GIS在測(cè)繪中的應(yīng)用

林 威

(聊城大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院 山東 聊城 252000)

0 引言

自21世紀(jì)開始,中國(guó)的城市化發(fā)展速度越來越快,城市的規(guī)模也在與日俱增,城市的建設(shè)更是如火如荼,從鄉(xiāng)村向城市的遷移促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),也給城市帶來發(fā)展空間受限、人口密度增加、城市負(fù)荷過載等壓力。因此,地理信息系統(tǒng)(geographic information system, GIS)的發(fā)展與應(yīng)用符合時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì),能實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)相融合的GIS,借助測(cè)繪自動(dòng)化、數(shù)據(jù)分析智能化的優(yōu)點(diǎn),改革工作模式,降低工作強(qiáng)度,提高工作效率,受到許多城市建筑規(guī)劃工作者的認(rèn)可與歡迎。

1 GIS理論的概念

GIS是研究如何利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來管理和應(yīng)用地球表面的空間信息,為地理研究和地理決策服務(wù)的技術(shù)系統(tǒng)。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù),將包含大氣層在內(nèi)的地表空間的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、整理、處理,建立固定的體系[1-2],發(fā)揮該體系在測(cè)繪工作中的重要作用,可以通過收集數(shù)據(jù)來進(jìn)行空間管理,收集并輸出數(shù)據(jù),對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,最終建立數(shù)據(jù)庫(kù),就地理圖形之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系進(jìn)行深入的分析和探討,并提出有針對(duì)性的意見。

2 傳統(tǒng)技術(shù)模式下的工程測(cè)繪弊端

2.1 技術(shù)人員工作強(qiáng)度大

以前的測(cè)繪方法需要技術(shù)人員親自到實(shí)地勘察,搜集各種資料,勞動(dòng)強(qiáng)度大。換言之,在使用新的 GIS技術(shù)之前,測(cè)繪是一項(xiàng)任務(wù)重、難度高的工作,需要大量的人力支持,盡管有一些輔助機(jī)器,但是工作強(qiáng)度和難度都很大,而且還沒有達(dá)到自動(dòng)化的程度。特別是在一些工地的工程類測(cè)繪項(xiàng)目,不僅需要測(cè)繪人員親臨施工現(xiàn)場(chǎng),而且還要逐一記錄數(shù)據(jù),一旦實(shí)際工程需要涉水測(cè)繪、礦山測(cè)繪等高強(qiáng)度工作才能獲取精確的資料,在遇到危險(xiǎn)的工作或氣候環(huán)境時(shí),工作人員的人身安全難以得到保障。

2.2 測(cè)繪的準(zhǔn)確性不高

傳統(tǒng)測(cè)繪工作中的技術(shù)支持不夠,導(dǎo)致獲取的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確,必須經(jīng)過多次的校驗(yàn),才可以使用這些數(shù)據(jù),因此,在測(cè)繪過程中,難免會(huì)出現(xiàn)測(cè)繪精度不高的缺點(diǎn)。傳統(tǒng)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(yùn)算中產(chǎn)生錯(cuò)誤。測(cè)繪測(cè)量資料的匱乏,給項(xiàng)目的建設(shè)與施工帶來很大的影響,特別是礦山項(xiàng)目測(cè)量的準(zhǔn)確性低下,容易造成施工的安全問題,產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)上的損失,不利于安全生產(chǎn)的組織。

2.3 缺乏測(cè)繪數(shù)據(jù)共建共享機(jī)制

由于工程測(cè)繪的信息共享平臺(tái)尚未完全設(shè)立,伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展,各個(gè)市場(chǎng)主體為了自身發(fā)展,都會(huì)投入人力、資金開展測(cè)繪工作,這就導(dǎo)致了同一地區(qū)多個(gè)單位的重復(fù)工作,導(dǎo)致社會(huì)人力、資金、資源的浪費(fèi)。同時(shí),因?yàn)椴煌瑴y(cè)繪機(jī)構(gòu)在測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)容以及成果展現(xiàn)方面的差異性較大,特別是部分地區(qū)為了城市建設(shè)與發(fā)展,立足各自現(xiàn)實(shí)需求,以各種標(biāo)準(zhǔn)繪制地圖,無疑會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目資金的多次投資和測(cè)繪工作的重復(fù)開展,造成財(cái)政資金的浪費(fèi)。

