GPS 控制測(cè)繪技術(shù)在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

王春臨

（三和數(shù)碼測(cè)繪地理信息技術(shù)有限公司，甘肅 天水 741000）

引言

GPS 在我國(guó)社會(huì)運(yùn)行中的仍承擔(dān)著不可替代的作用，不僅為國(guó)防、刑偵等領(lǐng)域提供了精確的定位、導(dǎo)航等服務(wù)，對(duì)于地理隱私信息的保護(hù)也十分重要。而地理信息系統(tǒng)是采集、管理、分析、顯示地球表層有關(guān)地理數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)，因此，廣泛地應(yīng)用了GPS 衛(wèi)星系統(tǒng)，GPS 控制測(cè)繪技術(shù)與地理信息系統(tǒng)更為完善、廣泛的融合，推動(dòng)地理信息系統(tǒng)在各領(lǐng)域更加完善的發(fā)展。

一、概述

（一）地理信息系統(tǒng)概述

地理信息系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)是由硬件、軟件平臺(tái)以及基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成，通過簡(jiǎn)潔化的用戶界面，登錄授權(quán)用戶可以對(duì)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行查看下載以及修改操作。地理信息系統(tǒng)GIS 能夠主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、空間分析以及可視化表達(dá)輸出三類核心功能體系。GIS 的基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)將地理位置的經(jīng)度緯度、高度深度、幾何拓?fù)潢P(guān)系以及三維立體分布模型進(jìn)行參數(shù)化表達(dá)，支持結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的輸入、存儲(chǔ)、處理分析以及輸出功能。GIS 系統(tǒng)基于數(shù)學(xué)、幾何學(xué)、空間拓?fù)鋵W(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，對(duì)一定區(qū)域內(nèi)的三維立體模型進(jìn)行可視化分析，虛擬化設(shè)計(jì)地理信息模型，通過GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，完善地球表面和地底地質(zhì)分布情況的數(shù)字化模擬能力。此外，GIS 系統(tǒng)還可以通過用戶的多元化選擇模式，將所需地域內(nèi)的地理信息模型進(jìn)行可視化分析與結(jié)果輸出，支持二維圖表和三維立體模型的建立與輸出，將不同空間與時(shí)間維度的地理信息模型實(shí)現(xiàn)分層次輸出。根據(jù)相關(guān)地球地理科學(xué)和信息技術(shù)原理，GIS 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理分析功能，可以將復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行高效率整合標(biāo)準(zhǔn)化輸出，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大地理數(shù)據(jù)處理能力。

（二）GPS 原理

GPS 的空間部分是由24 顆GPS 工作衛(wèi)星組成，這些GPS 工作衛(wèi)星共同組成了GPS 衛(wèi)星星座，其中21 顆為可用于導(dǎo)航的衛(wèi)星，3 顆為活動(dòng)的備用衛(wèi)星，這24 顆衛(wèi)星分布在6 個(gè)傾角為55°的軌道上繞地球運(yùn)行。衛(wèi)星的運(yùn)行周期約為12 恒星時(shí)，每顆GPS 工作衛(wèi)星都發(fā)出用于導(dǎo)航定位的信號(hào)，GPS用戶正是利用這些信號(hào)來進(jìn)行工作的。GPS 的控制部分由分布在全球的若干個(gè)跟蹤站所組成的監(jiān)控系統(tǒng)所構(gòu)成，根據(jù)其作用的不同，這些跟蹤站又被分為主控站、監(jiān)控站和注入站。主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對(duì)GPS 的觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入衛(wèi)星；監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號(hào)，監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的工作狀態(tài)；注入站的作用是將主控站計(jì)算出的衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等注入衛(wèi)星。GPS 的用戶部分由GPS 接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計(jì)算機(jī)氣象儀器等所組成。它的作用是接收GPS 衛(wèi)星所發(fā)出的信號(hào)，利用這些信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位等工作。以上這三個(gè)部分共同組成一個(gè)完整的GPS 系統(tǒng)。

二、GPS 控制測(cè)繪技術(shù)在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）點(diǎn)位測(cè)設(shè)

