城市地理信息系統(tǒng)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用

李安慶

摘 要：地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)與發(fā)展不僅大大減少了工程測(cè)量工作的工作量，而且工作效率的提升也很明顯，是工程測(cè)繪技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的里程碑，其所產(chǎn)生的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。當(dāng)然現(xiàn)階段地理信息系統(tǒng)還有待進(jìn)一步完善，相信GIS的發(fā)展與優(yōu)化，能夠進(jìn)一步推動(dòng)控制測(cè)量技術(shù)的變革。本文主要介紹地理信息系統(tǒng)的一些特點(diǎn)和功能，及其在城市測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；城市測(cè)繪；數(shù)據(jù)；坐標(biāo)

地理信息系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為GIS，它是建立在測(cè)繪測(cè)量的基礎(chǔ)上，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)源，是管理和研究數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它提供地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)，具體過(guò)程可以看成是，對(duì)地球表面與空間地理進(jìn)行信息數(shù)據(jù)采集、貯存、管理和分析的連續(xù)操作。在測(cè)繪方面的應(yīng)用主要依賴于通過(guò)計(jì)算機(jī)建立存儲(chǔ)，檢索，顯示以及制圖的過(guò)程。在當(dāng)今的信息社會(huì)，GIS因?yàn)橛兄谒旧硖攸c(diǎn)的優(yōu)勢(shì)。即是一種結(jié)合地理空間特征和統(tǒng)計(jì)信息的信息系統(tǒng)。使得它成為了信息高速公路上的信息節(jié)點(diǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施之一。

一、GIS的工作原理和功能

1.GIS的工作原理

GIS主要是通過(guò)對(duì)不同來(lái)源不同形式數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定原變量的坐標(biāo)位置，比如可以利用經(jīng)緯度以及海拔來(lái)對(duì)變量位置進(jìn)行標(biāo)注，有時(shí)也利用類似于ZIP地理編碼系統(tǒng)來(lái)定位變量在GIS系統(tǒng)中的坐標(biāo)，再組織生成能夠直接訪問(wèn)GIS的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)不同的運(yùn)營(yíng)商將地圖形式的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成可以識(shí)別的圖像或信息。

2.GIS的主要功能

（1）數(shù)據(jù)采集與編輯功能：地理對(duì)象的空間位置信息采集、屬性信息采集；地理信息輸入；地理信息數(shù)字化；地理數(shù)據(jù)的編輯、驗(yàn)證、編碼、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化；符號(hào)設(shè)計(jì)和地圖修飾；地理數(shù)據(jù)入庫(kù)。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能：地理數(shù)據(jù)庫(kù)定義、建立；地理數(shù)據(jù)庫(kù)操作，包括數(shù)據(jù)檢索、增加、修改、刪除等；地理數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)、備份和安全；地理數(shù)據(jù)庫(kù)更新和變更歷史記錄。

（3）空間查詢和分析功能：圖形屬性雙向查詢。根據(jù)地理對(duì)象的圖形查詢相應(yīng)的屬性信息；按照屬性信息的特點(diǎn)，查詢對(duì)應(yīng)的地理目標(biāo)。

（4）制圖功能：GIS可以根據(jù)地理數(shù)據(jù)庫(kù)地圖生成數(shù)字地圖，并對(duì)數(shù)字地圖進(jìn)行整飾，添加圖例、顏色和標(biāo)注，為用戶輸出全要素地圖；根據(jù)用戶需要，分層輸出各種專題地圖；可以輸出通過(guò)空間分析得到的結(jié)果圖。

（5）地形分析功能：GIS通過(guò)構(gòu)造數(shù)字高程模型（DEM）進(jìn)行有關(guān)的地形分析。其中包括等高線分析、透視圖分析、坡度坡向分析和斷面圖分析等。

