新型测绘技术在测绘工程中的应用探究

陈志里 林金标

摘  要：随着科技的不断进步，新型测绘技术在测绘工程领域中扮演着越来越重要的角色。全球卫星导航系统（GNSS）、遥感技术、激光扫描技术（LiDAR）和无人机测绘技术等新兴技术的出现，为测绘工程提供更高效、更精确的数据获取和处理手段。该文探究新型测绘技术在测绘工程中的应用，分析新型测绘技术在测绘工程中的优势和挑战，通过地形测绘与制图、城市建设与规划、环境监测与灾害预警，以及土地管理与农业发展4个方面，阐述新型测绘技术在测绘工程中的应用。

关键词：卫星定位技术；遥感技术；激光扫描技术；无人机测绘；工程测量

中图分类号：P204        文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）05-0181-04

Abstract： With the continuous progress of science and technology， new surveying and mapping technology plays a more and more important role in the field of surveying and mapping engineering. The emergence of new technologies such as Global Navigation Satellite system （GNSS）， remote sensing technology， laser scanning technology （LiDAR） and UAV surveying and mapping technology provides more efficient and accurate data acquisition and processing means for surveying and mapping engineering. This paper explores the application of new surveying and mapping technology in surveying and mapping engineering， and analyzes the advantages and challenges of new surveying and mapping technology in surveying and mapping engineering. Through topographic mapping and mapping， urban construction and planning， environmental monitoring and disaster early warning， as well as land management and agricultural development， this paper expounds the application of new surveying and mapping technology in surveying and mapping engineering.

Keywords： satellite positioning technology; remote sensing technology; laser scanning technology; UAV mapping; engineering survey

随着科技的快速发展，新型测绘技术在测绘工程领域取得了显著的进展与应用。传统的测绘方法虽然在过去发挥着重要作用，但由于其局限性和效率较低的特点，已经逐渐不能满足现代社会对高精度、高效率、多维信息的测绘需求。为了应对这一挑战，全球范围内的科学家和工程师们积极探索并应用新型测绘技术，不断推动着测绘工程领域的创新与发展。

1  新型测绘技术的原理与特点

1.1  全球卫星导航系统（GNSS）技术

全球卫星导航系统（GNSS）是一种基于一组卫星的导航和定位系统，其中最为著名的就是美国的全球定位系统（GPS）。该技术利用在轨道上运行的多颗卫星，向地球表面发射无线电信号，接收器通过接收这些信号来计算自身的位置、速度和时间信息。GNSS技术的核心原理是基于信号的传播时间差来进行三维定位计算，因此至少需要4颗卫星的信号才能确定接收器的位置。GNSS技术具有多项特点，使其在测绘工程中成为重要的位置定位和测量手段。首先，GNSS系统的覆盖范围是全球性的，因此可以在地球上的任何地方进行定位和导航。其次，GNSS技术具有较高的定位精度，通常可以达到厘米到亚米级别的高精度定位。同时，GNSS技术支持实时定位，用户可以即时获得位置信息，适用于很多需要快速实时反馈的应用场景[1]。

1.2  遥感技术

遥感技术是一种通过遥感平台（如卫星、飞机、无人机等）感知地球表面物体，并将其转换为图像或数据进行监测和分析的技术。遥感技术利用电磁波辐射，包括可见光、红外线、微波等，与地面物体相互作用，然后通过传感器接收和记录反射、辐射或散射的能量，生成遥感图像或数据。遥感技术的特点在于其广覆盖、高分辨率和多光谱信息。通过遥感技术，可以获取遥远地区的地表信息，监测大范圍的地理现象，如自然灾害、植被变化、土地利用等。高分辨率的遥感图像能够提供更为细致的地表信息，帮助实现对城市、森林、农田等细粒度区域的监测和分析。此外，遥感技术具有多光谱信息获取能力，可以通过不同波段的信息来分析目标的物质组成和特征，广泛应用于地表覆盖分类、环境监测和资源管理等领域。