在地質(zhì)工程勘察測(cè)繪中需要對(duì)地質(zhì)工程所在區(qū)域內(nèi)的各個(gè)布點(diǎn)高程、經(jīng)緯度進(jìn)行明確，在此基礎(chǔ)依據(jù)下實(shí)現(xiàn)各個(gè)點(diǎn)位的有效連接，為目標(biāo)測(cè)繪區(qū)域內(nèi)進(jìn)行空間分布圖的構(gòu)建工作。幫助測(cè)繪技術(shù)人員對(duì)目標(biāo)區(qū)域的大小以及形狀等因素進(jìn)行綜合分析，為地質(zhì)工程的設(shè)計(jì)和施工工作提供三維空間坐標(biāo)測(cè)繪數(shù)據(jù)。在進(jìn)行測(cè)設(shè)點(diǎn)位過程中，能夠利用GPS 技術(shù)對(duì)測(cè)量目標(biāo)區(qū)域內(nèi)關(guān)鍵點(diǎn)的高程、維度進(jìn)行測(cè)量，對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)的三維坐標(biāo)值的精準(zhǔn)獲取。通過定點(diǎn)測(cè)設(shè)工作的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)三維坐標(biāo)值的有效獲取，還可以進(jìn)行三維模型的構(gòu)建，為地質(zhì)工程設(shè)計(jì)人員以及施工人員構(gòu)建精準(zhǔn)空間結(jié)構(gòu)模型，在地理信息系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用效果。

（二）導(dǎo)航系統(tǒng)和地理系統(tǒng)的融合

測(cè)繪得到的數(shù)據(jù)應(yīng)重視其比對(duì)過程，整合數(shù)據(jù)庫(kù)的前提下，對(duì)組織要素與結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，集中有用信息內(nèi)容。除此之外，通過GPS 和GIS 的作用，可以在二維和三維技術(shù)的輔助下，呈現(xiàn)實(shí)際降雨情況，呈現(xiàn)出相應(yīng)繪制圖形。舉例來說，在一些城市濕地公園周圍，往往會(huì)成為工廠建設(shè)廠址，導(dǎo)致河水之中排放了很多廢物，也使環(huán)境受到污染的程度愈演愈烈。為了解決相關(guān)問題，工作人員應(yīng)當(dāng)依據(jù)實(shí)際GIS 數(shù)據(jù)特征，模擬工廠污染擴(kuò)散的實(shí)際情況，通過速度、管道等數(shù)據(jù)的支持，使模擬畫面完整程度更高，進(jìn)一步增加其精度。鑒于GPS 應(yīng)用本身自帶的空間定位功能，可以實(shí)現(xiàn)和地理信息系統(tǒng)相互融合的目的，綜合描述并分析收集到的各種精確數(shù)據(jù)，正確呈現(xiàn)現(xiàn)代數(shù)字管理特征。而城市科技水平在不斷發(fā)展中，信息技術(shù)的價(jià)值也逐漸被凸顯，人們對(duì)于測(cè)繪數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性的要求也逐漸提升，這也是GPS 與GIS 技術(shù)相互結(jié)合發(fā)展，應(yīng)用愈發(fā)廣泛的原因。

（三）在野外中的具體運(yùn)用

在野外測(cè)繪中，應(yīng)用GPS 控制測(cè)繪技術(shù)，可構(gòu)建一個(gè)全面覆蓋的三維測(cè)量控制網(wǎng)絡(luò)，不受目標(biāo)區(qū)域地形地貌限制，迅速獲取精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，突破了傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)在野外測(cè)繪中的困境，無論測(cè)繪面積大還是小，測(cè)繪地形是復(fù)雜還是簡(jiǎn)單，都不會(huì)對(duì)測(cè)繪工作產(chǎn)生太大的干擾，工作人員可以根據(jù)測(cè)繪區(qū)域的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)科學(xué)可行的技術(shù)方案，在合理的位置設(shè)置接收器，即可接收目標(biāo)點(diǎn)的位置信息，再實(shí)時(shí)傳輸?shù)降乩硇畔⑾到y(tǒng)中，效率極高。由此可見，在野外測(cè)繪工作中，可合理科學(xué)地應(yīng)用GPS 控制測(cè)繪技術(shù)。

