地理信息系统在测绘工程中的应用

田 剑，徐 勇，徐小芳

（江苏省工程勘测研究院有限责任公司，江苏 扬州 225002）

地理信息系统整合了地理学、信息学等学科的理论基础，将真实的地理实体抽象成空间位置等地理数据，经由采集、存储、管理、转换、处理、显示等流程实现地理系统功能在视觉、计量与逻辑层面上的模拟，通过计算机程序的运行与数据变化建立对客观世界的仿真模型，为相关管理、决策提供服务，在土地测绘、城市规划、灾害监测等领域得到广泛应用。

1 测绘工程的工作范围与地理信息系统的作用

1.1 测绘工程的工作范围

测绘工程所研究的主体对象涵盖地貌、地物、矿藏、水文地质等类型，通过将测绘信息绘制成图，为相关工程的规划、设计与决策提供参考依据。测绘工程的工作范围大体分为两方面：（1）地理形态方面，需结合不同工程项目的地形、地质特点确定测绘需求目标，保障获得良好的测绘效果；（2）平面测绘方面，应结合待测区域的建筑参照物、地形状况等条件，确定测量目标与具体的测量工作点，保障平面测绘工作的顺利开展。

1.2 地理信息系统的作用

地理信息系统的功能体现在以下5个层面：（1）数据输入与编辑，将图形数据、属性数据经由数字化处理后输入系统中，由系统提供错误检查、编辑交互、结果验证等功能，且在输入图形后完成拓扑关系的建立，形成直观的图形特征；（2）数据库建立与管理，涵盖图形附加与拼接、数据格式转换、图形注记、建立图库等；（3）数据检索，用于查询任意或指定属性的数据与逻辑运算的检索等；（4）数据分析与处理，用于实现对地图等空间实体中点、线、面等拓扑关系的分析；（5）数据输出，可提供符号生成、矢量汉字标记功能，输出二维或三维彩色图形，将输出结果显示在屏幕端，满足不同图件的拷贝、绘图要求。

地理信息系统的应用优势大体包含以下3种：（1）是测量效率高，在使用时无需进行调平、观测、估读，可在地形地貌勘测中选取多台GIS测量仪分组扫描实现快速测绘，能够显著提高测量效率；（2）测量精度高，例如将遥感技术作为GIS系统的数据源，能够提高测绘数据来源的可靠性，配合GPS系统为目标地物赋予坐标，用于表达GIS系统的位置信息，能够有效提高地物面积计算、长度计算的精确性；（3）抗干扰性能强，例如将GIS系统与高分辨率遥感影像、GPS系统、无人机技术相结合，能够满足复杂环境下的实地测量需求，利用遥感数据结合地面实测数据可实现对土地利用变动情况的有效检测。

2 地理信息系统在测绘工程中的具体应用

2.1 数据采集与存储

将GIS应用于测绘工作中，主要利用栅格、矢量存储的方法进行空间数据与非附加线性数据的整合，实现非空间数据的存储。其中栅格存储涵盖存储单元的行与列，需结合地面单位网格宽度确定栅格数据分辨率；矢量存储则利用几何图形的点、线、面表现实际对象。在开展测绘工作时，可通过扫描聚酯薄膜地图获取数字信息，结合GPS系统传递信息、确定位置坐标，或配合遥感技术完成数据采集。以土地测绘为例，应结合具体的土地测绘目标、尺度进行数据存储方式的选取，例如针对斑块尺度的耕地、宗地、建设用地数据，应选取矢量数据的形式存储，能够实现位置信息的精确描述，并展现出土地权属、利用现状、变动情况等信息；针对区域尺度的土地数据，则应以栅格数据的形式存储，配合地面GPS信息、遥感数据进行校正，实现对土地利用变动情况的精确监测。

2.2 数据管理

数据管理主要围绕属性数据、空间数据两个层面展开，用于标识地物对象的空间位置，实现对空间数据的管理，在土地资源潜力评价、矿产资源管理、森林资源普查等领域得到广泛的应用，满足资源开发与决策利用要求。例如，将其运用于我国西南地区的国土资源信息系统中进行数据管理，可收集、存储1500余项、超300万个资源数据，建立资源分析评价、预测预报以及开发利用模型，生成资源分布图、交通规划图等多种专业图。

2.3 数据转换与处理

利用GIS系统中的数据处理软件实现对数据的编辑与预处理，用于识别不同属性空间数据的关联度，结合向量、临近、包含等关系完成数据的分析处理与转换，保障测量结果的精度。但在进行数据转换与处理的过程中，需预先完成坐标投影的整合，确保模型的匹配度，依托数据重建方式实现数据格式的转化，保障系统中各类数据实现兼容。以土地测绘数据的处理为例，利用GIS系统可完成土地测绘数据的汇总、裁剪与查询，利用其空间分析功能将空间数据与空间模型进行联合、提取有效信息，并完成地物周长、面积、位置、土地利用方式、土地权属等信息的处理。

