地理信息系統(tǒng)在工程測繪中的應(yīng)用

張祥

摘? 要：土木工程項目測繪涉及大量地理信息的管理、分析和集成，以確保工程項目的完成。這些數(shù)據(jù)包括各種信息，例如詳細設(shè)計圖、詳細的制圖、空中攝影、地質(zhì)調(diào)查、人口信息、交通流量和環(huán)境模型，相關(guān)工作人員處理的數(shù)據(jù)日趨復(fù)雜，數(shù)據(jù)的性質(zhì)、來源和用途完全不同。GIS是一個計算機化的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可以對空間數(shù)據(jù)進行捕獲、存儲、檢索、分析和顯示。因此，將GIS引入到工程測繪中能夠不斷提升工程質(zhì)量，促進我國建筑行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：GIS;工程測繪;實踐應(yīng)用;數(shù)據(jù)處理

中圖分類號： P208? ? 文獻標志碼：A

GIS搜索數(shù)據(jù)庫和執(zhí)行地理查詢的能力徹底改變了科學和商業(yè)的許多領(lǐng)域。在決策過程中它是無價的。信息可以以地圖和隨附報告的形式簡潔明了地呈現(xiàn)，使決策者可以專注于實際問題，而不必試圖理解數(shù)據(jù)。因此，使用GIS變得越來越重要。特別是在工程測繪中，通過實踐證明，將地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于工程測繪中，能夠有效提升各類數(shù)據(jù)的準確性?；诖?，該文重點分析了地理信息系統(tǒng)技術(shù)在工程測繪中的具體應(yīng)用。

1 地理信息系統(tǒng)簡述

地理信息系統(tǒng)（GIS）集成了硬件、軟件和數(shù)據(jù)，用于捕獲、管理、分析和顯示所有形式的地理參考信息;GIS允許用戶以多種方式查看并理解可視化數(shù)據(jù);以地圖、地球儀、報告和圖表的形式揭示地理信息之間的關(guān)系。此外，GIS還以快速理解和輕松共享的方式查看數(shù)據(jù)，從而幫助用戶回答問題和解決問題[1]。因此，GIS技術(shù)可以應(yīng)用于任何信息系統(tǒng)框架中。在實踐中，GIS最常與地圖關(guān)聯(lián)，但是地圖只是在GIS中處理地理數(shù)據(jù)的一種方式，并且是GIS生成的一種產(chǎn)品。與使用簡單的映射程序或?qū)?shù)據(jù)添加到在線映射工具相比，GIS可以提供更多的解決問題的能力。無論是研究還是應(yīng)用，都可以通過以下3種方式查看GIS。

1.1 數(shù)據(jù)庫視圖

GIS是世界上一種獨特的數(shù)據(jù)庫-地理數(shù)據(jù)庫（地理數(shù)據(jù)庫）。它是“地理信息系統(tǒng)”。根本上，GIS是基于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫的，該結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫以地理術(shù)語描述了世界。

1.2 地圖視圖

GIS是一組智能地圖和其他視圖，這些視圖顯示了地球表面的特征和特征關(guān)系?？梢詷?gòu)建基礎(chǔ)地理信息的地圖，并將其用作“數(shù)據(jù)庫的窗口”，以支持信息的查詢，分析和編輯。

1.3 模型視圖

GIS是一組信息轉(zhuǎn)換工具，可從現(xiàn)有數(shù)據(jù)集中獲取新的地理數(shù)據(jù)集。這些地理處理功能從現(xiàn)有數(shù)據(jù)集中獲取信息，應(yīng)用分析功能，并將結(jié)果寫入新的派生數(shù)據(jù)集中。

在過去的幾十年中，計算機科學領(lǐng)域的一些發(fā)展幫助實現(xiàn)了GIS概念。當然，最重要的一項是1940年代數(shù)字計算機的發(fā)明。1963年，軟件和硬件系統(tǒng)的引入催生了計算機輔助設(shè)計（CAD），這對自動地圖繪制系統(tǒng)的開發(fā)產(chǎn)生了很大的影響。接下來，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的影響出現(xiàn)在1970年代。近年來，在分布式處理系統(tǒng)等領(lǐng)域中的快速發(fā)展繼續(xù)塑造著下一代GIS[1]。由于諸如衛(wèi)星掃描系統(tǒng)之類的計算機技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展以及數(shù)字形式圖像的增加，這些系統(tǒng)中的大多數(shù)都依賴于從地圖中獲取的數(shù)據(jù)，并且可以根據(jù)選定的投影進行處理以獲得地理或網(wǎng)格坐標中所需的本地信息，如Arc Info、Kern Maps 200;用于分析繪圖儀的計算機輔助數(shù)據(jù)編輯以及用于地理信息系統(tǒng)的INFOCAM等。

