姚龍龍 王 淳

0 引言

3S技術(shù)是地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)這三項(xiàng)相互獨(dú)立又密切關(guān)聯(lián)的高新技術(shù)的簡(jiǎn)略統(tǒng)稱。地理信息系統(tǒng)是信息綜合管理的平臺(tái)，遙感技術(shù)是大范圍信息采集的有效手段，全球定位系統(tǒng)是精確定位的重要工具。3S技術(shù)的集成是有效利用各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)(GIS的數(shù)據(jù)管理功能、RS的實(shí)時(shí)遙感信息、GPS的空間定位技術(shù))，動(dòng)態(tài)、快速、高精度地獲取和存儲(chǔ)各種空間和屬性信息，快速而方便地進(jìn)行信息查詢、檢索和統(tǒng)計(jì)，有效和智能化地進(jìn)行空間分析，提高對(duì)城市發(fā)展的科學(xué)預(yù)見和動(dòng)態(tài)監(jiān)控水平，最終實(shí)現(xiàn)對(duì) 4W(When，Where，What Object，What Change)時(shí)空信息的 4A(Anyone，Anything，Anytime，Anywhere)服務(wù)目標(biāo)。隨著各個(gè)大中城市建設(shè)步伐的加大，市政工程測(cè)繪工作對(duì)3S技術(shù)集成應(yīng)用迫切需要。下面就幾方面對(duì)3S技術(shù)在市政測(cè)繪中的集成應(yīng)用研究介紹。

1 3S技術(shù)簡(jiǎn)介

3S技術(shù)的集成是當(dāng)前測(cè)繪技術(shù)、攝影測(cè)量和遙感技術(shù)、地圖制圖技術(shù)、地理信息技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的綜合應(yīng)用，將推動(dòng)市政測(cè)繪技術(shù)的日新月異發(fā)展。3S技術(shù)集成的發(fā)展，從各個(gè)方面改變了我們獲取信息和處理信息的手段。

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System)是在計(jì)算機(jī)硬件和軟件支持下，以一定的格式輸入、存儲(chǔ)、檢索、顯示和分析應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、編輯、管理、輸出、更新等基本功能，是空間信息綜合管理和公共地理定位基礎(chǔ)。隨著理論、政策、數(shù)據(jù)和軟件的快速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)應(yīng)用也日益深入和普及，可以分為政府應(yīng)用(加拿大CGIS、基礎(chǔ)地圖系統(tǒng)、集成GIS)、行業(yè)應(yīng)用(交通、商業(yè)、規(guī)劃、社會(huì)、環(huán)境 GIS)、公眾應(yīng)用(eMap，Oline map store，Map Locator engine，Geographic exploration systems)三個(gè)方面。

遙感技術(shù)Remote Sensing，是利用飛機(jī)、衛(wèi)星等空間平臺(tái)上的傳感器(包括可見光、紅外、微波、激光等傳感器)，從空中遠(yuǎn)距離對(duì)地面進(jìn)行觀測(cè)，根據(jù)目標(biāo)反射或輻射的電磁波，經(jīng)過校正、變換、圖像增強(qiáng)和識(shí)別分類等處理，快速地獲取大范圍地物特征和周邊環(huán)境信息，獲得實(shí)時(shí)、形象化、不同分辨率的遙感圖像，具有探測(cè)范圍大、資料新穎、成圖速度快、收集資料方便等特點(diǎn)。近年來，RS技術(shù)發(fā)展除了表現(xiàn)在傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步和空間分辨率、光譜分辨率、時(shí)態(tài)分辨率等不斷提高外，重點(diǎn)表現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理(是遙感影像能夠得到有效應(yīng)用的關(guān)鍵，包括識(shí)別分類、信息提取、影像建模、數(shù)據(jù)管理)和綜合應(yīng)用(城市擴(kuò)張、用地變遷、生態(tài)環(huán)境等研究)上。

