林 威

(聊城大學地理與環(huán)境學院 山東 聊城 252000)

0 引言

自21世紀開始,中國的城市化發(fā)展速度越來越快,城市的規(guī)模也在與日俱增,城市的建設更是如火如荼,從鄉(xiāng)村向城市的遷移促進城市經濟發(fā)展的同時,也給城市帶來發(fā)展空間受限、人口密度增加、城市負荷過載等壓力。因此,地理信息系統(tǒng)(geographic information system, GIS)的發(fā)展與應用符合時代發(fā)展的趨勢,能實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)相融合的GIS,借助測繪自動化、數(shù)據(jù)分析智能化的優(yōu)點,改革工作模式,降低工作強度,提高工作效率,受到許多城市建筑規(guī)劃工作者的認可與歡迎。

1 GIS理論的概念

GIS是研究如何利用計算機技術來管理和應用地球表面的空間信息,為地理研究和地理決策服務的技術系統(tǒng)。運用計算機技術,將包含大氣層在內的地表空間的數(shù)據(jù)進行采集、整理、處理,建立固定的體系[1-2],發(fā)揮該體系在測繪工作中的重要作用,可以通過收集數(shù)據(jù)來進行空間管理,收集并輸出數(shù)據(jù),對這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,最終建立數(shù)據(jù)庫,就地理圖形之間的轉化關系進行深入的分析和探討,并提出有針對性的意見。

2 傳統(tǒng)技術模式下的工程測繪弊端

2.1 技術人員工作強度大

以前的測繪方法需要技術人員親自到實地勘察,搜集各種資料,勞動強度大。換言之,在使用新的 GIS技術之前,測繪是一項任務重、難度高的工作,需要大量的人力支持,盡管有一些輔助機器,但是工作強度和難度都很大,而且還沒有達到自動化的程度。特別是在一些工地的工程類測繪項目,不僅需要測繪人員親臨施工現(xiàn)場,而且還要逐一記錄數(shù)據(jù),一旦實際工程需要涉水測繪、礦山測繪等高強度工作才能獲取精確的資料,在遇到危險的工作或氣候環(huán)境時,工作人員的人身安全難以得到保障。

2.2 測繪的準確性不高

傳統(tǒng)測繪工作中的技術支持不夠,導致獲取的數(shù)據(jù)不夠準確,必須經過多次的校驗,才可以使用這些數(shù)據(jù),因此,在測繪過程中,難免會出現(xiàn)測繪精度不高的缺點。傳統(tǒng)的資料收集方法,以人工手段為主,困難程度和工作量都很大,而且還很可能在后期的運算中產生錯誤。測繪測量資料的匱乏,給項目的建設與施工帶來很大的影響,特別是礦山項目測量的準確性低下,容易造成施工的安全問題,產生經濟上的損失,不利于安全生產的組織。

2.3 缺乏測繪數(shù)據(jù)共建共享機制

由于工程測繪的信息共享平臺尚未完全設立,伴隨著經濟社會的飛速發(fā)展,各個市場主體為了自身發(fā)展,都會投入人力、資金開展測繪工作,這就導致了同一地區(qū)多個單位的重復工作,導致社會人力、資金、資源的浪費。同時,因為不同測繪機構在測繪標準、內容以及成果展現(xiàn)方面的差異性較大,特別是部分地區(qū)為了城市建設與發(fā)展,立足各自現(xiàn)實需求,以各種標準繪制地圖,無疑會導致項目資金的多次投資和測繪工作的重復開展,造成財政資金的浪費。

3 GIS優(yōu)勢特點及功能

3.1 GIS的優(yōu)勢特點

(1)數(shù)據(jù)測量精度高

在實際施工中,無論是一級、二級,還是常規(guī)的測量方法都會有很大的偏差。測量者的技術水平與測量方法會對測量結果產生較大的影響,若測量過程中發(fā)生錯誤,則會對測量結果產生較大的偏差。利用GIS進行測繪,由24個人造衛(wèi)星構成掃描平面,測量員把儀器裝好后,把探測信號傳送給人造衛(wèi)星,通過衛(wèi)星來獲得有關的測量數(shù)據(jù),并將信息反饋給操作員。