3 GIS優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)及功能

3.1 GIS的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

(1)數(shù)據(jù)測(cè)量精度高

在實(shí)際施工中,無論是一級(jí)、二級(jí),還是常規(guī)的測(cè)量方法都會(huì)有很大的偏差。測(cè)量者的技術(shù)水平與測(cè)量方法會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的影響,若測(cè)量過程中發(fā)生錯(cuò)誤,則會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的偏差。利用GIS進(jìn)行測(cè)繪,由24個(gè)人造衛(wèi)星構(gòu)成掃描平面,測(cè)量員把儀器裝好后,把探測(cè)信號(hào)傳送給人造衛(wèi)星,通過衛(wèi)星來獲得有關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù),并將信息反饋給操作員。

(2)受外界因素影響小

在常規(guī)工程勘察中,觀測(cè)和控制點(diǎn)的選取受到地形、地貌、地質(zhì)、氣候等多方面的制約,有的山地、高地甚至不能進(jìn)行觀測(cè),而必須采用等值線模型或插值方法來估算。另外,大風(fēng)、雨雪等惡劣天氣對(duì)工程測(cè)量和施工控制也會(huì)產(chǎn)生影響,當(dāng)天氣的惡劣條件達(dá)到一定程度時(shí),就會(huì)導(dǎo)致無法進(jìn)行高精度的測(cè)量工作,這對(duì)測(cè)量工作的效率造成很大的影響。而GIS的測(cè)定是在大氣以外進(jìn)行的,它的測(cè)量值與惡劣的氣候無關(guān)。利用GIS技術(shù),對(duì)工程進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)測(cè),與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比,GIS技術(shù)的測(cè)繪工作范圍很廣,不受地形、地貌及地質(zhì)條件的影響。

(3)測(cè)量效率高

GIS技術(shù)可避免常規(guī)測(cè)量中的調(diào)平、調(diào)整、觀測(cè)和估計(jì)等一系列過程,且不會(huì)受到外部環(huán)境的干擾,從而提高GIS技術(shù)的測(cè)量效能。尤其是在勘測(cè)地形地貌時(shí),通過多個(gè)GIS測(cè)量?jī)x器的群組掃描,能夠迅速地繪制出所測(cè)地形,從而極大地提高測(cè)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(tǒng)的人工測(cè)繪相比,GIS能夠借助衛(wèi)星遙感技術(shù)來完成測(cè)繪工作,從而實(shí)現(xiàn)測(cè)繪工作的自動(dòng)化,極大地提高測(cè)繪工作的準(zhǔn)確性和效率。在GIS的發(fā)展過程中,生成地形圖是GIS發(fā)展的初衷,而GIS的強(qiáng)大輸出又為GIS建立了完整、高效的地形圖庫(kù)。

(2)數(shù)據(jù)管理與控制功能

GIS可以采用多種方式對(duì)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入,而且,還可以利用GIS來直接管理、控制和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)。以此為依據(jù),GIS可以對(duì)各種所需要的信息數(shù)據(jù)展開檢索,并對(duì)其進(jìn)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(shù)據(jù)信息,為測(cè)繪工作者提供一份完整的第一手?jǐn)?shù)據(jù),為后續(xù)工作的展開提供了便利?？傊?在GIS的應(yīng)用下,可以對(duì)測(cè)繪資料進(jìn)行有效的使用和管理[3-4]。

