田 劍，徐 勇，徐小芳

（江蘇省工程勘測研究院有限責(zé)任公司，江蘇 揚(yáng)州 225002）

地理信息系統(tǒng)整合了地理學(xué)、信息學(xué)等學(xué)科的理論基礎(chǔ)，將真實的地理實體抽象成空間位置等地理數(shù)據(jù)，經(jīng)由采集、存儲、管理、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等流程實現(xiàn)地理系統(tǒng)功能在視覺、計量與邏輯層面上的模擬，通過計算機(jī)程序的運(yùn)行與數(shù)據(jù)變化建立對客觀世界的仿真模型，為相關(guān)管理、決策提供服務(wù)，在土地測繪、城市規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

1 測繪工程的工作范圍與地理信息系統(tǒng)的作用

1.1 測繪工程的工作范圍

測繪工程所研究的主體對象涵蓋地貌、地物、礦藏、水文地質(zhì)等類型，通過將測繪信息繪制成圖，為相關(guān)工程的規(guī)劃、設(shè)計與決策提供參考依據(jù)。測繪工程的工作范圍大體分為兩方面：（1）地理形態(tài)方面，需結(jié)合不同工程項目的地形、地質(zhì)特點確定測繪需求目標(biāo)，保障獲得良好的測繪效果；（2）平面測繪方面，應(yīng)結(jié)合待測區(qū)域的建筑參照物、地形狀況等條件，確定測量目標(biāo)與具體的測量工作點，保障平面測繪工作的順利開展。

1.2 地理信息系統(tǒng)的作用

地理信息系統(tǒng)的功能體現(xiàn)在以下5個層面：（1）數(shù)據(jù)輸入與編輯，將圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)字化處理后輸入系統(tǒng)中，由系統(tǒng)提供錯誤檢查、編輯交互、結(jié)果驗證等功能，且在輸入圖形后完成拓?fù)潢P(guān)系的建立，形成直觀的圖形特征；（2）數(shù)據(jù)庫建立與管理，涵蓋圖形附加與拼接、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、圖形注記、建立圖庫等；（3）數(shù)據(jù)檢索，用于查詢?nèi)我饣蛑付▽傩缘臄?shù)據(jù)與邏輯運(yùn)算的檢索等；（4）數(shù)據(jù)分析與處理，用于實現(xiàn)對地圖等空間實體中點、線、面等拓?fù)潢P(guān)系的分析；（5）數(shù)據(jù)輸出，可提供符號生成、矢量漢字標(biāo)記功能，輸出二維或三維彩色圖形，將輸出結(jié)果顯示在屏幕端，滿足不同圖件的拷貝、繪圖要求。

地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢大體包含以下3種：（1）是測量效率高，在使用時無需進(jìn)行調(diào)平、觀測、估讀，可在地形地貌勘測中選取多臺GIS測量儀分組掃描實現(xiàn)快速測繪，能夠顯著提高測量效率；（2）測量精度高，例如將遙感技術(shù)作為GIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，能夠提高測繪數(shù)據(jù)來源的可靠性，配合GPS系統(tǒng)為目標(biāo)地物賦予坐標(biāo)，用于表達(dá)GIS系統(tǒng)的位置信息，能夠有效提高地物面積計算、長度計算的精確性；（3）抗干擾性能強(qiáng)，例如將GIS系統(tǒng)與高分辨率遙感影像、GPS系統(tǒng)、無人機(jī)技術(shù)相結(jié)合，能夠滿足復(fù)雜環(huán)境下的實地測量需求，利用遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地面實測數(shù)據(jù)可實現(xiàn)對土地利用變動情況的有效檢測。

2 地理信息系統(tǒng)在測繪工程中的具體應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)采集與存儲

將GIS應(yīng)用于測繪工作中，主要利用柵格、矢量存儲的方法進(jìn)行空間數(shù)據(jù)與非附加線性數(shù)據(jù)的整合，實現(xiàn)非空間數(shù)據(jù)的存儲。其中柵格存儲涵蓋存儲單元的行與列，需結(jié)合地面單位網(wǎng)格寬度確定柵格數(shù)據(jù)分辨率；矢量存儲則利用幾何圖形的點、線、面表現(xiàn)實際對象。在開展測繪工作時，可通過掃描聚酯薄膜地圖獲取數(shù)字信息，結(jié)合GPS系統(tǒng)傳遞信息、確定位置坐標(biāo)，或配合遙感技術(shù)完成數(shù)據(jù)采集。以土地測繪為例，應(yīng)結(jié)合具體的土地測繪目標(biāo)、尺度進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲方式的選取，例如針對斑塊尺度的耕地、宗地、建設(shè)用地數(shù)據(jù)，應(yīng)選取矢量數(shù)據(jù)的形式存儲，能夠?qū)崿F(xiàn)位置信息的精確描述，并展現(xiàn)出土地權(quán)屬、利用現(xiàn)狀、變動情況等信息；針對區(qū)域尺度的土地數(shù)據(jù)，則應(yīng)以柵格數(shù)據(jù)的形式存儲，配合地面GPS信息、遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，實現(xiàn)對土地利用變動情況的精確監(jiān)測。

