呂建勛

（江西省建筑設(shè)計研究總院集團有限公司，南昌 330000）

1 引言

在移動互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的21 世紀(jì)，人類的活動與空間位置息息相關(guān)，空間位置信息涵蓋了駕車出行、餐飲外賣、電商購物等活動。而地理信息系統(tǒng)是一種幫助人們更好地利用空間位置信息的工具，可以集成空間數(shù)據(jù)與多行業(yè)技術(shù)，提高測繪效率，改善測繪成果表達(dá)方式。因此，探究城市測繪中地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用要素具有非常突出的現(xiàn)實意義。

2 地理信息系統(tǒng)的內(nèi)涵

地理信息系統(tǒng)（Geography Information System,GIS）是一種特定的空間信息系統(tǒng)，可以創(chuàng)建、管理、剖析、繪制全部類型數(shù)據(jù)。在實際應(yīng)用過程中，GIS 可以將數(shù)據(jù)與地圖連接，關(guān)聯(lián)事物所在位置數(shù)據(jù)以及對應(yīng)位置事物全部類型的描述性信息，為制圖分析提供依據(jù)，便于人們了解地理環(huán)境以及空間關(guān)系，助力測繪決策[1]。

從常見的GIS 數(shù)據(jù)格式來看，主要包括ShapeFile、KML/KMZ（Keyhole Markup Language）、GeoJSON（點、線串、面等）、WKB/WKT（Well-known Binary/Well-known Text）幾種。

3 GIS 在城市測繪中的優(yōu)勢

3.1 豐富測繪方式

以往城市測繪重資料調(diào)查研究而不重社會經(jīng)濟實況，導(dǎo)致城市測繪成果缺乏足夠內(nèi)涵。而將GIS 應(yīng)用到城市測繪中，可以弱化圖面效果比重，實時分析城市社會經(jīng)濟實況，并根據(jù)分析結(jié)果動態(tài)調(diào)整城市測繪方案。同時，GIS 數(shù)據(jù)庫可持續(xù)更新、移植，實現(xiàn)靜態(tài)城市測繪向動態(tài)城市測繪的轉(zhuǎn)變，進一步豐富城市測繪方式。

3.2 增強測繪科學(xué)性

GIS 具備強大的分析能力，可以輔助測繪人員模擬、選擇、評估測繪方案[2]。同時，在GIS 中，可以疊加分析城市測繪區(qū)域內(nèi)自然條件、社會條件、經(jīng)濟條件，為城市土地分等定級、地質(zhì)災(zāi)害評估、經(jīng)濟發(fā)展預(yù)測科學(xué)性增強提供依據(jù)。同時，借助GIS 圖層疊加緩沖區(qū)與自動匹配最佳路徑功能，可以有效確定公共設(shè)施位置、人流車流路線，為測繪作業(yè)科學(xué)開展提供依據(jù)。

3.3 提高測繪效率

城市測繪囊括了大量地理空間數(shù)據(jù)、社會數(shù)據(jù)、經(jīng)濟資料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等，將GIS 應(yīng)用到城市測繪中，可以作為快速的輔助信息分析工具對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行理性分析，規(guī)避城市測繪海量數(shù)據(jù)處理效率低下問題。同時，GIS 支持多形式空間數(shù)據(jù)儲存、管理、查詢、疊加、聚類、網(wǎng)絡(luò)等功能，可以在線縮短城市測繪周期，提高測繪效率[3]。

4 城市測繪中GIS 的應(yīng)用要素

4.1 點

在城市測繪中，GIS 的點特指具體地物的地址與位置。位置可以利用坐標(biāo)系表示，地理坐標(biāo)系是常用的坐標(biāo)系，多利用三維球面內(nèi)經(jīng)緯度表達(dá)。部分情況下，可以利用投影坐標(biāo)系（墨卡托投影）格網(wǎng)內(nèi)x 坐標(biāo)、y 坐標(biāo)表示位置，二維空間范圍內(nèi)投影坐標(biāo)系的長度、面積、角度均恒定不變。投影坐標(biāo)系的圓點是格網(wǎng)中心，每一個位置均具有2 個數(shù)值，數(shù)值是相對于中心位置的坐標(biāo)，包括水平位置、垂直位置。

