地形或邊遠地區(qū)進行飛行，能夠靈活適應(yīng)不同測繪任務(wù)的需求。此外，無人機測繪過程中的風險較小，不僅可以減少人員傷害風險，還能更好地應(yīng)對惡劣天氣條件。因其優(yōu)勢，無人機測繪技術(shù)被廣泛應(yīng)用于實時數(shù)據(jù)采集和邊遠地區(qū)的測繪任務(wù)。它在土地調(diào)查、災(zāi)害評估、農(nóng)業(yè)監(jiān)測等方面展現(xiàn)了巨大的潛力，并為測繪工程帶來了新的發(fā)展機遇。

2? 新型測繪技術(shù)在測繪工程中的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

2.1? 優(yōu)勢

新型測繪技術(shù)在測繪工程中的第一個優(yōu)勢是高效快速獲取數(shù)據(jù)。隨著科技的不斷發(fā)展，無人機測繪技術(shù)和激光掃描技術(shù)（LiDAR）等自動化設(shè)備的應(yīng)用，使數(shù)據(jù)獲取過程變得高效且快速。無人機可以在短時間內(nèi)完成大范圍地區(qū)的飛行，通過搭載多種傳感器，包括相機、激光掃描儀等，實現(xiàn)多維數(shù)據(jù)的快速采集。同時，激光掃描技術(shù)能夠在航空或地面設(shè)備上迅速獲取地表的三維坐標信息，高密度的點云數(shù)據(jù)也可以在較短時間內(nèi)獲得。這些高效的數(shù)據(jù)獲取方式極大地提高了測繪工程的生產(chǎn)效率，縮短了測繪周期，為工程項目的快速推進提供了有力支持。

其次，新型測繪技術(shù)在數(shù)據(jù)精度與可靠性方面展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）作為一種高精度的定位和導航系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級甚至亞米級的定位精度。這使得在測繪工程中，可以更準確地確定地物的位置和空間關(guān)系，從而為工程規(guī)劃和設(shè)計提供更精準的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。另外，遙感技術(shù)可以獲取高分辨率的地表圖像數(shù)據(jù)，通過多光譜信息的分析，能夠識別和監(jiān)測不同地物類型。這些數(shù)據(jù)為土地利用規(guī)劃、資源管理等提供了更可靠的參考依據(jù)。同時，激光掃描技術(shù)所采集的高密度三維點云數(shù)據(jù)，有效地捕捉了地表的微小細節(jié)，對于地形建模、林業(yè)資源調(diào)查等領(lǐng)域的精確測量具有重要意義。因此，新型測繪技術(shù)的高精度和可靠性為測繪工程帶來了更加精確和可信的數(shù)據(jù)支撐。

最后，新型測繪技術(shù)的優(yōu)勢在于可視化與三維信息展示。通過全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）、遙感技術(shù)和激光掃描技術(shù)（LiDAR）等多種技術(shù)的融合應(yīng)用，可以實現(xiàn)對地表地貌、建筑物、植被等三維信息的全方位獲取。這些數(shù)據(jù)可以用于生成精美的三維模型、點云圖和遙感影像，使得測繪工程的結(jié)果更加直觀和可視化。這不僅方便了工程師和決策者對工程項目的理解和分析，同時還為公眾普及科學知識提供了直觀的平臺。可視化和三維信息展示的優(yōu)勢不僅僅局限于專業(yè)領(lǐng)域，也促進了測繪技術(shù)的推廣和應(yīng)用[2]。因此，新型測繪技術(shù)的可視化特點使其在測繪工程中得到更廣泛的應(yīng)用和認可。

2.2? 挑戰(zhàn)

新型測繪技術(shù)在測繪工程中也面臨著一些挑戰(zhàn)。首先，技術(shù)上的限制與不足是其中的一大挑戰(zhàn)。雖然全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）具有全球覆蓋的優(yōu)勢，但在一些特定區(qū)域，如高山、深林、城市、峽谷等復雜地形條件下，GNSS信號可能會受到干擾或遮擋，導致定位精度下降。此外，遙感技術(shù)的應(yīng)用也受到天氣條件的影響，如云層覆蓋或大氣散射等都可能影響遙感數(shù)據(jù)的獲取和質(zhì)量。激光掃描技術(shù)（LiDAR）雖然在高精度三維數(shù)據(jù)獲取方面有優(yōu)勢，但在復雜地貌下，如植被密集的地區(qū)，可能會存在點云數(shù)據(jù)獲取不完整或無法穿透植被層的問題。這些技術(shù)上的限制使得新型測繪技術(shù)的應(yīng)用受到一定局限，需要在不同應(yīng)用場景中選擇合適的技術(shù)手段。