2 工程測繪面臨的挑戰(zhàn)

工程測繪作業(yè)約占所有測量作業(yè)的60% ，工程測繪的基本目標是： 提供布置樁（水平和垂直方向都有），施工人員可以準確有效地利用這些樁來布置建筑物或工程項目; 在工程項目的整體范圍內(nèi)提供一幅地圖，顯示工程項目的最終位置及配置，并在工程項目設(shè)計中加入任何更改，即竣工地圖。在實踐中，除了正確應(yīng)用基本測量原則和遵循既定目標外，沒有嚴格的程序來規(guī)范工程測繪學[2]。因此，在采用任何特定程序進行建筑勘測前，必須考慮項目的類型、工程地點的環(huán)境、施工隊伍的要求和經(jīng)濟實力。實際上，許多工程測繪學程序取決于個別測量師的動機和資源，以最低費用向建筑商提供足夠的資料給客戶。

在特定工程的設(shè)計和施工之前，必須進行廣泛的測量。工程項目場地的物業(yè)界線必須為采購目的而繪制地圖，而該區(qū)域的地形圖則須用作能見度研究及協(xié)助工程師制定工程項目設(shè)計。為完成地產(chǎn)和地形工程而建立的調(diào)查網(wǎng)絡(luò)將包括水平和垂直控制，如果有額外的補充，測量人員應(yīng)注意合理地確定位置，以便最大限度地發(fā)揮作用，不僅用于初步測量，而且用于隨后的建筑測量，供建筑工人有效使用[2]。在整個建造期間，測繪是工程項目管理的基礎(chǔ)，是收集、評估和更新工程項目地理空間數(shù)據(jù)的重要工具。

在當今時代，測繪在工程項目建設(shè)的不同領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。工程測繪是竣工文檔以及現(xiàn)有環(huán)境下的規(guī)劃和施工的重要元素。過去，雖然一些主要的測量儀器用于整個數(shù)據(jù)收集過程，但是現(xiàn)在數(shù)據(jù)和傳感器的集成起著至關(guān)重要的作用[3]。特別是數(shù)字數(shù)據(jù)的可用性改變了用于數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)、分配和管理測量輸出的操作流程。在工程項目建設(shè)中，詳細的3D數(shù)字地圖極為重要，因為必須考慮建筑物和城市環(huán)境的更多方面，例如與能效相關(guān)的方面。隨著時間的推移，建筑物和土地的變化也引起了人們對制圖過程的極大興趣，不僅要擁有最新的三維空間數(shù)據(jù)庫，而且還要在4D數(shù)字地圖中保留演變過程的記錄。在某些情況下，地理數(shù)據(jù)需要通過Internet被廣泛的用戶訪問，Internet已經(jīng)開發(fā)了Web服務(wù)以允許人們與地圖和地理編碼數(shù)據(jù)進行交互[3]。此外，幾種在線地圖服務(wù)的可用性允許通過支持商業(yè)應(yīng)用程序和基于位置的服務(wù)（LBS）創(chuàng)造附加值。眾包信息可以由用戶連續(xù)上傳，以驗證，整合和更新現(xiàn)有的地理數(shù)據(jù)。大型設(shè)施管理網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要對其地理參考進行精確的調(diào)查，并與土地管理采用的其他數(shù)字地圖檔案重疊。在此類應(yīng)用中，以集成方式使用地理信息系統(tǒng)（GIS），實時GNSS和探地雷達系統(tǒng)來測量地下物體。對于土地管理中的安全問題，也采用了現(xiàn)代測量技術(shù)，包括土地安全評估，應(yīng)急管理。

工程測繪面臨新的挑戰(zhàn)。過去，調(diào)查的結(jié)果通常是二維CAD圖，其中描述了平面圖、剖面和視圖。相比之下，GIS依賴于基于面向?qū)ο蟮慕７妒降臄?shù)字三維建筑模型，該模型包括語義、描述性數(shù)據(jù)以及建筑元素之間的關(guān)系。這種整體建筑建模方法還影響了工程測繪和數(shù)據(jù)處理的測量工作流程。建筑物測量的基礎(chǔ)是采用單點方法的地面測量技術(shù)（手動測量，測速）或空中測量方法（攝影測量，激光掃描）與適當?shù)臏y量軟件結(jié)合使用。同樣，空間數(shù)據(jù)捕獲（UAV、多傳感器和移動制圖系統(tǒng)）方面的新發(fā)展也依賴于這些基本方法。