1.3  激光扫描技术（LiDAR）

激光扫描技术（LiDAR）是一种利用激光脉冲来测量地表或其他目标的距离和位置的技术。LiDAR系统通常由激光发射器、接收器和定位系统组成。激光扫描技术工作原理是激光器发射脉冲激光束，该束在地面或目标表面反射，并返回到接收器，接收器记录下反射激光的时间和位置信息。通过测量激光的飞行时间，可以精确计算出地表的三维坐标信息。LiDAR技术具有高精度、高密度和快速获取的特点。其高精度是由于激光脉冲的速度非常快，测量误差通常在几厘米以内。高密度是指每平方米获得的点云数据量非常大，因此可以获取地表非常细致的三维信息。LiDAR系统能够快速获取数据，通过飞行器或移动设备，可以在较短时间内完成大范围地区的三维数据采集。因此，在地形建模、城市三维建模和林业资源调查等测绘应用中，LiDAR技术得到了广泛应用。

1.4  无人机测绘技术

无人机测绘技术是一种利用无人驾驶飞行器（无人机）进行测绘和数据采集的方法。无人机配备各种传感器和相机，可以获取高分辨率的图像、激光扫描数据等。无人机测绘技术的工作流程包括航线规划、飞行执行和数据处理。无人机测绘技术的特点在于其低成本、灵活性和较小风险。相比传统的飞行平台（如飞机或直升机），无人机的采集成本较低，可以在较短时间内实现数据采集。无人机可以在复杂地形或边远地区进行飞行，能够灵活适应不同测绘任务的需求。此外，无人机测绘过程中的风险较小，不仅可以减少人员伤害风险，还能更好地应对恶劣天气条件。因其优势，无人机测绘技术被广泛应用于实时数据采集和边远地区的测绘任务。它在土地调查、灾害评估、农业监测等方面展现了巨大的潜力，并为测绘工程带来了新的发展机遇。

2  新型测绘技术在测绘工程中的优势与挑战

2.1  优势

新型测绘技术在测绘工程中的第一个优势是高效快速获取数据。随着科技的不断发展，无人机测绘技术和激光扫描技术（LiDAR）等自动化设备的应用，使数据获取过程变得高效且快速。无人机可以在短时间内完成大范围地区的飞行，通过搭载多种传感器，包括相机、激光扫描仪等，实现多维数据的快速采集。同时，激光扫描技术能够在航空或地面设备上迅速获取地表的三维坐标信息，高密度的点云数据也可以在较短时间内获得。这些高效的数据获取方式极大地提高了测绘工程的生产效率，缩短了测绘周期，为工程项目的快速推进提供了有力支持。

其次，新型测绘技术在数据精度与可靠性方面展现出明显优势。全球卫星导航系统（GNSS）作为一种高精度的定位和导航系统，能够实现厘米级甚至亚米级的定位精度。这使得在测绘工程中，可以更准确地确定地物的位置和空间关系，从而为工程规划和设计提供更精准的基础数据。另外，遥感技术可以获取高分辨率的地表图像数据，通过多光谱信息的分析，能够识别和监测不同地物类型。这些数据为土地利用规划、资源管理等提供了更可靠的参考依据。同时，激光扫描技术所采集的高密度三维点云数据，有效地捕捉了地表的微小细节，对于地形建模、林业资源调查等领域的精确测量具有重要意义。因此，新型测绘技术的高精度和可靠性为测绘工程带来了更加精确和可信的数据支撑。

最后，新型测绘技术的优势在于可视化与三维信息展示。通过全球卫星导航系统（GNSS）、遥感技术和激光扫描技术（LiDAR）等多种技术的融合应用，可以实现对地表地貌、建筑物、植被等三维信息的全方位获取。这些数据可以用于生成精美的三维模型、点云图和遥感影像，使得测绘工程的结果更加直观和可视化。这不仅方便了工程师和决策者对工程项目的理解和分析，同时还为公众普及科学知识提供了直观的平台。可视化和三维信息展示的优势不仅仅局限于专业领域，也促进了测绘技术的推广和应用[2]。因此，新型测绘技术的可视化特点使其在测绘工程中得到更广泛的应用和认可。