4 測(cè)繪中GIS的應(yīng)用方法

4.1 數(shù)據(jù)采集

在測(cè)繪的初期,需要對(duì)現(xiàn)實(shí)世界客觀對(duì)象進(jìn)行不同的抽象、離散,將連續(xù)對(duì)象實(shí)體在 GIS中分別以柵格和矢量2種方式存儲(chǔ)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。柵格分析技術(shù)法就是對(duì)網(wǎng)格數(shù)據(jù)集合中所蘊(yùn)含的空間信息進(jìn)行分析和處理。網(wǎng)格內(nèi)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(guān)的數(shù)值或類別。利用柵格分析技術(shù),可以對(duì)圖像進(jìn)行像元值的評(píng)價(jià)與解讀。矢量存儲(chǔ)法,則是以點(diǎn)、線、面等形式來表示數(shù)據(jù)。點(diǎn)是一個(gè)單獨(dú)的地理元素,比如一個(gè)汽車站、某家餐廳或者某個(gè)單元樓。線是由線狀物體組成的,如電力線、公路線、水網(wǎng)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(gè)村莊等。隨著GIS技術(shù)的發(fā)展,在對(duì)某些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí),會(huì)更加依靠高精度、高效率的GPS技術(shù),來測(cè)量出物體的實(shí)際坐標(biāo)、高程。

4.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理則是利用專門的計(jì)算機(jī)軟件,把采集到的資料上傳至系統(tǒng),根據(jù)指定的用途進(jìn)行編輯、處理,然后建立資料模型,并將測(cè)量的資料進(jìn)行重疊分析。假定測(cè)得的數(shù)據(jù)是實(shí)體,并且2個(gè)數(shù)據(jù)之間有包含關(guān)系,那么就需要對(duì)它們進(jìn)行特定的建模,在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時(shí)候,要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重建,將其他格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成可以被GIS所識(shí)別的數(shù)據(jù),這樣才能讓不同的數(shù)據(jù)源相互兼容。在城市地形圖中,因?yàn)榈匦螆D目標(biāo)的不同,其數(shù)據(jù)性質(zhì)也會(huì)有一些差別,所以在進(jìn)行資料處理前,需要對(duì)資料進(jìn)行轉(zhuǎn)化,并建立差別化的數(shù)學(xué)解析模型。目前大部分的GIS都會(huì)使用分層技術(shù),以地圖的特定特點(diǎn)為依據(jù),將其劃分成多個(gè)圖層,而整個(gè)地圖就是多個(gè)圖層疊加的結(jié)果。在實(shí)際處理的過程中,都是只涉及特定的層,而不是全部的數(shù)據(jù),所以,處理的效率非常高。

4.3 空間分析

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理之后,GIS就會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析。對(duì)有關(guān)資料進(jìn)行計(jì)算,可提供質(zhì)與量2方面的探討。它以空間分析為核心,涉及很多領(lǐng)域,如物理學(xué)、地理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等。將空間對(duì)象的位置進(jìn)行信息量化,可應(yīng)用空間統(tǒng)計(jì)、圖論等方法。

4.4 數(shù)據(jù)顯示

GIS的數(shù)字化地圖相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)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(nèi)容,以滿足不同使用者的需要[5-6]。同時(shí),將數(shù)字化的地形圖和圖像相結(jié)合,可以迅速地畫出測(cè)量范圍,測(cè)量工作也會(huì)變得很容易。GIS中的資料經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換處理后,可輸出至CAD及其他繪圖軟件,實(shí)現(xiàn)基本圖的變更。在真實(shí)的城市測(cè)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(shù)字化產(chǎn)品、遙感影像圖等,它們都是測(cè)繪的產(chǎn)品。

5 GIS在測(cè)繪中的應(yīng)用場(chǎng)景

5.1 在工程施工監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在工程施工時(shí),要對(duì)各部位進(jìn)行及時(shí)的校正,以確保建筑物的安全性和穩(wěn)定性。采用 GIS與GPS相結(jié)合的方法,對(duì)其施工全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,并對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。新GIS技術(shù)是一種可用于監(jiān)測(cè)工程質(zhì)量的新方法,它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全過程施工的有效監(jiān)測(cè)。通過監(jiān)測(cè)工程中的具體環(huán)節(jié)及細(xì)節(jié),能夠把這些信息傳遞給相關(guān)的設(shè)計(jì)者,從而可以對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整,以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,從而進(jìn)一步減少項(xiàng)目施工中的風(fēng)險(xiǎn),并且可以在最短的時(shí)間內(nèi)減少損失。

