GIS在测绘中的应用

林 威

(聊城大学地理与环境学院 山东 聊城 252000)

0 引言

自21世纪开始,中国的城市化发展速度越来越快,城市的规模也在与日俱增,城市的建设更是如火如荼,从乡村向城市的迁移促进城市经济发展的同时,也给城市带来发展空间受限、人口密度增加、城市负荷过载等压力。因此,地理信息系统(geographic information system, GIS)的发展与应用符合时代发展的趋势,能实现空间数据和属性数据相融合的GIS,借助测绘自动化、数据分析智能化的优点,改革工作模式,降低工作强度,提高工作效率,受到许多城市建筑规划工作者的认可与欢迎。

1 GIS理论的概念

GIS是研究如何利用计算机技术来管理和应用地球表面的空间信息,为地理研究和地理决策服务的技术系统。运用计算机技术,将包含大气层在内的地表空间的数据进行采集、整理、处理,建立固定的体系[1-2],发挥该体系在测绘工作中的重要作用,可以通过收集数据来进行空间管理,收集并输出数据,对这些数据进行统计分析,最终建立数据库,就地理图形之间的转化关系进行深入的分析和探讨,并提出有针对性的意见。

2 传统技术模式下的工程测绘弊端

2.1 技术人员工作强度大

以前的测绘方法需要技术人员亲自到实地勘察,搜集各种资料,劳动强度大。换言之,在使用新的 GIS技术之前,测绘是一项任务重、难度高的工作,需要大量的人力支持,尽管有一些辅助机器,但是工作强度和难度都很大,而且还没有达到自动化的程度。特别是在一些工地的工程类测绘项目,不仅需要测绘人员亲临施工现场,而且还要逐一记录数据,一旦实际工程需要涉水测绘、矿山测绘等高强度工作才能获取精确的资料,在遇到危险的工作或气候环境时,工作人员的人身安全难以得到保障。

2.2 测绘的准确性不高

传统测绘工作中的技术支持不够,导致获取的数据不够准确,必须经过多次的校验,才可以使用这些数据,因此,在测绘过程中,难免会出现测绘精度不高的缺点。传统的资料收集方法,以人工手段为主,困难程度和工作量都很大,而且还很可能在后期的运算中产生错误。测绘测量资料的匮乏,给项目的建设与施工带来很大的影响,特别是矿山项目测量的准确性低下,容易造成施工的安全问题,产生经济上的损失,不利于安全生产的组织。

2.3 缺乏测绘数据共建共享机制

由于工程测绘的信息共享平台尚未完全设立,伴随着经济社会的飞速发展,各个市场主体为了自身发展,都会投入人力、资金开展测绘工作,这就导致了同一地区多个单位的重复工作,导致社会人力、资金、资源的浪费。同时,因为不同测绘机构在测绘标准、内容以及成果展现方面的差异性较大,特别是部分地区为了城市建设与发展,立足各自现实需求,以各种标准绘制地图,无疑会导致项目资金的多次投资和测绘工作的重复开展,造成财政资金的浪费。

3 GIS优势特点及功能

3.1 GIS的优势特点

(1)数据测量精度高

在实际施工中,无论是一级、二级,还是常规的测量方法都会有很大的偏差。测量者的技术水平与测量方法会对测量结果产生较大的影响,若测量过程中发生错误,则会对测量结果产生较大的偏差。利用GIS进行测绘,由24个人造卫星构成扫描平面,测量员把仪器装好后,把探测信号传送给人造卫星,通过卫星来获得有关的测量数据,并将信息反馈给操作员。

(2)受外界因素影响小

在常规工程勘察中,观测和控制点的选取受到地形、地貌、地质、气候等多方面的制约,有的山地、高地甚至不能进行观测,而必须采用等值线模型或插值方法来估算。另外,大风、雨雪等恶劣天气对工程测量和施工控制也会产生影响,当天气的恶劣条件达到一定程度时,就会导致无法进行高精度的测量工作,这对测量工作的效率造成很大的影响。而GIS的测定是在大气以外进行的,它的测量值与恶劣的气候无关。利用GIS技术,对工程进行测量和监测,与传统的测量方法相比,GIS技术的测绘工作范围很广,不受地形、地貌及地质条件的影响。

(3)测量效率高

GIS技术可避免常规测量中的调平、调整、观测和估计等一系列过程,且不会受到外部环境的干扰,从而提高GIS技术的测量效能。尤其是在勘测地形地貌时,通过多个GIS测量仪器的群组扫描,能够迅速地绘制出所测地形,从而极大地提高测绘工作的效率。