(2)受外界因素影響小

在常規(guī)工程勘察中,觀測和控制點的選取受到地形、地貌、地質、氣候等多方面的制約,有的山地、高地甚至不能進行觀測,而必須采用等值線模型或插值方法來估算。另外,大風、雨雪等惡劣天氣對工程測量和施工控制也會產生影響,當天氣的惡劣條件達到一定程度時,就會導致無法進行高精度的測量工作,這對測量工作的效率造成很大的影響。而GIS的測定是在大氣以外進行的,它的測量值與惡劣的氣候無關。利用GIS技術,對工程進行測量和監(jiān)測,與傳統(tǒng)的測量方法相比,GIS技術的測繪工作范圍很廣,不受地形、地貌及地質條件的影響。

(3)測量效率高

GIS技術可避免常規(guī)測量中的調平、調整、觀測和估計等一系列過程,且不會受到外部環(huán)境的干擾,從而提高GIS技術的測量效能。尤其是在勘測地形地貌時,通過多個GIS測量儀器的群組掃描,能夠迅速地繪制出所測地形,從而極大地提高測繪工作的效率。

3.2 GIS的功能

(1)輸出功能

地形圖的生成是GIS的主要功能。與傳統(tǒng)的人工測繪相比,GIS能夠借助衛(wèi)星遙感技術來完成測繪工作,從而實現(xiàn)測繪工作的自動化,極大地提高測繪工作的準確性和效率。在GIS的發(fā)展過程中,生成地形圖是GIS發(fā)展的初衷,而GIS的強大輸出又為GIS建立了完整、高效的地形圖庫。

(2)數(shù)據(jù)管理與控制功能

GIS可以采用多種方式對地理信息數(shù)據(jù)進行錄入,而且,還可以利用GIS來直接管理、控制和維護數(shù)據(jù)庫。以此為依據(jù),GIS可以對各種所需要的信息數(shù)據(jù)展開檢索,并對其進行精確的詢問,這就使得決策者可以利用GIS,精確而迅速地找到自己所需要的空間、地理數(shù)據(jù)信息,為測繪工作者提供一份完整的第一手數(shù)據(jù),為后續(xù)工作的展開提供了便利?？傊?在GIS的應用下,可以對測繪資料進行有效的使用和管理[3-4]。

4 測繪中GIS的應用方法

4.1 數(shù)據(jù)采集

在測繪的初期,需要對現(xiàn)實世界客觀對象進行不同的抽象、離散,將連續(xù)對象實體在 GIS中分別以柵格和矢量2種方式存儲在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。柵格分析技術法就是對網格數(shù)據(jù)集合中所蘊含的空間信息進行分析和處理。網格內的每一種像素都含有一種可能與土壤、地表覆蓋、海拔或其他資料有關的數(shù)值或類別。利用柵格分析技術,可以對圖像進行像元值的評價與解讀。矢量存儲法,則是以點、線、面等形式來表示數(shù)據(jù)。點是一個單獨的地理元素,比如一個汽車站、某家餐廳或者某個單元樓。線是由線狀物體組成的,如電力線、公路線、水網線等。多邊形代表了一種界限,比如一座建筑的輪廓、一塊土地、一個村莊等。隨著GIS技術的發(fā)展,在對某些數(shù)據(jù)進行采集時,會更加依靠高精度、高效率的GPS技術,來測量出物體的實際坐標、高程。