以地理信息系統(tǒng)在城市地物測繪中的應(yīng)用為例，首先，測繪技術(shù)人員可以借助GoogleMap 捕獲器，獲取城市區(qū)域范圍內(nèi)的柵格地圖，作為城市測繪的數(shù)字化底圖，并利用事先收集的城市地物運行數(shù)據(jù)，預(yù)先劃分若干不同顏色專題圖層，如景點、醫(yī)院、商場、行政單位等。同時，更新若干專題圖層屬性，插入易于分辨且可顯示在圖層上的字段，包括景點名稱、商場名稱、醫(yī)院名稱、行政單位名稱等；其次，測繪技術(shù)人員需要綜合考慮環(huán)境、地理、氣候等因素，合理利用GIS 柵格、矢量功能，采集幾何形態(tài)數(shù)據(jù)，并在“點”地理實體周邊建立圓形緩沖區(qū)，圓心為點實體，半徑距離一定。在點實體構(gòu)成的圓形緩沖區(qū)內(nèi)，梳理柵格行與列的關(guān)系，完成地物位置的精準(zhǔn)劃定；再次，測繪技術(shù)人員可以結(jié)合城市實際地理特征，劃分地物所在區(qū)域?qū)傩裕ㄗ匀粚傩裕ㄖ脖?、水資源、地形地貌等）、社會經(jīng)濟屬性（交通便利性、資源生產(chǎn)可行性等），借助GIS 屏幕中分層圖展現(xiàn)全部要素后，篩選地物測繪所需地理數(shù)據(jù)符號，為后期GIS 數(shù)據(jù)提取分析提供依據(jù)；最后，借助GIS 內(nèi)置軟件，與大結(jié)構(gòu)、強功能渲染軟件結(jié)合，繪制城市地物高精度三維地理信息模型，或者直接生成數(shù)據(jù)報告，為類似工作以及城市規(guī)劃決策提供參考[4]。

4.2 線串

在城市測繪中，GIS 的線串特指公路、街道、邊界、河流等線狀地物。以城市街道測繪為例，作為城市最活躍的組成部分，街道在城市測繪網(wǎng)中占據(jù)著重要的地位。將GIS 應(yīng)用到城市街道測繪中，可以按照街道層次關(guān)系組織空間信息，對照地理空間實體完成城市街道地理編碼，并關(guān)聯(lián)城市資源、街道，完成大比例地圖中街道市政、飯店、大廈、賓館等服務(wù)性設(shè)施的詳細(xì)顯示，為城市管理決策提供信息支持。在城市街道測繪前，測繪技術(shù)人員應(yīng)圍繞城市街道層次，按照系統(tǒng)的地理編碼方式，分別進行主要街道、次要街道、一般街道編碼。進而根據(jù)空間實體的類別與性質(zhì)，對街道內(nèi)服務(wù)設(shè)施進行編碼。整個過程中涉及的系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)。其中，屬性數(shù)據(jù)特指與城市街道空間內(nèi)關(guān)聯(lián)的公共設(shè)施地址等；空間數(shù)據(jù)是構(gòu)成地圖要素的幾何實體，特指城市街道線串。測繪技術(shù)人員需要根據(jù)GIS 地圖分層組織方針，落實最短路徑要求，進行若干圖層細(xì)分，實現(xiàn)地理信息快速化、分類化、精準(zhǔn)化查詢。比如，輸入街道名稱完成模糊查詢，或者選擇與街道關(guān)聯(lián)的信息類別、相應(yīng)街道所在層次等查詢其空間位置。進而在GIS軟件內(nèi)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫表之間的關(guān)系，將街道分別與車站緩沖區(qū)圖層（或商場緩沖區(qū)圖層）相互疊置，形成空間數(shù)據(jù)集，覆蓋全部街道起始點、出入口依據(jù)經(jīng)過起始點的全部街道路線。根據(jù)全部路線中線路節(jié)點分布情況，判斷各條街道之間是否相連（各街道出入口是否共同經(jīng)過的路線），為街道測繪影像繪制提供依據(jù)。

