3S 技术在市政测绘中的集成应用研究

姚龙龙 王 淳

0 引言

3S技术是地理信息系统(GIS)、遥感(RS)和全球定位系统(GPS)这三项相互独立又密切关联的高新技术的简略统称。地理信息系统是信息综合管理的平台，遥感技术是大范围信息采集的有效手段，全球定位系统是精确定位的重要工具。3S技术的集成是有效利用各种技术的优势(GIS的数据管理功能、RS的实时遥感信息、GPS的空间定位技术)，动态、快速、高精度地获取和存储各种空间和属性信息，快速而方便地进行信息查询、检索和统计，有效和智能化地进行空间分析，提高对城市发展的科学预见和动态监控水平，最终实现对 4W(When，Where，What Object，What Change)时空信息的 4A(Anyone，Anything，Anytime，Anywhere)服务目标。随着各个大中城市建设步伐的加大，市政工程测绘工作对3S技术集成应用迫切需要。下面就几方面对3S技术在市政测绘中的集成应用研究介绍。

1 3S技术简介

3S技术的集成是当前测绘技术、摄影测量和遥感技术、地图制图技术、地理信息技术、图形图像技术、定位技术、计算机技术及数据通讯技术的综合应用，将推动市政测绘技术的日新月异发展。3S技术集成的发展，从各个方面改变了我们获取信息和处理信息的手段。

地理信息系统(Geographic Information System)是在计算机硬件和软件支持下，以一定的格式输入、存储、检索、显示和分析应用的技术系统，具有数据存储、编辑、管理、输出、更新等基本功能，是空间信息综合管理和公共地理定位基础。随着理论、政策、数据和软件的快速发展，地理信息系统应用也日益深入和普及，可以分为政府应用(加拿大CGIS、基础地图系统、集成GIS)、行业应用(交通、商业、规划、社会、环境 GIS)、公众应用(eMap，Oline map store，Map Locator engine，Geographic exploration systems)三个方面。

遥感技术Remote Sensing，是利用飞机、卫星等空间平台上的传感器(包括可见光、红外、微波、激光等传感器)，从空中远距离对地面进行观测，根据目标反射或辐射的电磁波，经过校正、变换、图像增强和识别分类等处理，快速地获取大范围地物特征和周边环境信息，获得实时、形象化、不同分辨率的遥感图像，具有探测范围大、资料新颖、成图速度快、收集资料方便等特点。近年来，RS技术发展除了表现在传感器技术的不断进步和空间分辨率、光谱分辨率、时态分辨率等不断提高外，重点表现在数据处理(是遥感影像能够得到有效应用的关键，包括识别分类、信息提取、影像建模、数据管理)和综合应用(城市扩张、用地变迁、生态环境等研究)上。

全球定位系统Global Positioning System，是同时接收来自多个卫星的电波信号，以卫星为基准求出接收点位置的技术，由空间卫星(均匀分布在6个轨道平面的24颗卫星)、地面监控站和用户接收机三部分组成，具有定位精度高、观测时间短、无需通视、操作简便、全天候作业等特点。全球定位系统一般称为GNSS(Global Navigation Satellite System)，包括美国的GPS、俄罗斯的Glonass和欧洲的Galileo。按照应用领域分为导航GPS(手机定位、车辆跟踪和自主导航系统GPS定位、交互式导航系统、广域差分导航系统、手持GPS导航)和测量GPS(静态GPS，常规RTK，CORS系统VRS-RTK、精确单点定位PPP-RTK)，两者的硬件设备、定位精度、配合软件有很大区别。

2 城市变迁集成应用研究

综合运用GIS技术和遥感影像，对城市市政测绘获得整体影像图，进行研究城市空间扩张模式、诱导因素、产生问题和发展对策。如西安大略大学地理系以影像叠加比较为基础进行的北京市城市扩张研究和伦敦市土地覆盖密度分析，卡尔加里大学测量系的城市发展和各类用地转换研究，卡尔加里大学地理系的城市扩展蔓延趋势及对农业用地影响的研究。