其次，數(shù)據(jù)處理與管理也是新型測繪技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)之一。隨著測繪技術(shù)的進步，數(shù)據(jù)獲取的速度和規(guī)模都不斷增加，導致數(shù)據(jù)量龐大。對于高分辨率的遙感影像、大規(guī)模的激光掃描點云數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)處理和管理需要相應(yīng)的計算資源和存儲設(shè)備。此外，數(shù)據(jù)的處理過程涉及到圖像處理、數(shù)據(jù)配準、點云處理等多個環(huán)節(jié)，需要專業(yè)的軟件和算法來進行處理。因此，數(shù)據(jù)處理與管理成為新型測繪技術(shù)實際應(yīng)用中需要重點關(guān)注的問題。

最后，法律與倫理問題也是新型測繪技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)之一。在應(yīng)用新型測繪技術(shù)時，必須遵守相關(guān)的法律法規(guī)，尊重隱私權(quán)和知識產(chǎn)權(quán)等倫理原則。例如，無人機測繪技術(shù)在隱私保護方面可能會受到一定的限制，需要避免未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)采集，避免侵犯他人的隱私。此外，地球表面的某些區(qū)域可能屬于特定的某個國家或民族，因此在使用遙感技術(shù)進行監(jiān)測和測繪時，也需要尊重當?shù)氐奈幕椭R產(chǎn)權(quán)。因此，新型測繪技術(shù)的應(yīng)用需要謹慎處理相關(guān)法律與倫理問題，確保技術(shù)的合法合規(guī)使用。

3? 新型測繪技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用

3.1? 地形測繪與制圖

新型測繪技術(shù)在地形測繪與制圖領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值。其中，激光掃描技術(shù)（LiDAR）在地形測繪中發(fā)揮著重要作用。激光掃描技術(shù)利用激光脈沖測量地表或目標的距離和位置，通過高頻率的激光脈沖掃描地面，記錄地表的三維坐標信息。在地形測繪中，激光掃描技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度且高密度的地面點云數(shù)據(jù)采集。這些點云數(shù)據(jù)包含了地表地形的詳細信息，可以用于構(gòu)建數(shù)字高程模型（DEM）。DEM是地形表面的三維數(shù)學模型，能夠準確地反映地表高程和地勢變化。通過激光掃描技術(shù)獲取的點云數(shù)據(jù)，可以用于制作高精度的地形圖和等高線圖。地形圖是地表地形的圖形表現(xiàn)，用于展示地面的高低起伏和地勢特征。等高線圖則是用等高線將地表等高點連接起來的圖，用于展示地形的等高線分布和地勢變化。此外，激光掃描技術(shù)還可以生成高精度的三維地形模型。三維地形模型能夠以立體化的方式展示地形特征，為地形分析、規(guī)劃和設(shè)計提供更直觀的視覺效果。

在地形測繪與制圖工程中，新型測繪技術(shù)的應(yīng)用為工程規(guī)劃、地質(zhì)勘察、自然資源管理等領(lǐng)域提供了強大的支持。通過高精度的地形數(shù)據(jù)，工程規(guī)劃師可以更好地進行土地利用規(guī)劃和道路設(shè)計，從而提高工程的效率和質(zhì)量。地質(zhì)勘察中，地形測繪技術(shù)能夠幫助地質(zhì)學家更準確地了解地質(zhì)構(gòu)造和地表地貌，為資源勘探和災(zāi)害預警提供重要依據(jù)。在自然資源管理方面，地形測繪技術(shù)有助于監(jiān)測土地利用變化、森林資源變化等，為資源保護和環(huán)境管理提供科學依據(jù)[3]。

