淺談測繪地理信息系統(tǒng)的建設

張強

摘要： 地理信息在我國土地資源中的地位十分重要，隨著地理信息系統(tǒng)的應用越來越廣泛，地理信息的及時更新也越來越重要，測繪是建立地理信息系統(tǒng)的基礎工作，以測繪地理信息系統(tǒng)為核心的信息鏈已經(jīng)基本形成并得到了廣泛的應用。隨著各種應用對地理信息的精確度的要求越來越高，傳統(tǒng)測繪方法已經(jīng)不能滿足地理信息產(chǎn)業(yè)鏈的需求。本文簡要介紹了地理信息系統(tǒng)、地理測繪系統(tǒng)和及其應用，并指出了地理測繪信息系統(tǒng)的設計重點。

Abstract： The status of geographic information in China's land resources is very important. As the application of geographic information system becomes more and more widespread， it is more and more important to update the geographical information in time. Surveying and mapping is the basic work to establish geographic information system. The information chain whose core is surveying and mapping geographic information system has been basically formed and widely used. With the increasing demands of various applications for the accuracy of geographic information， the traditional surveying and mapping methods have been unable to meet the needs of the geographic information industry chain. This article briefly introduces the GIS and geographic mapping system and their applications， and points out the design priorities of surveying and mapping geographic information system.

關鍵詞： 測繪；地理信息系統(tǒng)；建設

Key words： surveying and mapping；geographic information system；construction

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）04-0173-02

0 引言

地理信息是指與地面空間有關的信息，將這些信息進行有組織的構(gòu)建便得到地理信息系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)涉及測量、制圖、地理、遙感等多個學科。測繪地理信息系統(tǒng)就是利用測繪技術(shù)對地面空間相關信息進行處理和測量，建立測繪地理信息系統(tǒng)可以高效的管理地理信息數(shù)據(jù)，對研究地理信息系統(tǒng)和推廣地理信息有重要的意義。

1 地理信息系統(tǒng)概述

1.1 地理信息系統(tǒng)簡介

地理信息系統(tǒng)，簡稱GIS，是以地理空間數(shù)據(jù)信息為基礎，采用模型法為地理研究和地理決策服務的計算機信息系統(tǒng)。它以計算機系統(tǒng)為支持，對地球表層所有有關于地理的信息數(shù)據(jù)進行搜集、管理、運算、分析、顯示和描述，通過整合數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)信息，GIS可以分析出地理信息系統(tǒng)所具有的屬性和代表意義，實現(xiàn)地理決策的功能。地理信息系統(tǒng)具有空間性和動態(tài)性，可以通過采集和分析地理空間信息分析出短時間內(nèi)地理信息的變化情況，還可以通過對部分地理空間數(shù)據(jù)的分析推斷出與之相連的部分的地理信息；地理信息系統(tǒng)的研究對象是地理，其主要工作就是利用高科技手段對多種地理要素進行分析，形成地理模型，從而預測出多種地理信息的變化情況、提出地理決策，產(chǎn)生高層次的地理信息；地理信息系統(tǒng)的所有工作都是依賴于計算機程序完成的，計算機系統(tǒng)負責進行地理數(shù)據(jù)信息的管理并形成地理模型，模擬地形變化情況。綜上所述，地理信息系統(tǒng)的本質(zhì)就是以計算機軟硬件為支撐、以地理數(shù)據(jù)信息為基礎的由計算機系統(tǒng)模擬出的動態(tài)地理模型，其構(gòu)成元素就是人員、數(shù)據(jù)、硬件、軟件、計算過程，其中，支撐整個系統(tǒng)的計算機軟硬件最為重要，硬件包括數(shù)據(jù)采集裝置、人機圖形交互裝置、中央處理裝置、數(shù)據(jù)存儲設備、圖形輸出設備，軟件包括數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫等系統(tǒng)軟件和地理信息程序、應用繪圖程序等應用軟件。