4.3 面

在城市測繪中，GIS 的面特指土地區(qū)塊或一個區(qū)域。以城市綠地區(qū)塊測繪為例，事先收集0.61 m 分辨率的QUICKBIRD 衛(wèi)星影像多光譜數(shù)據(jù)，波段為4 個。參考15 m 分辨率的TM 衛(wèi)星數(shù)據(jù)、5 m 分辨率的SPOT 衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行最新影像數(shù)據(jù)解譯。同時，考慮到城市綠地覆蓋調(diào)查對象空間單元尺度處于較小的水平，大致在1 m，對影像數(shù)據(jù)分辨率有較高的要求[5]。為了獲得光譜分辨率高且空間分辨率高的影像數(shù)據(jù)，將TM 影像數(shù)據(jù)與SPOT 全色影像融合，降低后期信息提取、剖析難度。進而借助1∶10 000 地形圖糾正QUICKBIRD 衛(wèi)星影像，獲得準(zhǔn)確的空間幾何坐標(biāo)信息，并根據(jù)影像數(shù)據(jù)提取城市綠地信息范圍。在城市綠地信息范圍確定后，借助GIS 提取、解譯、統(tǒng)計城市綠地空間數(shù)據(jù)（含面積數(shù)據(jù)、感興趣區(qū)緩沖區(qū)半徑等），進行專題影像的制備。其中，綠地信息提取對象是TM3 波段+4 波段+7 波段合成影響、SPOT 融合后影像，提取指標(biāo)是植被指數(shù)，即經(jīng)比例植被指數(shù)（或垂直植被指數(shù)、歸一化植被指數(shù)）計算的植被葉綠素吸收帶對應(yīng)波段；綠地信息解譯主要是根據(jù)QUICKBIRD 影像構(gòu)建公共綠地、生產(chǎn)綠地、林蔭路綠地、居住區(qū)綠地或?qū)ｉT綠化用地的解譯標(biāo)識。根據(jù)標(biāo)識，整合計算機自動識別功能、人工分析判別功能，進行城市綠地圖斑繪制。根據(jù)城市綠地圖斑，編輯處理城市綠地數(shù)據(jù)，并根據(jù)相鄰圖斑之間拓?fù)潢P(guān)系進行屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，形成高類別圈定精度的GIS 空間數(shù)據(jù)。進而根據(jù)城市綠地分類，結(jié)合城市測繪項目需求，分析城市綠地緩沖區(qū)。城市綠地面實體緩沖區(qū)是面實體邊界向內(nèi)（或向外）擴展一定距離生成的新多邊形。比如，城市公園綠地面積超出5 000 m2時，覆蓋居住用地綠地服務(wù)半徑為500 m，基于此，可以借助GIS 計算城市公園綠地服務(wù)半徑覆蓋率，分析城市公園綠地布局合理性；城市綠地專題影像制備需要將處理后影像、綠地緩沖區(qū)范圍、重點名稱、統(tǒng)計表、學(xué)校、不同綠地分析統(tǒng)計圖斑導(dǎo)入GIS 軟件內(nèi)，經(jīng)地圖編制、圖面整理修飾，獲得城市綠地分析影像圖，完成測繪任務(wù)。