2.2  挑战

新型测绘技术在测绘工程中也面临着一些挑战。首先，技术上的限制与不足是其中的一大挑战。虽然全球卫星导航系统（GNSS）具有全球覆盖的优势，但在一些特定区域，如高山、深林、城市、峡谷等复杂地形条件下，GNSS信号可能会受到干扰或遮挡，导致定位精度下降。此外，遥感技术的应用也受到天气条件的影响，如云层覆盖或大气散射等都可能影响遥感数据的获取和质量。激光扫描技术（LiDAR）虽然在高精度三维数据获取方面有优势，但在复杂地貌下，如植被密集的地区，可能会存在点云数据获取不完整或无法穿透植被层的问题。这些技术上的限制使得新型测绘技术的应用受到一定局限，需要在不同应用场景中选择合适的技术手段。

其次，数据处理与管理也是新型测绘技术面临的挑战之一。随着测绘技术的进步，数据获取的速度和规模都不断增加，导致数据量庞大。对于高分辨率的遥感影像、大规模的激光扫描点云数据等，数据处理和管理需要相应的计算资源和存储设备。此外，数据的处理过程涉及到图像处理、数据配准、点云处理等多个环节，需要专业的软件和算法来进行处理。因此，数据处理与管理成为新型测绘技术实际应用中需要重点关注的问题。

最后，法律与伦理问题也是新型测绘技术所面临的挑战之一。在应用新型测绘技术时，必须遵守相关的法律法规，尊重隐私权和知识产权等伦理原则。例如，无人机测绘技术在隐私保护方面可能会受到一定的限制，需要避免未经授权的数据采集，避免侵犯他人的隐私。此外，地球表面的某些区域可能属于特定的某个国家或民族，因此在使用遥感技术进行监测和测绘时，也需要尊重当地的文化和知识产权。因此，新型测绘技术的应用需要谨慎处理相关法律与伦理问题，确保技术的合法合规使用。

3  新型测绘技术在测绘工程中的应用

3.1  地形测绘与制图

新型测绘技术在地形测绘与制图领域有着重要的应用价值。其中，激光扫描技术（LiDAR）在地形测绘中发挥着重要作用。激光扫描技术利用激光脉冲测量地表或目标的距离和位置，通过高频率的激光脉冲扫描地面，记录地表的三维坐标信息。在地形测绘中，激光扫描技术能够实现高精度且高密度的地面点云数据采集。这些点云数据包含了地表地形的详细信息，可以用于构建数字高程模型（DEM）。DEM是地形表面的三维数學模型，能够准确地反映地表高程和地势变化。通过激光扫描技术获取的点云数据，可以用于制作高精度的地形图和等高线图。地形图是地表地形的图形表现，用于展示地面的高低起伏和地势特征。等高线图则是用等高线将地表等高点连接起来的图，用于展示地形的等高线分布和地势变化。此外，激光扫描技术还可以生成高精度的三维地形模型。三维地形模型能够以立体化的方式展示地形特征，为地形分析、规划和设计提供更直观的视觉效果。

在地形测绘与制图工程中，新型测绘技术的应用为工程规划、地质勘察、自然资源管理等领域提供了强大的支持。通过高精度的地形数据，工程规划师可以更好地进行土地利用规划和道路设计，从而提高工程的效率和质量。地质勘察中，地形测绘技术能够帮助地质学家更准确地了解地质构造和地表地貌，为资源勘探和灾害预警提供重要依据。在自然资源管理方面，地形测绘技术有助于监测土地利用变化、森林资源变化等，为资源保护和环境管理提供科学依据[3]。

3.2  城市建设与规划

新型测绘技术在城市建设与规划方面的广泛应用为城市的可持续发展提供了重要支持。首先，无人机测绘技术通过搭载高分辨率相机或传感器的无人机，能够快速获取城市区域的高精度图像数据。这些数据可以用于更新城市地图，实时反映城市用地和建筑物的变化，为城市规划部门提供准确的地理信息，从而为城市的合理规划和管理提供有力支持。其次，激光扫描技术（LiDAR）在城市规划中发挥着重要作用。通过激光扫描仪获取高密度的地面点云数据，可以实现城市的三维建模，准确反映城市地貌和建筑物的立体分布。这些三维模型为城市规划和设计提供了精确的空间信息，有助于规划新的城市项目和评估现有城市基础设施的状况。此外，遥感技术在城市建设与规划中也具有重要意义。遥感技术可以监测城市的空气质量、绿地覆盖率和城市热岛效应等，为城市环境监测和城市可持续发展提供数据支持。通过新型测绘技术的应用，城市建设与规划可以更加科学、高效地进行，为城市的可持续发展提供有力保障。遥感技术监测城市的空气质量、绿地覆盖率和城市热岛效应如图1所示。