2.2 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理主要圍繞屬性數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)兩個層面展開，用于標(biāo)識地物對象的空間位置，實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的管理，在土地資源潛力評價、礦產(chǎn)資源管理、森林資源普查等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，滿足資源開發(fā)與決策利用要求。例如，將其運(yùn)用于我國西南地區(qū)的國土資源信息系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，可收集、存儲1500余項、超300萬個資源數(shù)據(jù)，建立資源分析評價、預(yù)測預(yù)報以及開發(fā)利用模型，生成資源分布圖、交通規(guī)劃圖等多種專業(yè)圖。

2.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理

利用GIS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的編輯與預(yù)處理，用于識別不同屬性空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度，結(jié)合向量、臨近、包含等關(guān)系完成數(shù)據(jù)的分析處理與轉(zhuǎn)換，保障測量結(jié)果的精度。但在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理的過程中，需預(yù)先完成坐標(biāo)投影的整合，確保模型的匹配度，依托數(shù)據(jù)重建方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)化，保障系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)實現(xiàn)兼容。以土地測繪數(shù)據(jù)的處理為例，利用GIS系統(tǒng)可完成土地測繪數(shù)據(jù)的匯總、裁剪與查詢，利用其空間分析功能將空間數(shù)據(jù)與空間模型進(jìn)行聯(lián)合、提取有效信息，并完成地物周長、面積、位置、土地利用方式、土地權(quán)屬等信息的處理。

2.4 虛擬現(xiàn)實應(yīng)急處理

將GIS系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，能夠建立虛擬三維空間的模型，為使用者提供視覺、聽覺、觸覺等感官層面上的模擬體驗，實現(xiàn)對事物現(xiàn)狀的模擬再現(xiàn)與精確判斷。利用GIS系統(tǒng)采集測繪數(shù)據(jù)、制成三維電子地圖，可為應(yīng)急演練活動建立創(chuàng)新模式。例如，運(yùn)用GIS系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)針對某事故場地建立虛擬情境，能夠為參與演練的人員營造出近似真實的事故發(fā)生場景，提高演練人員的融入感與響應(yīng)效果，有效減少成本投入、提升演練與培訓(xùn)效果，結(jié)合GPS定位系統(tǒng)顯示出救援人員所處的具體位置，為救援現(xiàn)場指揮與救援方案制定工作提供重要參考依據(jù)。

2.5 應(yīng)急測繪保障體系

將GIS系統(tǒng)運(yùn)用于應(yīng)急測繪任務(wù)中，需提供應(yīng)急預(yù)案、建立應(yīng)急組織機(jī)構(gòu)、制定具體管理措施，并建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用系統(tǒng)，為應(yīng)急測繪工作提供保障性服務(wù)。在具體應(yīng)用層面：（1）利用GIS系統(tǒng)進(jìn)行基本圖形的操作，用于直觀展現(xiàn)出災(zāi)害發(fā)生場所的地質(zhì)地貌、社會屬性特點，編制具有較強(qiáng)針對性的應(yīng)急預(yù)案；（2）可以利用GIS系統(tǒng)進(jìn)行空間分析，完成災(zāi)害發(fā)生具體位置的定位、計算受災(zāi)面積、完成災(zāi)害損失評估等，為應(yīng)急預(yù)案的編制提供更加完備的參考信息；（3）可利用GIS系統(tǒng)開展專題分析，提取一項或多項專題數(shù)據(jù)與地圖結(jié)合，生成密度分析圖等災(zāi)害專題性地圖，完成應(yīng)急疏散方案的編制工作；（4）還可以利用GIS系統(tǒng)結(jié)合實景拍攝圖片，生成災(zāi)害發(fā)生地區(qū)的三維圖像，借助修測技術(shù)提高數(shù)據(jù)的真實性與有效性，保障應(yīng)急指揮人員能夠準(zhǔn)確把握受災(zāi)現(xiàn)場實際情況；（5）還可以利用GIS平臺的自動更新功能，發(fā)布受災(zāi)現(xiàn)場的實時信息，提高災(zāi)害信息發(fā)布的時效性。