3.2 GIS的功能

(1)输出功能

地形图的生成是GIS的主要功能。与传统的人工测绘相比,GIS能够借助卫星遥感技术来完成测绘工作,从而实现测绘工作的自动化,极大地提高测绘工作的准确性和效率。在GIS的发展过程中,生成地形图是GIS发展的初衷,而GIS的强大输出又为GIS建立了完整、高效的地形图库。

(2)数据管理与控制功能

GIS可以采用多种方式对地理信息数据进行录入,而且,还可以利用GIS来直接管理、控制和维护数据库。以此为依据,GIS可以对各种所需要的信息数据展开检索,并对其进行精确的询问,这就使得决策者可以利用GIS,精确而迅速地找到自己所需要的空间、地理数据信息,为测绘工作者提供一份完整的第一手数据,为后续工作的展开提供了便利。总之,在GIS的应用下,可以对测绘资料进行有效的使用和管理[3-4]。

4 测绘中GIS的应用方法

4.1 数据采集

在测绘的初期,需要对现实世界客观对象进行不同的抽象、离散,将连续对象实体在 GIS中分别以栅格和矢量2种方式存储在系统数据库中。栅格分析技术法就是对网格数据集合中所蕴含的空间信息进行分析和处理。网格内的每一种像素都含有一种可能与土壤、地表覆盖、海拔或其他资料有关的数值或类别。利用栅格分析技术,可以对图像进行像元值的评价与解读。矢量存储法,则是以点、线、面等形式来表示数据。点是一个单独的地理元素,比如一个汽车站、某家餐厅或者某个单元楼。线是由线状物体组成的,如电力线、公路线、水网线等。多边形代表了一种界限,比如一座建筑的轮廓、一块土地、一个村庄等。随着GIS技术的发展,在对某些数据进行采集时,会更加依靠高精度、高效率的GPS技术,来测量出物体的实际坐标、高程。

4.2 数据处理

数据处理则是利用专门的计算机软件,把采集到的资料上传至系统,根据指定的用途进行编辑、处理,然后建立资料模型,并将测量的资料进行重叠分析。假定测得的数据是实体,并且2个数据之间有包含关系,那么就需要对它们进行特定的建模,在进行数据转换的时候,要对数据进行重建,将其他格式数据转化成可以被GIS所识别的数据,这样才能让不同的数据源相互兼容。在城市地形图中,因为地形图目标的不同,其数据性质也会有一些差别,所以在进行资料处理前,需要对资料进行转化,并建立差别化的数学解析模型。目前大部分的GIS都会使用分层技术,以地图的特定特点为依据,将其划分成多个图层,而整个地图就是多个图层叠加的结果。在实际处理的过程中,都是只涉及特定的层,而不是全部的数据,所以,处理的效率非常高。

4.3 空间分析

对数据进行采集和处理之后,GIS就会对这些数据进行空间分析。对有关资料进行计算,可提供质与量2方面的探讨。它以空间分析为核心,涉及很多领域,如物理学、地理学、经济学等。将空间对象的位置进行信息量化,可应用空间统计、图论等方法。

4.4 数据显示

GIS的数字化地图相对于传统的测绘方法,可以输出任何尺度的可视化图像,并可以提供具体的分层内容,以满足不同使用者的需要[5-6]。同时,将数字化的地形图和图像相结合,可以迅速地画出测量范围,测量工作也会变得很容易。GIS中的资料经过格式转换处理后,可输出至CAD及其他绘图软件,实现基本图的变更。在真实的城市测绘过程中,GIS的作用是采集基本的地理信息,其中包含了矢量化的地图、4D数字化产品、遥感影像图等,它们都是测绘的产品。

5 GIS在测绘中的应用场景

5.1 在工程施工监测中的应用

在工程施工时,要对各部位进行及时的校正,以确保建筑物的安全性和稳定性。采用 GIS与GPS相结合的方法,对其施工全过程进行实时监控,并对各种数据进行综合分析。新GIS技术是一种可用于监测工程质量的新方法,它可以实现对全过程施工的有效监测。通过监测工程中的具体环节及细节,能够把这些信息传递给相关的设计者,从而可以对其进行及时的调整,以确保结构的稳定,从而进一步减少项目施工中的风险,并且可以在最短的时间内减少损失。