3 城市资源探索系统集成应用研究

建立在影像地图基础上的城市资源探索系统是新一代的GIS，典型代表是 Google Earth，建立此系统需要 GIS，RS，GPS 技术集成应用，即是Google Earth(GIS)、影像地图做基础(RS)、导航和测量GPS测量经纬度技术综合应用。利用导航和测量GPS(静态GPS，常规RTK，CORS系统VRS-RTK，PPP-RTK)技术获得城市各等级平面、高程控制点及市政地形图碎部点网格坐标或经纬度坐标，经过内业数据处理后比例尺、坐标系统统一的成果插入影像地图中，各等级平面、高程控制点点位影像成果图可以作为市政建设中点位查找的资源探索成果依据，市政测绘的电子地形图成果可以经过插入块和影像地图比对判断测绘成果的现势性、多漏性和精度性。

eMap城市电子地图是一种本地化的网上定位查询工具，成为市民、游客出门旅行的必备工具，可以根据地址、地址范围、地名位置、道路交叉口、社区、地籍描述、规划分区等进行准确定位、路径生成、信息查询等。

4 GPS技术用于RS摄影测量外业控制点测量集成应用研究

摄影测量一般沿飞行航摄的航线，每隔一定间隔就要在野外实地测量一定数量的平面和高程控制点。野外平高控制点的间隔n按地形类别及所测地形图的比例尺而定。如1∶2000地形图，摄影比例尺为1∶10000，间隔n一般为4个～6个摄影基线。常规的野外平高控制点的测量方法是先沿航摄方向布设导线，然后在此基础上采用支导线方法测定航测像控点。这种方法主要是导线方式测量。由于航摄面积较广，对23 cm×23 cm像幅，1∶10000摄影比例尺，覆盖范围为2.3 km宽，双航线覆盖范围更宽，在这广阔范围内进行导线测量，往往由于实地条件的限制，其作业是相当艰苦的，且工作量大，作业周期长。

在天津市津宁高速公路58 km路线的航测外业中，利用8台Trimble 5700接收机先进行静态GPS测量，再利用常规RTK技术将一台或两台GPS接收机固定于已知点上，其余GPS接收机移动于像控点进行像控点三维坐标测量。全线航测像控点测量作业时间较常规方法缩短5倍。经过平差处理，像控点平面点位精度达到了优于0.10 m的精度，最弱边相对中误差为1/43734，像控点的高程GPS测量误差呈现出偶然性，最大偏差+0.060 m，最小偏差－0.006 m，误差的平均值为－0.005 m。把精密水准当作误差很小看待，则GPS测量高程的中误差为±0.039 m。在做完静态GPS测量后，也可使用CORS系统VRS-RTK、精确单点定位PPP-RTK技术获得加密像控点三维坐标测量工作，大大拓展了作业范围距离。由此可见，GPS测量技术应用于航测控制，不仅具有高精度，而且具有极大的灵活性。它改变了逐步控制的测量模式，其效率较常规方法提高5倍以上。

5 GIS技术用于市政测绘成果数据信息管理集成应用研究

在快速发展的市政建设大潮中，利用全球定位系统GPS技术、遥感RS技术、地下综合管线探测技术和各种成图软件等技术生成的地下综合管线、地上电子地形图成果进行数据信息管理，通过3S技术集成应用，地理信息系统GIS技术解决了这方面的难题。在天津市我们市政勘测单位利用3S技术集成应用于以下两个项目效果显著。

5.1 天津市保税区地理信息数据库建立

通过对地上建筑物和地下综合管线的外业测量和内业数据库的建立(GPS和GIS的集成应用)，测绘成果为市政规划部门提供了有力的基础数据依据。

5.2 天津市城市市政设施部件普查

3S技术集成应用在本项目测绘中得到很好的应用，应用先进的天津市长期连续运行参考站CORS系统(GPS)外业采集部件坐标数据和ARCGIS软件(GIS)进行内业成果整理集成应用。为市政府和市政管理局提供了很好的数据库地理信息系统，为政府对市政设施的管理提供了有力的数据依据。

6 结语

信息技术正在如此深刻地改变着我们的世界、改变着我们每个行业、改变着每个人的工作和生活方式，信息测绘实时有效地向信息化社会提供空间信息基础保障与综合服务。快速获取信息并自由进行信息的沟通与共享已成为我们这个时代的主题。

[1]Kang-tsung Chang.Introduction to Geographic Information Systems[M].New York:McGraw-Hill Companies，Inc.，2004:349-374.

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[4]姚建伟，房新玉.浅述天津滨海新区CORS系统建设的意义[J].山西建筑，2010，36(26):355-356.