3 地理信息系統(tǒng)在工程測繪中的具體應(yīng)用

3.1 研究現(xiàn)狀

現(xiàn)代工程測繪學繼承了古典測量學嚴格而相對穩(wěn)定的學科，建立在經(jīng)過時間考驗并得到證實的技術(shù)的堅實基礎(chǔ)上。在過去的30年中，技術(shù)和數(shù)據(jù)采集方法的數(shù)量急劇增加[4]。一方面，傳統(tǒng)的光學儀器得益于與計算機和電子設(shè)備的集成;另一方面，地面站、移動地面車輛和低空飛行平臺（例如，直升機和無人飛行器）都可以使用新的傳感器技術(shù)。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的精確定位和導航不僅徹底改變了測繪的方法，而且對日常生活和整個社會都產(chǎn)生了令人印象深刻的影響。由于集成了不同的傳感和定位系統(tǒng)，移動制圖技術(shù)提高了通信道路和城市環(huán)境的高分辨率地圖的生產(chǎn)率。數(shù)字攝影和激光掃描傳感器可用于快速采集密集點云，這些點云可用于對地形、建筑物、民用建筑和基礎(chǔ)設(shè)施以及任何其他自然或人造物體進行建模。

3.2 實踐應(yīng)用

隨著項目的日益復(fù)雜，經(jīng)常需要多學科的相互作用，引入有效的數(shù)據(jù)管理和共享解決方案。由于最近的發(fā)展，GIS已被充分證明是一種用于復(fù)雜對象的3D數(shù)據(jù)采集和建模的強大而廉價的工具[4]。GIS為土木工程師提供了用于創(chuàng)建、管理、分析和可視化所有類型地理信息的工具。現(xiàn)在，低成本數(shù)字技術(shù)的可用性將其應(yīng)用擴展到了大范圍的工程測繪中，土木工程師已經(jīng)在每個應(yīng)用領(lǐng)域和各個方面都使用GIS，無論是在現(xiàn)場還是與他人協(xié)作。因此，在工程測繪中正確使用GIS的基礎(chǔ)理論知識是必需的。

以北京固體廢物管理為例，城市垃圾嚴重影響了北京這個文明城市的發(fā)展，必須以對環(huán)境安全的方式收集和處置固體廢物。GIS可以將潛在的垃圾填埋場置于對居民健康無害的位置，并確保了可持續(xù)固體廢物管理。處置地點是基于GIS的約束映射，以消除對環(huán)境不利的地點，并限制進一步反射的地點數(shù)量。在實踐中，坡度、道路、地質(zhì)、地形、排水是基礎(chǔ)環(huán)境參數(shù)，借助GIS和模糊邏輯確定合適的垃圾場。此外，為了最大限度地減少北京的交通堵塞，對公交線路進行規(guī)劃和優(yōu)化，可以極大地提高公交車的吸引力，增加公交出行率，從而減少交通擁堵。基于GIS的公交車站工程設(shè)計，考慮到了交通使用者的人身安全，并處理了交通?？空舅幍妮^大環(huán)境的性質(zhì)，對公交站點布局進行了空間搜索、最短路徑選擇等分析。通過GIS的優(yōu)化，北京市的公交車站可以減少117個站點。

4 結(jié)論

綜上所述，GIS已經(jīng)成為處理空間數(shù)據(jù)的標準工具。GIS添加多媒體資料和替代搜索技術(shù)，使該系統(tǒng)成為了針對不同用戶的有效工具。在短短幾年間，從靜態(tài)的平面視圖逐漸演變成一個動態(tài)的、不斷更新的相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)，其中含有大量的地理參考信息，為工程測繪提供了有效的土地信息系統(tǒng)。在實踐中，在工程測繪中應(yīng)用GIS ，能夠促進并確保大型土地信息系統(tǒng)的可靠性和完整性，促進測量專業(yè)人員之間的合作;能夠在土地信息系統(tǒng)的開發(fā)和使用中合理應(yīng)用測繪原理;促進土地信息系統(tǒng)的開發(fā)、運營和使用，確保工程測繪順利進行。

參考文獻

[1]胡耀輝，姚正明，劉爽.淺析工程測繪中測繪新技術(shù)的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2018，41（6）：177-179.

[2]安佰強，林琪軍.GIS技術(shù)和數(shù)字化測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用研究[J].住宅與房地產(chǎn)，2018（15）：29.

[3]張永林，任曉乾.數(shù)字化測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用探究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2018（13）：89.

[4]阿布都吉力力·吐爾遜.工程測繪中GIS技術(shù)和數(shù)字化測繪技術(shù)的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（7）：127.