全球定位系統(tǒng)Global Positioning System，是同時(shí)接收來自多個(gè)衛(wèi)星的電波信號(hào)，以衛(wèi)星為基準(zhǔn)求出接收點(diǎn)位置的技術(shù)，由空間衛(wèi)星(均勻分布在6個(gè)軌道平面的24顆衛(wèi)星)、地面監(jiān)控站和用戶接收機(jī)三部分組成，具有定位精度高、觀測(cè)時(shí)間短、無需通視、操作簡(jiǎn)便、全天候作業(yè)等特點(diǎn)。全球定位系統(tǒng)一般稱為GNSS(Global Navigation Satellite System)，包括美國(guó)的GPS、俄羅斯的Glonass和歐洲的Galileo。按照應(yīng)用領(lǐng)域分為導(dǎo)航GPS(手機(jī)定位、車輛跟蹤和自主導(dǎo)航系統(tǒng)GPS定位、交互式導(dǎo)航系統(tǒng)、廣域差分導(dǎo)航系統(tǒng)、手持GPS導(dǎo)航)和測(cè)量GPS(靜態(tài)GPS，常規(guī)RTK，CORS系統(tǒng)VRS-RTK、精確單點(diǎn)定位PPP-RTK)，兩者的硬件設(shè)備、定位精度、配合軟件有很大區(qū)別。

2 城市變遷集成應(yīng)用研究

綜合運(yùn)用GIS技術(shù)和遙感影像，對(duì)城市市政測(cè)繪獲得整體影像圖，進(jìn)行研究城市空間擴(kuò)張模式、誘導(dǎo)因素、產(chǎn)生問題和發(fā)展對(duì)策。如西安大略大學(xué)地理系以影像疊加比較為基礎(chǔ)進(jìn)行的北京市城市擴(kuò)張研究和倫敦市土地覆蓋密度分析，卡爾加里大學(xué)測(cè)量系的城市發(fā)展和各類用地轉(zhuǎn)換研究，卡爾加里大學(xué)地理系的城市擴(kuò)展蔓延趨勢(shì)及對(duì)農(nóng)業(yè)用地影響的研究。

3 城市資源探索系統(tǒng)集成應(yīng)用研究

建立在影像地圖基礎(chǔ)上的城市資源探索系統(tǒng)是新一代的GIS，典型代表是 Google Earth，建立此系統(tǒng)需要 GIS，RS，GPS 技術(shù)集成應(yīng)用，即是Google Earth(GIS)、影像地圖做基礎(chǔ)(RS)、導(dǎo)航和測(cè)量GPS測(cè)量經(jīng)緯度技術(shù)綜合應(yīng)用。利用導(dǎo)航和測(cè)量GPS(靜態(tài)GPS，常規(guī)RTK，CORS系統(tǒng)VRS-RTK，PPP-RTK)技術(shù)獲得城市各等級(jí)平面、高程控制點(diǎn)及市政地形圖碎部點(diǎn)網(wǎng)格坐標(biāo)或經(jīng)緯度坐標(biāo)，經(jīng)過內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理后比例尺、坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一的成果插入影像地圖中，各等級(jí)平面、高程控制點(diǎn)點(diǎn)位影像成果圖可以作為市政建設(shè)中點(diǎn)位查找的資源探索成果依據(jù)，市政測(cè)繪的電子地形圖成果可以經(jīng)過插入塊和影像地圖比對(duì)判斷測(cè)繪成果的現(xiàn)勢(shì)性、多漏性和精度性。

eMap城市電子地圖是一種本地化的網(wǎng)上定位查詢工具，成為市民、游客出門旅行的必備工具，可以根據(jù)地址、地址范圍、地名位置、道路交叉口、社區(qū)、地籍描述、規(guī)劃分區(qū)等進(jìn)行準(zhǔn)確定位、路徑生成、信息查詢等。

4 GPS技術(shù)用于RS攝影測(cè)量外業(yè)控制點(diǎn)測(cè)量集成應(yīng)用研究

攝影測(cè)量一般沿飛行航攝的航線，每隔一定間隔就要在野外實(shí)地測(cè)量一定數(shù)量的平面和高程控制點(diǎn)。野外平高控制點(diǎn)的間隔n按地形類別及所測(cè)地形圖的比例尺而定。如1∶2000地形圖，攝影比例尺為1∶10000，間隔n一般為4個(gè)～6個(gè)攝影基線。常規(guī)的野外平高控制點(diǎn)的測(cè)量方法是先沿航攝方向布設(shè)導(dǎo)線，然后在此基礎(chǔ)上采用支導(dǎo)線方法測(cè)定航測(cè)像控點(diǎn)。這種方法主要是導(dǎo)線方式測(cè)量。由于航攝面積較廣，對(duì)23 cm×23 cm像幅，1∶10000攝影比例尺，覆蓋范圍為2.3 km寬，雙航線覆蓋范圍更寬，在這廣闊范圍內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量，往往由于實(shí)地條件的限制，其作業(yè)是相當(dāng)艱苦的，且工作量大，作業(yè)周期長(zhǎng)。