图1为使用遥感技术随机采取的100个城市热岛效应点。每个点的颜色与其密度（密度）相对应，颜色越深表示密度越高。X轴和Y轴代表X坐标和Y坐标。

3.3  环境监测与灾害预警

新型测绘技术在环境监测与灾害预警方面发挥着重要作用，为保护环境和提高灾害应对能力提供了关键的数据支持。首先，遥感技术在环境监测中具有重要意义。遥感技术能够获取大范围的遥感图像，实时监测环境污染、自然资源变化和生态环境状况。通过对遥感图像的分析，可以及时发现环境问题，例如水体污染、土地退化等，并为环境保护和资源管理提供科学决策支持。此外，遥感技术还能够监测气候变化和自然灾害的影响，为气候变化研究和灾害预警提供重要数据依据。其次，激光扫描技术（LiDAR）在灾害预警中发挥着关键作用。地质灾害如山体滑坡、泥石流等往往在发生时造成重大损失。激光扫描技术可以快速获取地表的高精度数据，包括地形、地貌等信息，为地质灾害的风险评估和预警提供可靠依据[4]。通过建立地质灾害风险模型，结合激光扫描数据，可以识别潜在的灾害风险区域，提前采取防灾减灾措施，从而减少灾害造成的损失。新型测绘技术在环境监测与灾害预警方面发挥作用如图2所示。

图2（a）是一个散点图，展示了模拟的城市环境监测数据。X轴和Y轴代表了城市的坐标，点的顏色代表了环境数据的值。图2（b）是一个散点图，展示了模拟的激光扫描数据。X轴和Y轴代表了扫描的坐标，点的颜色代表了高程信息。图2（c）是一个折线图，展示了模拟的环境监测数据随时间的变化情况。图2（d）是一个散点图，展示了模拟的灾害预警等级。X轴和Y轴代表了城市的坐标，点的颜色代表了预警等级。

3.4  土地管理与农业发展

新型测绘技术在土地管理与农业发展方面发挥着重要作用。全球卫星导航系统（GNSS）技术可以用于土地界址勘定和土地权属调查，提高土地管理的精确性和效率。同时，遥感技术的应用能够实现农作物生长监测、土地利用类型分类和农田水资源管理等，为农业发展提供科学依据[5]。通过激光扫描技术（LiDAR）获得的地形和植被信息，也能够为农业资源调查和农田规划提供精准的数据支持。因此，新型测绘技术的应用对于土地管理和农业发展的可持续性具有重要意义。

4  结束语

总而言之，本论文深入研究了新型测绘技术在测绘工程中的应用。通过这些新技术的广泛应用，测绘工程变得更加科学、高效，为城市规划、资源管理和环境保护等提供了可靠的数据支持，为社会的可持续发展提供了有力保障。在未来，我们应继续推进新型测绘技术的研究和应用，不断创新改进，为构建更美好的未来作出积极贡献。

参考文献：

[1] 戴君琴.GPS测绘技术在测绘工程中的应用探究[J].西部资源，2023（3）：163-165.

[2] 陈恳.无人机遥感技术在测绘工程中的应用[J].中国高新科技，2023（9）：155-157.

[3] 符永存.测绘技术在特殊地形测绘工程中的应用[J].中国高新科技，2023（7）：158-160.

[4] 陈恺明.无人机技术在测绘工程中的应用与实践[J].城市建设理论研究（电子版），2023（7）：101-103.

[5] 李斐斐.测绘新技术在测绘工程中应用的常见问题策略探究[C]//中国智慧城市经济专家委员会.2023年智慧城市建设论坛上海分论坛论文集.2023年智慧城市建设论坛上海分论坛论文集，2023：42-43.