5.2 地形地貌測(cè)繪中的應(yīng)用

地形地貌是測(cè)繪工作的重點(diǎn)對(duì)象,使用新的GIS技術(shù),能夠提高獲取信息的準(zhǔn)確度;新技術(shù)廣泛應(yīng)用于各類工程測(cè)量,為工程施工提供了更好的服務(wù)。板塊運(yùn)動(dòng)給有些地方帶來了嚴(yán)重的自然災(zāi)害,造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。要想杜絕事故的發(fā)生,就必須在項(xiàng)目建設(shè)時(shí),實(shí)施精準(zhǔn)的測(cè)繪工作,充分了解當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛蔡攸c(diǎn),并采取有效的對(duì)策,才能全面保證施工的安全和穩(wěn)定,所以,地形地貌圖的支撐必不可少。在一些工程建設(shè)中,會(huì)遇到一些地質(zhì)條件比較復(fù)雜的山區(qū),對(duì)這些區(qū)域,需要充分掌握地形特征,借助新的GIS技術(shù),能夠大大提高測(cè)繪精度,為測(cè)繪工作提供最大限度的保障。新的GIS技術(shù)可以將一個(gè)區(qū)域的狀況完全地展現(xiàn)出來,與此同時(shí),它還可以通過對(duì)單個(gè)點(diǎn)的集中繪制來突出區(qū)域的特征,以俯瞰式的視角來觀察某個(gè)區(qū)域的地形地貌的全貌,確保測(cè)繪信息的準(zhǔn)確度[7-8]。

無人機(jī)GIS技術(shù)在進(jìn)行地形地貌制圖中起到重要作用,無人機(jī)能搭載新裝備,從空中收集各類信息和數(shù)據(jù),用無人機(jī)圖像交換設(shè)備將采集到的信息轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ)起來,傳輸至后臺(tái)的控制室,采集地形地貌信息。

5.3 智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用

新的GIS技術(shù)能夠通過對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的連續(xù)讀取,將各類信息按照不同的離散與抽象運(yùn)算進(jìn)行匯總,并轉(zhuǎn)換成有用的信息。GIS技術(shù)在城市建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用,有效地促進(jìn)了智慧城市的建設(shè),保障了城市的快速發(fā)展。在GIS技術(shù)的助力下,采集到大量的數(shù)據(jù),通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整合,為城市規(guī)劃和建設(shè)提供科學(xué)的建議。在智慧城市構(gòu)建中,政府部門要組織建立信息資源平臺(tái),解決智慧城市建設(shè)中出現(xiàn)的各種疑難雜癥,為智慧城市的設(shè)計(jì)和工程建設(shè)提供有力支撐。

6 提高地理信息測(cè)繪質(zhì)量的對(duì)策

6.1 健全地理信息的共享機(jī)制

要建立多個(gè)部門間的地理信息交換模式,建立多個(gè)比例尺工程測(cè)繪成果,構(gòu)建測(cè)繪信息公共服務(wù)體系,打造共建、共享地理信息的平臺(tái)。應(yīng)加大對(duì)大面積地形圖和現(xiàn)狀圖的測(cè)量力度,加強(qiáng)對(duì)低級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建,防止重復(fù)測(cè)量。統(tǒng)籌全省、市、縣3級(jí)測(cè)繪工作,建立全省、市、縣3級(jí)測(cè)繪工作數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)成果編目和信息資料的及時(shí)更新,推動(dòng)工程測(cè)量成果的推廣和應(yīng)用。要加強(qiáng)與相關(guān)部門、企業(yè)的協(xié)作,加強(qiáng)各類專題信息管理與應(yīng)用的研究開發(fā)。在有關(guān)部門和企業(yè)中,建立地勘單位,并根據(jù)地勘單位的特殊性質(zhì),對(duì)基本地勘單位進(jìn)行更新。