4.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理則是利用專門的計算機軟件,把采集到的資料上傳至系統(tǒng),根據(jù)指定的用途進行編輯、處理,然后建立資料模型,并將測量的資料進行重疊分析。假定測得的數(shù)據(jù)是實體,并且2個數(shù)據(jù)之間有包含關系,那么就需要對它們進行特定的建模,在進行數(shù)據(jù)轉換的時候,要對數(shù)據(jù)進行重建,將其他格式數(shù)據(jù)轉化成可以被GIS所識別的數(shù)據(jù),這樣才能讓不同的數(shù)據(jù)源相互兼容。在城市地形圖中,因為地形圖目標的不同,其數(shù)據(jù)性質也會有一些差別,所以在進行資料處理前,需要對資料進行轉化,并建立差別化的數(shù)學解析模型。目前大部分的GIS都會使用分層技術,以地圖的特定特點為依據(jù),將其劃分成多個圖層,而整個地圖就是多個圖層疊加的結果。在實際處理的過程中,都是只涉及特定的層,而不是全部的數(shù)據(jù),所以,處理的效率非常高。

4.3 空間分析

對數(shù)據(jù)進行采集和處理之后,GIS就會對這些數(shù)據(jù)進行空間分析。對有關資料進行計算,可提供質與量2方面的探討。它以空間分析為核心,涉及很多領域,如物理學、地理學、經濟學等。將空間對象的位置進行信息量化,可應用空間統(tǒng)計、圖論等方法。

4.4 數(shù)據(jù)顯示

GIS的數(shù)字化地圖相對于傳統(tǒng)的測繪方法,可以輸出任何尺度的可視化圖像,并可以提供具體的分層內容,以滿足不同使用者的需要[5-6]。同時,將數(shù)字化的地形圖和圖像相結合,可以迅速地畫出測量范圍,測量工作也會變得很容易。GIS中的資料經過格式轉換處理后,可輸出至CAD及其他繪圖軟件,實現(xiàn)基本圖的變更。在真實的城市測繪過程中,GIS的作用是采集基本的地理信息,其中包含了矢量化的地圖、4D數(shù)字化產品、遙感影像圖等,它們都是測繪的產品。

5 GIS在測繪中的應用場景

5.1 在工程施工監(jiān)測中的應用

在工程施工時,要對各部位進行及時的校正,以確保建筑物的安全性和穩(wěn)定性。采用 GIS與GPS相結合的方法,對其施工全過程進行實時監(jiān)控,并對各種數(shù)據(jù)進行綜合分析。新GIS技術是一種可用于監(jiān)測工程質量的新方法,它可以實現(xiàn)對全過程施工的有效監(jiān)測。通過監(jiān)測工程中的具體環(huán)節(jié)及細節(jié),能夠把這些信息傳遞給相關的設計者,從而可以對其進行及時的調整,以確保結構的穩(wěn)定,從而進一步減少項目施工中的風險,并且可以在最短的時間內減少損失。

5.2 地形地貌測繪中的應用

地形地貌是測繪工作的重點對象,使用新的GIS技術,能夠提高獲取信息的準確度;新技術廣泛應用于各類工程測量,為工程施工提供了更好的服務。板塊運動給有些地方帶來了嚴重的自然災害,造成了嚴重的經濟損失。要想杜絕事故的發(fā)生,就必須在項目建設時,實施精準的測繪工作,充分了解當?shù)氐牡匦蔚孛蔡攸c,并采取有效的對策,才能全面保證施工的安全和穩(wěn)定,所以,地形地貌圖的支撐必不可少。在一些工程建設中,會遇到一些地質條件比較復雜的山區(qū),對這些區(qū)域,需要充分掌握地形特征,借助新的GIS技術,能夠大大提高測繪精度,為測繪工作提供最大限度的保障。新的GIS技術可以將一個區(qū)域的狀況完全地展現(xiàn)出來,與此同時,它還可以通過對單個點的集中繪制來突出區(qū)域的特征,以俯瞰式的視角來觀察某個區(qū)域的地形地貌的全貌,確保測繪信息的準確度[7-8]。

無人機GIS技術在進行地形地貌制圖中起到重要作用,無人機能搭載新裝備,從空中收集各類信息和數(shù)據(jù),用無人機圖像交換設備將采集到的信息轉換成圖像數(shù)據(jù)并將其存儲起來,傳輸至后臺的控制室,采集地形地貌信息。