二、GIS在測(cè)繪中的流程

1.數(shù)據(jù)的采集

GIS的操作對(duì)象是空間數(shù)據(jù)，無(wú)論是可見(jiàn)的還是不可見(jiàn)的，都是自然環(huán)境的一種表現(xiàn)模式，是數(shù)字化的現(xiàn)實(shí)世界，這是建立在對(duì)自然環(huán)境的抽象和描述基礎(chǔ)上。

由于計(jì)算機(jī)的數(shù)字化特征，空間對(duì)象須離散化的表達(dá)，即把空間對(duì)象抽象表達(dá)為點(diǎn)、線、面、體等具有位置和屬性特征的地理實(shí)體?？臻g地理數(shù)據(jù)無(wú)論是來(lái)源于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，還是來(lái)源于模擬數(shù)據(jù)，都需要與所使用的GIS軟、硬件相兼容。模擬數(shù)據(jù)，需經(jīng)過(guò)數(shù)字化才能輸入到GIS中；常用的模擬數(shù)據(jù)輸入方法有：手工數(shù)字化、自動(dòng)數(shù)字化（包括掃描）和鍵盤輸入等。計(jì)算機(jī)雖可閱讀和存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，但輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)格式與所用的GIS軟件不一致時(shí)，要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后才能輸錄入。GIS數(shù)據(jù)采集與輸入的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編輯功能。數(shù)據(jù)錄入和編輯就是各圖層實(shí)體的地物要素按順序轉(zhuǎn)化為x、y坐標(biāo)及對(duì)應(yīng)的代碼輸入到計(jì)算機(jī)中。

數(shù)據(jù)采集方法：

（1）定位設(shè)備：野外測(cè)量：大平板、全站儀、GPS；移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)特點(diǎn)：精度高、效率較低；適合范圍：小范圍GIS數(shù)據(jù)采集或局部數(shù)據(jù)更新；

（2）數(shù)字化設(shè)備：數(shù)字化儀、掃描儀；攝影測(cè)量設(shè)備特點(diǎn)：范圍大，速度快；使用范圍：大面積GIS數(shù)據(jù)采集、資源普查等；

（3）數(shù)據(jù)交換：針對(duì)GIS數(shù)據(jù)采集中屬性信息采用手工調(diào)查和數(shù)據(jù)處理工作復(fù)雜等導(dǎo)致效率低下的問(wèn)題，提出了基于AUTOCAD數(shù)字化采集GIS數(shù)據(jù)的方法。研究了將實(shí)體的屬性信息編碼進(jìn)行數(shù)字化調(diào)查的方法，解決了GIS數(shù)據(jù)在AUTOCAD圖形數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的問(wèn)題，以及將AUTOCAD下的GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入GIS的問(wèn)題，將大大提高了GIS數(shù)據(jù)采集的工作效率。

2.數(shù)據(jù)的處理

GIS數(shù)據(jù)的編輯處理主要包括：

（1）誤差識(shí)別與糾正，包括地圖和相片數(shù)字化過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，以及由于地圖或相片變形引起的誤差；（2）地圖投影和坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，以保證所有的地理數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的投影和坐標(biāo)系統(tǒng)；（3）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，即根據(jù)數(shù)據(jù)輸入格式和分析的需要，實(shí)現(xiàn)矢量到柵格或柵格到矢量的轉(zhuǎn)換；（4）數(shù)據(jù)的綜合概括，以刪去數(shù)據(jù)中不必要的細(xì)節(jié)；（5）圖幅邊緣匹配，以便于相鄰圖幅數(shù)據(jù)的合并或跨圖幅的空間分析。