以某省突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)為例，運(yùn)用GIS系統(tǒng)、遙感技術(shù)實現(xiàn)對2500km2的重點地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的遙感監(jiān)測，在2h內(nèi)即可獲取到20km2范圍的5～20cm分辨率遙感影像。其遙感影像的成圖時間較以往縮短21h，針對不同數(shù)量原始航片、不同面積正射影像的傳輸時間也得到明顯縮短。配合傾斜攝影技術(shù)完成受災(zāi)地區(qū)實景三維模型的建構(gòu)，其紋理細(xì)節(jié)更加豐富、清晰，三維可視化效果更加真實，可同時提供屬性查詢、面積測量、緩沖區(qū)分析、淹沒分析、剖面分析、矢量疊置分析等模塊的三維可視化功能。實踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)為空天地一體化、全流程的應(yīng)急測繪工作提供了重要的技術(shù)保障與支持作用，其應(yīng)急測繪保障能力能夠滿足實際應(yīng)用需求，在該省數(shù)次重大自然災(zāi)害中的應(yīng)急響應(yīng)速度較快，具備良好的應(yīng)用價值。

2.6 監(jiān)測與預(yù)警服務(wù)

GIS系統(tǒng)可為環(huán)境監(jiān)測管理提供重要支持。以上海市環(huán)境管理信息系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)基于GIS技術(shù)完成了環(huán)境監(jiān)測動態(tài)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，數(shù)據(jù)庫內(nèi)涵蓋污染源、環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)等多項數(shù)據(jù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)共享功能，可實現(xiàn)對環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析、評價以及預(yù)測，還提供數(shù)據(jù)的瀏覽、打印等功能，為環(huán)境質(zhì)量評價、污染控制管理提供了重要的技術(shù)支持與服務(wù)保障。同時，GIS系統(tǒng)還可用于城市道路地下病害體的安全預(yù)警，主要提供以下幾項分析功能：（1）病害風(fēng)險等級分析。結(jié)合不同道路病害體發(fā)生的可能性及其嚴(yán)重程度進(jìn)行風(fēng)險等級的評價，共分為5個層級，既可以依照不同病害體的級別實現(xiàn)全幅顯示，也能夠選取單個病害體進(jìn)行放大觀察，其病害體以面數(shù)據(jù)集的形式存在，利用不同顏色進(jìn)行有效區(qū)分。（2）地質(zhì)病害易發(fā)路段分析。能夠用于完整記錄道路發(fā)生塌陷事故的情況，結(jié)合病害原地復(fù)發(fā)性特征進(jìn)行不同道路病害體風(fēng)險等級的計算，以點要素的形式進(jìn)行宏觀表現(xiàn)，計算出各輸出柵格像元周圍的點要素密度。同時，采用核密度算法與真實道路進(jìn)行疊加，用于計算出面狀區(qū)域道路的風(fēng)險等級，經(jīng)由渲染后輸出最終計算結(jié)果。（3）多期雷達(dá)數(shù)據(jù)的對比分析。通常道路病害體的形成與發(fā)育存在時序性特點，多由地下施工、地下水位變化等因素導(dǎo)致地下土體流失嚴(yán)重，其發(fā)生過程最少為1～3個月，塌陷范圍多集中在1～10m2。利用GIS系統(tǒng)可收集、存儲不同時期道路的探地雷達(dá)探測數(shù)據(jù)，經(jīng)由綜合對比分析后實現(xiàn)對病害發(fā)展情況的監(jiān)測與預(yù)警。由于雷達(dá)數(shù)據(jù)通常不涵蓋空間位置信息，因此需配合測線數(shù)據(jù)建立空間位置關(guān)聯(lián)度，即可結(jié)合不同測線尋求其圖像數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)。（4）問題管線分析。鑒于部分道路地下病害體的成因為地下管線滲漏或破損，因此可依據(jù)到期且滲漏管線、滲漏管線、到期管線、蝕損管線等具體類別進(jìn)行分值評判，并選取大紅、橘紅、橘黃、黃色等渲染顏色。（5）空間關(guān)聯(lián)分析。利用GIS系統(tǒng)實現(xiàn)地下設(shè)施周邊病害體的檢索，分析病害體的發(fā)展機(jī)理與誘因；還可利用GIS系統(tǒng)檢索不同病害體周圍的地下設(shè)施，依據(jù)地下設(shè)施數(shù)量、類別進(jìn)行病害體發(fā)育機(jī)理的研究，揭示病害體發(fā)育與地下設(shè)施的空間關(guān)聯(lián)性，為城市道路地下安全提供保障。

3 結(jié)論

總體來看，將地理信息系統(tǒng)應(yīng)用于測繪工程中，可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)測繪手段在測量誤差、成本消耗、空間信息準(zhǔn)確度等方面存在的不足，使測量范圍顯著擴(kuò)大、測量精度與完整性大幅提高，并且能夠滿足自動化測繪作業(yè)要求、適應(yīng)復(fù)雜天氣條件下的測量工作需求，為測繪工作效率與質(zhì)量的提升貢獻(xiàn)技術(shù)支持。