在天津市津?qū)幐咚俟?8 km路線的航測(cè)外業(yè)中，利用8臺(tái)Trimble 5700接收機(jī)先進(jìn)行靜態(tài)GPS測(cè)量，再利用常規(guī)RTK技術(shù)將一臺(tái)或兩臺(tái)GPS接收機(jī)固定于已知點(diǎn)上，其余GPS接收機(jī)移動(dòng)于像控點(diǎn)進(jìn)行像控點(diǎn)三維坐標(biāo)測(cè)量。全線航測(cè)像控點(diǎn)測(cè)量作業(yè)時(shí)間較常規(guī)方法縮短5倍。經(jīng)過平差處理，像控點(diǎn)平面點(diǎn)位精度達(dá)到了優(yōu)于0.10 m的精度，最弱邊相對(duì)中誤差為1/43734，像控點(diǎn)的高程GPS測(cè)量誤差呈現(xiàn)出偶然性，最大偏差+0.060 m，最小偏差－0.006 m，誤差的平均值為－0.005 m。把精密水準(zhǔn)當(dāng)作誤差很小看待，則GPS測(cè)量高程的中誤差為±0.039 m。在做完靜態(tài)GPS測(cè)量后，也可使用CORS系統(tǒng)VRS-RTK、精確單點(diǎn)定位PPP-RTK技術(shù)獲得加密像控點(diǎn)三維坐標(biāo)測(cè)量工作，大大拓展了作業(yè)范圍距離。由此可見，GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于航測(cè)控制，不僅具有高精度，而且具有極大的靈活性。它改變了逐步控制的測(cè)量模式，其效率較常規(guī)方法提高5倍以上。

5 GIS技術(shù)用于市政測(cè)繪成果數(shù)據(jù)信息管理集成應(yīng)用研究

在快速發(fā)展的市政建設(shè)大潮中，利用全球定位系統(tǒng)GPS技術(shù)、遙感RS技術(shù)、地下綜合管線探測(cè)技術(shù)和各種成圖軟件等技術(shù)生成的地下綜合管線、地上電子地形圖成果進(jìn)行數(shù)據(jù)信息管理，通過3S技術(shù)集成應(yīng)用，地理信息系統(tǒng)GIS技術(shù)解決了這方面的難題。在天津市我們市政勘測(cè)單位利用3S技術(shù)集成應(yīng)用于以下兩個(gè)項(xiàng)目效果顯著。

5.1 天津市保稅區(qū)地理信息數(shù)據(jù)庫建立

通過對(duì)地上建筑物和地下綜合管線的外業(yè)測(cè)量和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)庫的建立(GPS和GIS的集成應(yīng)用)，測(cè)繪成果為市政規(guī)劃部門提供了有力的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)。

5.2 天津市城市市政設(shè)施部件普查

3S技術(shù)集成應(yīng)用在本項(xiàng)目測(cè)繪中得到很好的應(yīng)用，應(yīng)用先進(jìn)的天津市長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行參考站CORS系統(tǒng)(GPS)外業(yè)采集部件坐標(biāo)數(shù)據(jù)和ARCGIS軟件(GIS)進(jìn)行內(nèi)業(yè)成果整理集成應(yīng)用。為市政府和市政管理局提供了很好的數(shù)據(jù)庫地理信息系統(tǒng)，為政府對(duì)市政設(shè)施的管理提供了有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。

6 結(jié)語

信息技術(shù)正在如此深刻地改變著我們的世界、改變著我們每個(gè)行業(yè)、改變著每個(gè)人的工作和生活方式，信息測(cè)繪實(shí)時(shí)有效地向信息化社會(huì)提供空間信息基礎(chǔ)保障與綜合服務(wù)。快速獲取信息并自由進(jìn)行信息的溝通與共享已成為我們這個(gè)時(shí)代的主題。

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

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[3]天津市長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行參考站CORS系統(tǒng)VRS技術(shù)規(guī)定[S].

[4]姚建偉，房新玉.淺述天津?yàn)I海新區(qū)CORS系統(tǒng)建設(shè)的意義[J].山西建筑，2010，36(26):355-356.