1.2 地理信息系統(tǒng)的內(nèi)容和功能

根據(jù)應用對象劃分，系統(tǒng)建設的內(nèi)容可以分為大地測量數(shù)據(jù)系統(tǒng)、城市測繪數(shù)據(jù)系統(tǒng)、海洋測繪數(shù)據(jù)系統(tǒng)三部分。大地測量數(shù)據(jù)系統(tǒng)是國家大地測量的基礎數(shù)據(jù)，包括國家大地水準網(wǎng)和控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)，主要應用于大地測量數(shù)據(jù)的管理和存儲；城市測繪數(shù)據(jù)系統(tǒng)存儲城市地理的各種信息，包括城市地圖、地籍圖、綠化圖等，應用于城市規(guī)劃、市政建設等；海洋測繪系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)包括海洋的控制網(wǎng)、水深測量、海洋重力測量情況等，應用于導航和海洋地理變化監(jiān)測和預測，各個系統(tǒng)不是相互獨立的，各系統(tǒng)相互支持，其信息都能相互調(diào)用。地理測繪系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)輸入和編輯、數(shù)據(jù)庫的建立和管理、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)分析與處理和數(shù)據(jù)輸出的功能，地理測繪系統(tǒng)將通過測繪技術(shù)得到的地理信息轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)，經(jīng)過系統(tǒng)的交互編輯和修飾即可建立拓撲關系；數(shù)據(jù)庫是GIS的核心，系統(tǒng)對圖形進行拼接處理、把不同格式的數(shù)據(jù)統(tǒng)一化、管理圖庫和系統(tǒng)中的地圖德國都需要數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)可以在數(shù)據(jù)之間建立一種聯(lián)系，根據(jù)數(shù)據(jù)的屬性和結(jié)構(gòu)把它們分成矢量結(jié)構(gòu)與柵格結(jié)構(gòu)兩類，矢量結(jié)構(gòu)精確性好，地圖美觀，但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復雜、可操作性低，柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，但精度較差，在GIS中，這兩種結(jié)構(gòu)通常是并行的，相互協(xié)同；數(shù)據(jù)件數(shù)能力是為了是用戶快速找到所需的地理信息，數(shù)據(jù)檢索系統(tǒng)可以查詢數(shù)據(jù)庫中任意地區(qū)的數(shù)據(jù)，其自身的邏輯操作方式還可以自動跳過冗余數(shù)據(jù)，提高檢索速度和精確度；數(shù)據(jù)輸出的媒介一般會屏幕顯示繪圖、制表紙等，系統(tǒng)提供圖像編輯、符號生成等服務，用戶還能自主選擇二維或三維圖像，滿足不同的制圖要求。endprint

1.3 地理信息系統(tǒng)的應用

目前，測繪地理信息新系統(tǒng)主要應用于資源清查、城鄉(xiāng)規(guī)劃、災害監(jiān)測、環(huán)境管理等方面。地理信息系統(tǒng)的定義是以地理空間數(shù)據(jù)信息為基礎，采用模型法為地理研究和地理決策服務的計算機信息系統(tǒng)，所以，資源清查是地理信息系統(tǒng)的基礎也是基本功能，在資源清查方面，GIS的主要任務就是匯集測繪得到的信息，并通過系統(tǒng)的分析功能提供資源統(tǒng)計服務，在土地的利用方面，GIS可以通過系統(tǒng)的分析輸出工作所需的土地信息，如土地類型、土地利用現(xiàn)狀、土地地理信息變化等，在中國國土資源信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫、輔助決策、圖形編輯三個子系統(tǒng)就可以完成所有的資源存儲、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)輸出等工作，并模擬出所有的地理地形，給資源的合理開發(fā)提供了很大的幫助。GIS的數(shù)據(jù)庫還可以把城市和鄉(xiāng)村的各種資源、環(huán)境、人口、綠化、交通等數(shù)據(jù)統(tǒng)一歸類并通過其空間搜索和信息疊加處理等功能模擬對城市的合理規(guī)劃和對鄉(xiāng)村的開發(fā)，對推進城市化進程、加強鄉(xiāng)村建設有重要的意義。地理信息系統(tǒng)可以通過搜集遙感數(shù)據(jù)并分析達到預測森林火災、洪水、干旱等災害的目的，以森林火災為例，搜集森林的氣溫、風速、氣壓、降水等氣象數(shù)據(jù)，統(tǒng)計植被覆蓋率、植物生長率、死亡率等因子，建立數(shù)學模型，就可以通過GIS預測森林火險并能準確預測出火災等級，這個功能給救災搶險提供了極大的便利。與以上三方面相同，環(huán)境管理也是通過搜集和檢測環(huán)境數(shù)據(jù)并分析達到環(huán)境管理的目的，GIS針對其在環(huán)境管理方面的應用有一個名為環(huán)境管理信息系統(tǒng)的分支，它的基礎數(shù)據(jù)庫中只儲存與環(huán)境管理有關的數(shù)據(jù)信息，并提供與環(huán)境管理有關的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表和圖形編制方法，以海量數(shù)據(jù)為基礎建立環(huán)境模型，模擬環(huán)境變化情況為環(huán)境管理提供分析和決策等服務。