此外，為提高影像數(shù)據(jù)解譯精度，借助影像處理軟件對TM 影像數(shù)據(jù)、QUICKBIRD 影像數(shù)據(jù)、SPOT 影像數(shù)據(jù)進行處理，處理手段涵蓋數(shù)據(jù)融合、幾何糾正、邊緣增強、影像增強等。在這個基礎(chǔ)上，借助灰度反差增強（灰度線性拉伸）、紋理能量信息增強（直方圖偏度值法）處理局部影像，細(xì)化壓縮影像噪聲，凸顯QUICKBIRD 數(shù)據(jù)空間分辨率優(yōu)勢[6]。

4.4 多部集合

在城市測繪中，GIS 的點、線串或面要素可以多部集合，比如，利用GeoJSON 矢量數(shù)據(jù)坐標(biāo)對coordinates 進行幾何組成的描述，點的橫縱坐標(biāo)描述方法為[經(jīng)度，緯度]，經(jīng)度的范圍是[-180，180]，緯度的范圍是[-90，90]。我國城市覆蓋范圍的經(jīng)度是[73.66,135.02]，緯度是[3.86,53.55]。一堆具有順序的點的集合是線。面與線類似，線段的首端與尾端相接后組成面。一般第一個面為外環(huán)（逆時針方向），其余的面為內(nèi)環(huán)（順時針方向）。

在城市測繪中，要素轉(zhuǎn)換是GIS 多部集合的重點，包括點要素轉(zhuǎn)線要素、點要素轉(zhuǎn)面要素、線要素轉(zhuǎn)點要素、線要素轉(zhuǎn)面要素、面要素轉(zhuǎn)線要素等。其中，在點要素轉(zhuǎn)線要素時，需要測繪人員打開ArcMap 城市文件，在空白文件中添加需要轉(zhuǎn)換為線要素的點，也可以直接在空白文件內(nèi)繪制點。完成點圖層創(chuàng)建后，測繪人員可以借助ArcGIS 自帶地理處理工具——ArcToolBOX 或者直接在搜索框內(nèi)輸入點轉(zhuǎn)線需求后按enter鍵進入頁面；在點要素向面要素轉(zhuǎn)換過程中，測繪人員需要點擊ArcGIS 自帶點轉(zhuǎn)線工具，添加一個額外的折點，確保每一個輸出線要素終點、起點相連接。獲得閉合曲線后，將要素轉(zhuǎn)面輸入搜索框內(nèi)，完成轉(zhuǎn)換；線要素轉(zhuǎn)點要素時，測繪人員應(yīng)將要素轉(zhuǎn)點輸入ArcGIS 自帶搜索框內(nèi)，綜合輸出1 個或若干個點，如LINE INPUT、MULTIPOINT INPUT、OUTPUT 等；線要素轉(zhuǎn)面需要2 條（或閉合線要素），利用ArcGIS 自帶工具由操作；面要素轉(zhuǎn)線要素需要先進入ArcGIS 自帶工具——Arctoolbox，開啟數(shù)據(jù)管理工具，選擇添加XY 轉(zhuǎn)線、修復(fù)幾何、刪除要素、取消線分割、復(fù)制要素、最小邊界幾何、添加XY坐標(biāo)、原點夾角距離定義線等選項，尋找面要素與線要素之間轉(zhuǎn)換的方法。

5 結(jié)語

綜上所述，城市測繪工作在城市發(fā)展過程中尤為重要。科學(xué)開展城市測繪，不僅可以幫助人們了解城市現(xiàn)階段發(fā)展情況，而且可以為未來城市規(guī)劃提供依據(jù)。因此，城市測繪人員應(yīng)正確認(rèn)識GIS 在提高城市測繪效率、科學(xué)性與助力城市測繪多樣化表達(dá)方面的優(yōu)勢，合理把控城市測繪中的點、線串、面要素。根據(jù)需要進行要素整合與轉(zhuǎn)換，完成GIS 在城市測繪中的有效應(yīng)用，輔助城市規(guī)劃決策。