3.2? 城市建設(shè)與規(guī)劃

新型測繪技術(shù)在城市建設(shè)與規(guī)劃方面的廣泛應(yīng)用為城市的可持續(xù)發(fā)展提供了重要支持。首先，無人機測繪技術(shù)通過搭載高分辨率相機或傳感器的無人機，能夠快速獲取城市區(qū)域的高精度圖像數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用于更新城市地圖，實時反映城市用地和建筑物的變化，為城市規(guī)劃部門提供準確的地理信息，從而為城市的合理規(guī)劃和管理提供有力支持。其次，激光掃描技術(shù)（LiDAR）在城市規(guī)劃中發(fā)揮著重要作用。通過激光掃描儀獲取高密度的地面點云數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)城市的三維建模，準確反映城市地貌和建筑物的立體分布。這些三維模型為城市規(guī)劃和設(shè)計提供了精確的空間信息，有助于規(guī)劃新的城市項目和評估現(xiàn)有城市基礎(chǔ)設(shè)施的狀況。此外，遙感技術(shù)在城市建設(shè)與規(guī)劃中也具有重要意義。遙感技術(shù)可以監(jiān)測城市的空氣質(zhì)量、綠地覆蓋率和城市熱島效應(yīng)等，為城市環(huán)境監(jiān)測和城市可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持。通過新型測繪技術(shù)的應(yīng)用，城市建設(shè)與規(guī)劃可以更加科學、高效地進行，為城市的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。遙感技術(shù)監(jiān)測城市的空氣質(zhì)量、綠地覆蓋率和城市熱島效應(yīng)如圖1所示。

圖1為使用遙感技術(shù)隨機采取的100個城市熱島效應(yīng)點。每個點的顏色與其密度（密度）相對應(yīng)，顏色越深表示密度越高。X軸和Y軸代表X坐標和Y坐標。

3.3? 環(huán)境監(jiān)測與災(zāi)害預警

新型測繪技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測與災(zāi)害預警方面發(fā)揮著重要作用，為保護環(huán)境和提高災(zāi)害應(yīng)對能力提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持。首先，遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中具有重要意義。遙感技術(shù)能夠獲取大范圍的遙感圖像，實時監(jiān)測環(huán)境污染、自然資源變化和生態(tài)環(huán)境狀況。通過對遙感圖像的分析，可以及時發(fā)現(xiàn)環(huán)境問題，例如水體污染、土地退化等，并為環(huán)境保護和資源管理提供科學決策支持。此外，遙感技術(shù)還能夠監(jiān)測氣候變化和自然災(zāi)害的影響，為氣候變化研究和災(zāi)害預警提供重要數(shù)據(jù)依據(jù)。其次，激光掃描技術(shù)（LiDAR）在災(zāi)害預警中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。地質(zhì)災(zāi)害如山體滑坡、泥石流等往往在發(fā)生時造成重大損失。激光掃描技術(shù)可以快速獲取地表的高精度數(shù)據(jù)，包括地形、地貌等信息，為地質(zhì)災(zāi)害的風險評估和預警提供可靠依據(jù)[4]。通過建立地質(zhì)災(zāi)害風險模型，結(jié)合激光掃描數(shù)據(jù)，可以識別潛在的災(zāi)害風險區(qū)域，提前采取防災(zāi)減災(zāi)措施，從而減少災(zāi)害造成的損失。新型測繪技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測與災(zāi)害預警方面發(fā)揮作用如圖2所示。

圖2（a）是一個散點圖，展示了模擬的城市環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。X軸和Y軸代表了城市的坐標，點的顏色代表了環(huán)境數(shù)據(jù)的值。圖2（b）是一個散點圖，展示了模擬的激光掃描數(shù)據(jù)。X軸和Y軸代表了掃描的坐標，點的顏色代表了高程信息。圖2（c）是一個折線圖，展示了模擬的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)隨時間的變化情況。圖2（d）是一個散點圖，展示了模擬的災(zāi)害預警等級。X軸和Y軸代表了城市的坐標，點的顏色代表了預警等級。

3.4? 土地管理與農(nóng)業(yè)發(fā)展

新型測繪技術(shù)在土地管理與農(nóng)業(yè)發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用。全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）技術(shù)可以用于土地界址勘定和土地權(quán)屬調(diào)查，提高土地管理的精確性和效率。同時，遙感技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)作物生長監(jiān)測、土地利用類型分類和農(nóng)田水資源管理等，為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供科學依據(jù)[5]。通過激光掃描技術(shù)（LiDAR）獲得的地形和植被信息，也能夠為農(nóng)業(yè)資源調(diào)查和農(nóng)田規(guī)劃提供精準的數(shù)據(jù)支持。因此，新型測繪技術(shù)的應(yīng)用對于土地管理和農(nóng)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性具有重要意義。

4? 結(jié)束語

總而言之，本論文深入研究了新型測繪技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用。通過這些新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，測繪工程變得更加科學、高效，為城市規(guī)劃、資源管理和環(huán)境保護等提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，為社會的可持續(xù)發(fā)展提供了有力保障。在未來，我們應(yīng)繼續(xù)推進新型測繪技術(shù)的研究和應(yīng)用，不斷創(chuàng)新改進，為構(gòu)建更美好的未來作出積極貢獻。

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