2 測繪地理信息系統(tǒng)建設設計

2.1 地圖數(shù)據(jù)的搜集

地圖數(shù)據(jù)的搜集是建立測繪地理信息系統(tǒng)的基礎，地理信息數(shù)據(jù)的采集過程大都是將原有的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一格式輸入到數(shù)據(jù)庫中，包括衛(wèi)星、遙感裝置、航空器等儀器搜集到的數(shù)據(jù)。測繪工程的開張過程中一般只需GIS的測量、處理與儲存功能，目前采集地圖數(shù)據(jù)主要依據(jù)地圖矢量化原理，利用手扶跟蹤數(shù)字化采集和掃描矢量化采集兩種方法采集數(shù)據(jù)，再通過地圖掃描矢量化法將地圖矢量與所得數(shù)據(jù)結(jié)合起來，完成數(shù)據(jù)的搜集。地圖矢量化是指將目標看做單個矢量單位或多個矢量單位的結(jié)合，與傳統(tǒng)的掃描紙質(zhì)地圖并將數(shù)據(jù)保存為柵格圖像的方式相比，矢量化方法可以隨時對數(shù)據(jù)進行拓撲求解并有效避免了階梯效應，提高了地圖數(shù)據(jù)采集工作準確性。手扶跟蹤數(shù)字化采集方法是指利用固定設備跟蹤地圖數(shù)據(jù)，具體操作為先將地圖固定在數(shù)字桌面上并連接數(shù)字化儀器，然后定向地圖中的控制點和輪廓點，利用最小二乘法接觸變化參數(shù)，最后將圖形圖像數(shù)字化。掃描矢量化采集方法是指將地形圖掃描后導入其數(shù)據(jù)到計算機內(nèi)再進行矢量化處理，具體操作為利用光電轉(zhuǎn)化和圖像反射用散射光源掃描圖像后將反射光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栦浫胗嬎銠C系統(tǒng)，然后利用應用繪圖程序細化圖像，剔除矢量單位中多于的點，最后將圖像分為多層矢量。采集數(shù)據(jù)之后要進行地圖矢量化與地圖數(shù)據(jù)的結(jié)合，先計算圖像和數(shù)據(jù)的對應關系和換算比例，在利用采集數(shù)據(jù)時求出的變化參數(shù)和坐標轉(zhuǎn)換公式將坐標軸轉(zhuǎn)換成高斯直角坐標系，通過GIS的人機圖形交互裝置將數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)，最后將圖片和測圖定向填寫到文檔簿中并簽名存檔。在整個地圖搜集過程中，要注意基礎資料的完整性和規(guī)范化，掃描地圖時要存檔，在進行地圖矢量化與地圖數(shù)據(jù)的結(jié)合時保證矢量數(shù)據(jù)與柵格圖像獨立存在進而保證數(shù)據(jù)之間拓撲關系的準確性。

2.2 開發(fā)平臺和工具的選擇

在進行地理信息系統(tǒng)設計之前首先要選擇合適的開發(fā)平臺與開發(fā)工具，開發(fā)平臺和開發(fā)工具的選擇關系到測繪地理信息系統(tǒng)建設的效率和最終結(jié)果。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對地理信息系統(tǒng)的重視度不斷提高，相關行業(yè)已經(jīng)陸續(xù)開發(fā)出很多GIS 開發(fā)平臺與設計軟件，商業(yè)化GIS開發(fā)工具軟件已經(jīng)臻于成熟，據(jù)調(diào)查行業(yè)內(nèi)公布的GIS 設計軟件已超過四百種，我國也已經(jīng)開發(fā)出諸如MAPGIS、Geo Star、Super Map等優(yōu)秀的設計軟件。選擇開發(fā)平臺和開發(fā)工具時，要謹記按需選擇的原則，首先要能夠流暢的支持測繪地理信息系統(tǒng)的五種基本功能的設計，并具有一定的靈活性可以二次開發(fā)。在此基礎上，最好可以滿足以下要求：支持中文系統(tǒng)，硬件配置快速、靈活、方便，配置滿足微機、工作站、服務器等多種復雜的環(huán)境要求。另外，一般測繪地理信息系統(tǒng)都用于國家基礎建設，所以必須保證開發(fā)平臺和開發(fā)軟件具有極高的安全性，Geo Star、Super Map都是非?？煽康模魷y繪系統(tǒng)對開發(fā)功能有很高的要求，可以選擇VC++作為開發(fā)平臺，若對系統(tǒng)集成有較高的要求則可以選擇Visual。

2.3 數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫的設計關乎整個系統(tǒng)的運行效率，其基本設計原則是保持最小數(shù)據(jù)冗余度和最小單元化、滿足測繪產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。數(shù)據(jù)庫分為總數(shù)據(jù)庫和子數(shù)據(jù)庫，如大地測量數(shù)據(jù)、海洋數(shù)據(jù)和城市測繪數(shù)據(jù)屬性不同應分別存儲到空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫中，并根據(jù)其屬性生成不同的數(shù)據(jù)表。數(shù)據(jù)庫必須統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)編碼等標準，以便于數(shù)據(jù)的錄入、分析、管理、計算和輸出，還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、減少空間占用、方便數(shù)據(jù)庫的維護。另外，設計數(shù)據(jù)庫時必須重視數(shù)據(jù)庫的安全性，加強空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫的結(jié)合的同時賦予不同需求的用戶不同的權(quán)限，以維護數(shù)據(jù)庫的安全。

3 結(jié)語

整個測繪地理信息系統(tǒng)的開發(fā)和建設是個復雜且工程量大的任務，而且我國地形復雜、地理信息繁多，所以測繪GIS系統(tǒng)的建設不可能一蹴而就，應先進行地理數(shù)據(jù)的搜集，再選用適合的開發(fā)工具和開發(fā)平臺建立地理信息數(shù)據(jù)庫。近些年來我國測繪技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了測繪數(shù)據(jù)的智能化管理，先進的測繪技術(shù)如激光掃描、多點定位、慣性測量有效提高了地理信息的準確度和實用性，我國地理信息系統(tǒng)的建設和推廣起到了不可替代的作用。

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