（四）空間分析

GPS 控制技術(shù)還能應(yīng)用在空間分析中，它能提供準(zhǔn)確的空間描述、空間推導(dǎo)和模型優(yōu)化，還能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)查詢功能，為空間分析和空間決策提供完整的技術(shù)支持。空間分析是中GIS 技術(shù)與GPS 技術(shù)相結(jié)合，通過GPS 技術(shù)收集數(shù)據(jù)，GIS 技術(shù)進(jìn)行空間數(shù)據(jù)分析，結(jié)合收集到的空間數(shù)據(jù)與空間位置信息，兩者數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而確定空間信息。在地理信息分析中，空間分析十分重要，客戶可以通過自身需求在信息系統(tǒng)隨意轉(zhuǎn)換相關(guān)信息，獲取需求信息，由此來實(shí)現(xiàn)對(duì)空間的準(zhǔn)確分析?？臻g分析在實(shí)際中最直接的應(yīng)用就是構(gòu)建空間模型，通過獲取的信息構(gòu)建出以信息為基礎(chǔ)的模型框架，然后結(jié)合模型和試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)為城市規(guī)劃等相關(guān)行業(yè)提供信息支持，而在科研技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，該技術(shù)的發(fā)展也必然會(huì)為推動(dòng)城市建設(shè)作出貢獻(xiàn)。

（五）GPS 控制測(cè)繪技術(shù)在勘測(cè)定界中的應(yīng)用

該技術(shù)應(yīng)用于勘測(cè)定界中，可以在很大程度上為城鎮(zhèn)建設(shè)用地管理帶來較大的益處，同時(shí)還能為以下幾個(gè)方面提供更為可靠的參考信息：一是城市建設(shè)用地的定界；二是城市建設(shè)用地的審批。在具體檢測(cè)期間，一些地塊的地形存在繁瑣性的特點(diǎn)，同時(shí)面積較為廣泛，這個(gè)時(shí)候借助于該技術(shù)就可以令檢測(cè)的可靠性與真實(shí)性得到有效提升，繼而為地籍定界勘測(cè)工作的順利進(jìn)行指明方向。對(duì)傳統(tǒng)勘測(cè)定界放樣環(huán)節(jié)進(jìn)行分析后，可以發(fā)現(xiàn)：其通常對(duì)以下幾種方法進(jìn)行了充分利用：一是分析法；二是關(guān)系距離法，不但存在著繁瑣的工作環(huán)節(jié)，而且也容易致使測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性不高，而此時(shí)將GPS 控制測(cè)繪技術(shù)滲透其中就能夠令這些問題得到妥善處理，持續(xù)完善放樣流程，繼而促進(jìn)其工作水平的全面提升。

（六）工程控制測(cè)量中的應(yīng)用

在地質(zhì)工程勘察測(cè)繪工作中，控制測(cè)量能夠?qū)こ趟趨^(qū)域內(nèi)地形、地貌等特征進(jìn)行測(cè)繪，在此基礎(chǔ)上完成三維刻畫工作。工程控制測(cè)量工作可以幫助地質(zhì)工程設(shè)計(jì)人員以及施工人員，更好地了解目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的地形和地貌條件，還能夠?yàn)楣こ虉D紙?jiān)O(shè)計(jì)工作以及施工組織安排工作提供良好的參考依據(jù)。在以往的勘察測(cè)繪工具應(yīng)用過程中，其在面對(duì)復(fù)雜地形進(jìn)行精準(zhǔn)高程跟坐標(biāo)獲取時(shí)，還存在獲取難度比較大的問題，針對(duì)一些工作人員無法涉及的區(qū)域，采取的數(shù)據(jù)精度也難以得到有效保障。通過GPS 控制測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)鹘y(tǒng)測(cè)繪技術(shù)中存在的弊端進(jìn)行妥善解決和控制。例如，通過GPSRTK 技術(shù)的應(yīng)用，具體包含有基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)鏈以及流動(dòng)站等構(gòu)成，在采用該技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)繪工作時(shí)，首先需要在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)已知的三維坐標(biāo)控制點(diǎn)上進(jìn)行GPS 接收器的安裝工作，隨后通過GPS 衛(wèi)星進(jìn)行持續(xù)的跟蹤、觀測(cè)以及調(diào)試工作。通過將衛(wèi)星獲取的數(shù)據(jù)傳送到基準(zhǔn)站的方式，地質(zhì)工程勘察測(cè)繪工作人員只需要通過接收器來對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的GPS 衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定點(diǎn)檢測(cè)，隨后通過時(shí)差分處理的方式，對(duì)移動(dòng)接收器所處位置的高程以及經(jīng)緯度進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，借此獲得良好的地質(zhì)測(cè)繪效果。