5.3 智慧城市建設中的應用

新的GIS技術能夠通過對數(shù)據(jù)對象的連續(xù)讀取,將各類信息按照不同的離散與抽象運算進行匯總,并轉換成有用的信息。GIS技術在城市建設中得到了廣泛的應用,有效地促進了智慧城市的建設,保障了城市的快速發(fā)展。在GIS技術的助力下,采集到大量的數(shù)據(jù),通過對數(shù)據(jù)進行分析和整合,為城市規(guī)劃和建設提供科學的建議。在智慧城市構建中,政府部門要組織建立信息資源平臺,解決智慧城市建設中出現(xiàn)的各種疑難雜癥,為智慧城市的設計和工程建設提供有力支撐。

6 提高地理信息測繪質量的對策

6.1 健全地理信息的共享機制

要建立多個部門間的地理信息交換模式,建立多個比例尺工程測繪成果,構建測繪信息公共服務體系,打造共建、共享地理信息的平臺。應加大對大面積地形圖和現(xiàn)狀圖的測量力度,加強對低級控制網絡的構建,防止重復測量。統(tǒng)籌全省、市、縣3級測繪工作,建立全省、市、縣3級測繪工作數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)。實現(xiàn)成果編目和信息資料的及時更新,推動工程測量成果的推廣和應用。要加強與相關部門、企業(yè)的協(xié)作,加強各類專題信息管理與應用的研究開發(fā)。在有關部門和企業(yè)中,建立地勘單位,并根據(jù)地勘單位的特殊性質,對基本地勘單位進行更新。

6.2 加強工程測繪行業(yè)的監(jiān)管

要構建并加強執(zhí)法隊伍,同時要健全舉報獎勵制度,從而有效遏制各類無證測繪行為。同時,對測繪機構的資質等進行嚴格的審核和審批,并對其人員進行年度的職業(yè)道德教育,提高其工作水平;對已經取得或擬取得資質的機構,必須全面掌握所涉及的測繪規(guī)范、圖式和標準;加強測繪質量監(jiān)督功能,測繪管理部門和相關職能機構要深入基層,開展質量檢查工作,對違規(guī)測繪行為進行及時糾正。

6.3 提升新型GIS技術應用效率

在實際運用中,必須全面提高新型GIS技術的運用效能,并針對不同用途,進行適應性和針對性的調整。工程測量涉及的領域很廣,種類繁多。為了保證工程建設的穩(wěn)定性,需要對其進行有針對性的調整,在建設工程中,對地理環(huán)境、水文條件有很高的要求,而在礦區(qū)中,對礦產的分布和施工難度也有很高的要求。為此,必須保證新型GIS技術的科學發(fā)展,建立有區(qū)別的、服務于不同場景的技術體系,以保證新型GIS技術的實際作用,提高工作質量[9]。

6.4 注重人才要素

要使科技創(chuàng)新得到全方位的發(fā)展,必須充分發(fā)揮人才要素的關鍵作用,制定人才培養(yǎng)計劃和制度,并持續(xù)推進人才隊伍的培育和建設。本文認為,科技進步的核心在于構建長期的學習機制,并以科學的方式對科技成果進行全方位的創(chuàng)新。在各項工程測繪工作中,不僅要有大量的經驗,還要有大量的知識的積累。只有將知識轉換為應用,工作的效率和質量才能得到保障。因此,培養(yǎng)理論與實踐能力兼?zhèn)涞膹秃闲蜏y繪人才是工程測繪行業(yè)得以持續(xù)發(fā)展的必要條件。

7 結語

綜上所述,GIS依賴其強大的數(shù)據(jù)獲取、整合及傳輸?shù)哪芰?成為工程測繪領域異軍突起的新軍。GIS的多維度的測繪成果,也逐步成為現(xiàn)代測繪不可缺少的發(fā)展方向。在 GIS的應用中方式和方法要不斷創(chuàng)新,最大限度地發(fā)揮 GIS的優(yōu)勢,使 GIS的應用不斷向前推進。工程測繪是一項基礎性、前瞻性的工作,需要社會各方面的關注,以提升測繪保障能力與服務水平為前提,積極彌補工程測繪領域的各種不足,并順應時代潮流,促進我國工程測繪事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。