6.2 加強(qiáng)工程測(cè)繪行業(yè)的監(jiān)管

要構(gòu)建并加強(qiáng)執(zhí)法隊(duì)伍,同時(shí)要健全舉報(bào)獎(jiǎng)勵(lì)制度,從而有效遏制各類無證測(cè)繪行為。同時(shí),對(duì)測(cè)繪機(jī)構(gòu)的資質(zhì)等進(jìn)行嚴(yán)格的審核和審批,并對(duì)其人員進(jìn)行年度的職業(yè)道德教育,提高其工作水平;對(duì)已經(jīng)取得或擬取得資質(zhì)的機(jī)構(gòu),必須全面掌握所涉及的測(cè)繪規(guī)范、圖式和標(biāo)準(zhǔn);加強(qiáng)測(cè)繪質(zhì)量監(jiān)督功能,測(cè)繪管理部門和相關(guān)職能機(jī)構(gòu)要深入基層,開展質(zhì)量檢查工作,對(duì)違規(guī)測(cè)繪行為進(jìn)行及時(shí)糾正。

6.3 提升新型GIS技術(shù)應(yīng)用效率

在實(shí)際運(yùn)用中,必須全面提高新型GIS技術(shù)的運(yùn)用效能,并針對(duì)不同用途,進(jìn)行適應(yīng)性和針對(duì)性的調(diào)整。工程測(cè)量涉及的領(lǐng)域很廣,種類繁多。為了保證工程建設(shè)的穩(wěn)定性,需要對(duì)其進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整,在建設(shè)工程中,對(duì)地理環(huán)境、水文條件有很高的要求,而在礦區(qū)中,對(duì)礦產(chǎn)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(shù)的科學(xué)發(fā)展,建立有區(qū)別的、服務(wù)于不同場(chǎng)景的技術(shù)體系,以保證新型GIS技術(shù)的實(shí)際作用,提高工作質(zhì)量[9]。

6.4 注重人才要素

要使科技創(chuàng)新得到全方位的發(fā)展,必須充分發(fā)揮人才要素的關(guān)鍵作用,制定人才培養(yǎng)計(jì)劃和制度,并持續(xù)推進(jìn)人才隊(duì)伍的培育和建設(shè)。本文認(rèn)為,科技進(jìn)步的核心在于構(gòu)建長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)機(jī)制,并以科學(xué)的方式對(duì)科技成果進(jìn)行全方位的創(chuàng)新。在各項(xiàng)工程測(cè)繪工作中,不僅要有大量的經(jīng)驗(yàn),還要有大量的知識(shí)的積累。只有將知識(shí)轉(zhuǎn)換為應(yīng)用,工作的效率和質(zhì)量才能得到保障。因此,培養(yǎng)理論與實(shí)踐能力兼?zhèn)涞膹?fù)合型測(cè)繪人才是工程測(cè)繪行業(yè)得以持續(xù)發(fā)展的必要條件。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,GIS依賴其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)獲取、整合及傳輸?shù)哪芰?成為工程測(cè)繪領(lǐng)域異軍突起的新軍。GIS的多維度的測(cè)繪成果,也逐步成為現(xiàn)代測(cè)繪不可缺少的發(fā)展方向。在 GIS的應(yīng)用中方式和方法要不斷創(chuàng)新,最大限度地發(fā)揮 GIS的優(yōu)勢(shì),使 GIS的應(yīng)用不斷向前推進(jìn)。工程測(cè)繪是一項(xiàng)基礎(chǔ)性、前瞻性的工作,需要社會(huì)各方面的關(guān)注,以提升測(cè)繪保障能力與服務(wù)水平為前提,積極彌補(bǔ)工程測(cè)繪領(lǐng)域的各種不足,并順應(yīng)時(shí)代潮流,促進(jìn)我國(guó)工程測(cè)繪事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。