2.4 虚拟现实应急处理

将GIS系统与虚拟现实技术相结合，能够建立虚拟三维空间的模型，为使用者提供视觉、听觉、触觉等感官层面上的模拟体验，实现对事物现状的模拟再现与精确判断。利用GIS系统采集测绘数据、制成三维电子地图，可为应急演练活动建立创新模式。例如，运用GIS系统与虚拟现实技术针对某事故场地建立虚拟情境，能够为参与演练的人员营造出近似真实的事故发生场景，提高演练人员的融入感与响应效果，有效减少成本投入、提升演练与培训效果，结合GPS定位系统显示出救援人员所处的具体位置，为救援现场指挥与救援方案制定工作提供重要参考依据。

2.5 应急测绘保障体系

将GIS系统运用于应急测绘任务中，需提供应急预案、建立应急组织机构、制定具体管理措施，并建立相应数据库与应用系统，为应急测绘工作提供保障性服务。在具体应用层面：（1）利用GIS系统进行基本图形的操作，用于直观展现出灾害发生场所的地质地貌、社会属性特点，编制具有较强针对性的应急预案；（2）可以利用GIS系统进行空间分析，完成灾害发生具体位置的定位、计算受灾面积、完成灾害损失评估等，为应急预案的编制提供更加完备的参考信息；（3）可利用GIS系统开展专题分析，提取一项或多项专题数据与地图结合，生成密度分析图等灾害专题性地图，完成应急疏散方案的编制工作；（4）还可以利用GIS系统结合实景拍摄图片，生成灾害发生地区的三维图像，借助修测技术提高数据的真实性与有效性，保障应急指挥人员能够准确把握受灾现场实际情况；（5）还可以利用GIS平台的自动更新功能，发布受灾现场的实时信息，提高灾害信息发布的时效性。

以某省突发地质灾害遥感监测指挥系统为例，运用GIS系统、遥感技术实现对2500km2的重点地质灾害区域的遥感监测，在2h内即可获取到20km2范围的5～20cm分辨率遥感影像。其遥感影像的成图时间较以往缩短21h，针对不同数量原始航片、不同面积正射影像的传输时间也得到明显缩短。配合倾斜摄影技术完成受灾地区实景三维模型的建构，其纹理细节更加丰富、清晰，三维可视化效果更加真实，可同时提供属性查询、面积测量、缓冲区分析、淹没分析、剖面分析、矢量叠置分析等模块的三维可视化功能。实践结果表明，该系统为空天地一体化、全流程的应急测绘工作提供了重要的技术保障与支持作用，其应急测绘保障能力能够满足实际应用需求，在该省数次重大自然灾害中的应急响应速度较快，具备良好的应用价值。

2.6 监测与预警服务

GIS系统可为环境监测管理提供重要支持。以上海市环境管理信息系统为例，该系统基于GIS技术完成了环境监测动态数据库的建设，数据库内涵盖污染源、环境质量、环境标准等多项数据，支持数据共享功能，可实现对环境质量数据的统计、分析、评价以及预测，还提供数据的浏览、打印等功能，为环境质量评价、污染控制管理提供了重要的技术支持与服务保障。同时，GIS系统还可用于城市道路地下病害体的安全预警，主要提供以下几项分析功能：（1）病害风险等级分析。结合不同道路病害体发生的可能性及其严重程度进行风险等级的评价，共分为5个层级，既可以依照不同病害体的级别实现全幅显示，也能够选取单个病害体进行放大观察，其病害体以面数据集的形式存在，利用不同颜色进行有效区分。（2）地质病害易发路段分析。能够用于完整记录道路发生塌陷事故的情况，结合病害原地复发性特征进行不同道路病害体风险等级的计算，以点要素的形式进行宏观表现，计算出各输出栅格像元周围的点要素密度。同时，采用核密度算法与真实道路进行叠加，用于计算出面状区域道路的风险等级，经由渲染后输出最终计算结果。（3）多期雷达数据的对比分析。通常道路病害体的形成与发育存在时序性特点，多由地下施工、地下水位变化等因素导致地下土体流失严重，其发生过程最少为1～3个月，塌陷范围多集中在1～10m2。利用GIS系统可收集、存储不同时期道路的探地雷达探测数据，经由综合对比分析后实现对病害发展情况的监测与预警。由于雷达数据通常不涵盖空间位置信息，因此需配合测线数据建立空间位置关联度，即可结合不同测线寻求其图像数据与雷达数据。（4）问题管线分析。鉴于部分道路地下病害体的成因为地下管线渗漏或破损，因此可依据到期且渗漏管线、渗漏管线、到期管线、蚀损管线等具体类别进行分值评判，并选取大红、橘红、橘黄、黄色等渲染颜色。（5）空间关联分析。利用GIS系统实现地下设施周边病害体的检索，分析病害体的发展机理与诱因；还可利用GIS系统检索不同病害体周围的地下设施，依据地下设施数量、类别进行病害体发育机理的研究，揭示病害体发育与地下设施的空间关联性，为城市道路地下安全提供保障。

3 结论

总体来看，将地理信息系统应用于测绘工程中，可有效弥补传统测绘手段在测量误差、成本消耗、空间信息准确度等方面存在的不足，使测量范围显著扩大、测量精度与完整性大幅提高，并且能够满足自动化测绘作业要求、适应复杂天气条件下的测量工作需求，为测绘工作效率与质量的提升贡献技术支持。