（七）在監(jiān)測(cè)行業(yè)當(dāng)中的具體運(yùn)用

在環(huán)境友好型社會(huì)構(gòu)建過程中，GPS 控制測(cè)繪技術(shù)被廣泛應(yīng)用于氣候氣象監(jiān)測(cè)及環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)中，讓相關(guān)部門能夠?qū)崟r(shí)獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)，在短時(shí)間內(nèi)，借助于科學(xué)技術(shù)的力量，完成大量的監(jiān)測(cè)工作，同時(shí)聯(lián)合應(yīng)用地理信息系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的處理分析工作，獲取氣象監(jiān)測(cè)工作成果及環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作成果，全面提升工作效率。除此之外，GPS 控制測(cè)繪技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生活領(lǐng)域，尤其是導(dǎo)航中，借助于GPS 導(dǎo)航儀，能夠精確定位用戶當(dāng)前位置及目標(biāo)位置，再聯(lián)合地理信息系統(tǒng)中的道路、交通信息，合理規(guī)劃路線，讓用戶能夠盡可能快地到達(dá)指定位置。同時(shí)，GPS 技術(shù)具有定位功能，常用于車輛、智能設(shè)備定位中，在智能終端中，提前設(shè)置綁定功能，一旦設(shè)備丟失或被竊取，可以遠(yuǎn)程操控，鎖定設(shè)備，并迅速定位手機(jī)位置，將信息提交給相關(guān)部門，迅速找回丟失的設(shè)備。

（八）GPS 控制測(cè)繪技術(shù)在城市建設(shè)中的應(yīng)用

基于我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平持續(xù)上升的大環(huán)境下，GPS 系統(tǒng)和GIS 系統(tǒng)的有效結(jié)合，在潛移默化當(dāng)中為我國(guó)城市系統(tǒng)的正常運(yùn)作創(chuàng)造了有利條件，特別是精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息的有效供應(yīng)，加快了城市發(fā)展的腳步。舉例而言，在道路工程建設(shè)期間，GPS 系統(tǒng)可以很好地迎合勘測(cè)要求。對(duì)以往測(cè)量方式進(jìn)行分析深入分析后，可以得知：其匱乏一定的完善性，且存在諸多薄弱之處，所以隨著時(shí)間的流逝而被GPS 控制測(cè)繪技術(shù)加以替代。結(jié)合相關(guān)實(shí)踐調(diào)查可知，該技術(shù)的有效運(yùn)用，可以令綜合效益得到有效強(qiáng)化，且存在著較大的發(fā)展空間。

結(jié)語(yǔ)

可以說GPS 控制測(cè)繪技術(shù)同地理信息系統(tǒng)的綜合應(yīng)用已經(jīng)是社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，它對(duì)生產(chǎn)生活所帶來的積極作用是有目共睹。但是受到現(xiàn)有的一些技術(shù)手段的影響，未來仍需展開對(duì)GPS 控制測(cè)繪技術(shù)和地理信息系統(tǒng)綜合應(yīng)用的技術(shù)創(chuàng)新，為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供更加強(qiáng)有力的支持。