5.2 地形地貌测绘中的应用

地形地貌是测绘工作的重点对象,使用新的GIS技术,能够提高获取信息的准确度;新技术广泛应用于各类工程测量,为工程施工提供了更好的服务。板块运动给有些地方带来了严重的自然灾害,造成了严重的经济损失。要想杜绝事故的发生,就必须在项目建设时,实施精准的测绘工作,充分了解当地的地形地貌特点,并采取有效的对策,才能全面保证施工的安全和稳定,所以,地形地貌图的支撑必不可少。在一些工程建设中,会遇到一些地质条件比较复杂的山区,对这些区域,需要充分掌握地形特征,借助新的GIS技术,能够大大提高测绘精度,为测绘工作提供最大限度的保障。新的GIS技术可以将一个区域的状况完全地展现出来,与此同时,它还可以通过对单个点的集中绘制来突出区域的特征,以俯瞰式的视角来观察某个区域的地形地貌的全貌,确保测绘信息的准确度[7-8]。

无人机GIS技术在进行地形地貌制图中起到重要作用,无人机能搭载新装备,从空中收集各类信息和数据,用无人机图像交换设备将采集到的信息转换成图像数据并将其存储起来,传输至后台的控制室,采集地形地貌信息。

5.3 智慧城市建设中的应用

新的GIS技术能够通过对数据对象的连续读取,将各类信息按照不同的离散与抽象运算进行汇总,并转换成有用的信息。GIS技术在城市建设中得到了广泛的应用,有效地促进了智慧城市的建设,保障了城市的快速发展。在GIS技术的助力下,采集到大量的数据,通过对数据进行分析和整合,为城市规划和建设提供科学的建议。在智慧城市构建中,政府部门要组织建立信息资源平台,解决智慧城市建设中出现的各种疑难杂症,为智慧城市的设计和工程建设提供有力支撑。

6 提高地理信息测绘质量的对策

6.1 健全地理信息的共享机制

要建立多个部门间的地理信息交换模式,建立多个比例尺工程测绘成果,构建测绘信息公共服务体系,打造共建、共享地理信息的平台。应加大对大面积地形图和现状图的测量力度,加强对低级控制网络的构建,防止重复测量。统筹全省、市、县3级测绘工作,建立全省、市、县3级测绘工作数据共享系统。实现成果编目和信息资料的及时更新,推动工程测量成果的推广和应用。要加强与相关部门、企业的协作,加强各类专题信息管理与应用的研究开发。在有关部门和企业中,建立地勘单位,并根据地勘单位的特殊性质,对基本地勘单位进行更新。

6.2 加强工程测绘行业的监管

要构建并加强执法队伍,同时要健全举报奖励制度,从而有效遏制各类无证测绘行为。同时,对测绘机构的资质等进行严格的审核和审批,并对其人员进行年度的职业道德教育,提高其工作水平;对已经取得或拟取得资质的机构,必须全面掌握所涉及的测绘规范、图式和标准;加强测绘质量监督功能,测绘管理部门和相关职能机构要深入基层,开展质量检查工作,对违规测绘行为进行及时纠正。

6.3 提升新型GIS技术应用效率

在实际运用中,必须全面提高新型GIS技术的运用效能,并针对不同用途,进行适应性和针对性的调整。工程测量涉及的领域很广,种类繁多。为了保证工程建设的稳定性,需要对其进行有针对性的调整,在建设工程中,对地理环境、水文条件有很高的要求,而在矿区中,对矿产的分布和施工难度也有很高的要求。为此,必须保证新型GIS技术的科学发展,建立有区别的、服务于不同场景的技术体系,以保证新型GIS技术的实际作用,提高工作质量[9]。

6.4 注重人才要素

要使科技创新得到全方位的发展,必须充分发挥人才要素的关键作用,制定人才培养计划和制度,并持续推进人才队伍的培育和建设。本文认为,科技进步的核心在于构建长期的学习机制,并以科学的方式对科技成果进行全方位的创新。在各项工程测绘工作中,不仅要有大量的经验,还要有大量的知识的积累。只有将知识转换为应用,工作的效率和质量才能得到保障。因此,培养理论与实践能力兼备的复合型测绘人才是工程测绘行业得以持续发展的必要条件。

7 结语

综上所述,GIS依赖其强大的数据获取、整合及传输的能力,成为工程测绘领域异军突起的新军。GIS的多维度的测绘成果,也逐步成为现代测绘不可缺少的发展方向。在 GIS的应用中方式和方法要不断创新,最大限度地发挥 GIS的优势,使 GIS的应用不断向前推进。工程测绘是一项基础性、前瞻性的工作,需要社会各方面的关注,以提升测绘保障能力与服务水平为前提,积极弥补工程测绘领域的各种不足,并顺应时代潮流,促进我国工程测绘事业的稳定发展。