3.GIS系統(tǒng)的空間分析

空間分析是基于地理對(duì)象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)，其目的在于提取和傳輸空間信息。GIS與一般的計(jì)算機(jī)輔助制圖（CAC/CAD）系統(tǒng)的主要區(qū)別在于GIS具有空間分析功能。GIS的空間分析是指以地理事物的空間位置和形態(tài)為基礎(chǔ)，以地學(xué)原理為依托，以空間數(shù)據(jù)運(yùn)算、為特征，提取與產(chǎn)生新的空間信息的技術(shù)和過(guò)程，如獲取關(guān)于空間分布、空間形成以及空間演變的信息。做好數(shù)據(jù)處理的預(yù)處理工作之后，GIS便可以利用得到的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行空間分析，對(duì)圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，從空間物體的空間位置以及相互關(guān)聯(lián)去對(duì)空間事物進(jìn)行研究以及定量描述。

空間分析的步驟：建立分析的目的和標(biāo)準(zhǔn)；準(zhǔn)備空間操作的數(shù)據(jù)；進(jìn)行空間分析操作；結(jié)合分析的目的和任務(wù)，對(duì)獲得的新空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；結(jié)果評(píng)價(jià)和解釋；產(chǎn)生最終的結(jié)果圖和報(bào)表模型。

三、GIS在城市測(cè)繪中的具體應(yīng)用

傳統(tǒng)的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方法缺少快速、準(zhǔn)確地輔助分析平臺(tái)，規(guī)劃設(shè)計(jì)者在工作中難以避免地從主觀出發(fā)，感性地分析處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息，這種規(guī)劃設(shè)計(jì)手法，一方面效率低、工作量大、易出現(xiàn)錯(cuò)誤，另一方面也導(dǎo)致了規(guī)劃設(shè)計(jì)中重結(jié)果、輕過(guò)程，重物質(zhì)規(guī)劃、輕社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素分析現(xiàn)象的產(chǎn)生，致使規(guī)劃成果內(nèi)涵不足、科學(xué)性難以準(zhǔn)確把握。

而GIS快捷的數(shù)據(jù)獲取能力、強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理和分析功能正是城市規(guī)劃業(yè)務(wù)所需要的。它與城市規(guī)劃緊密聯(lián)系在一起，已經(jīng)成為現(xiàn)代城市規(guī)劃設(shè)計(jì)不可或缺的輔助決策工具。GIS在城市規(guī)劃中不僅是數(shù)據(jù)庫(kù)，也是強(qiáng)大的工具箱。

使用了GIS系統(tǒng)，由此所得到的城市測(cè)繪數(shù)據(jù)十分的詳盡和準(zhǔn)確，極大地提高城市測(cè)繪工作的科學(xué)性。與以往的城市測(cè)繪工作相比較，具有很大的進(jìn)步。而且，這種測(cè)繪方式是基于計(jì)算機(jī)的，計(jì)算機(jī)具有高速的運(yùn)算能力和極強(qiáng)的邏輯能力，能夠在比較短的時(shí)間內(nèi)提供多種方案進(jìn)行比較和選擇，增加城市測(cè)繪方案的合理性。

另外，因?yàn)槭腔谟?jì)算機(jī)的，它能夠自動(dòng)生成表格和報(bào)告.數(shù)據(jù)庫(kù)的使用又使得刪補(bǔ)和更新變得十分的容易。GIS的使用也增強(qiáng)測(cè)繪人員對(duì)自身工作目的的準(zhǔn)確把握，即了結(jié)了如何做好測(cè)繪工作才能使得城市規(guī)劃得以順利進(jìn)行。

四、小結(jié)

GIS依托于地理學(xué)和測(cè)繪學(xué)，利用其算法和理論對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象變換和處理，對(duì)城市測(cè)繪工作的精度和效率都有很大的提升。本文對(duì)GIS在城市測(cè)繪中的應(yīng)用作了詳細(xì)的分析，闡述了它在城市規(guī)劃過(guò)程中的重要性，隨著GIS技術(shù)的優(yōu)化和發(fā)展不僅給測(cè)繪工作打來(lái)了很大的方便，而且進(jìn)一步推動(dòng)了控制測(cè)量技術(shù)的變革，極大地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展。

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（作者單位：杭州建德自來(lái)水有限公司）