地理信息系统在城市测绘中的应用

2022-12-29张峻熹

智能建筑与智慧城市 2022年8期

张峻熹

（银川市勘察测绘院）

1 引言

随着人们物质生活水平的提升，老百姓对城市建设有了更高要求。城镇化进程的加快也给城市建设的高质量发展提出挑战。在大数据和云计算等数字科技的发展下，引入地理信息系统的城市测绘工作为优化城市用地布局、提供更为精准的地理信息数据奠定了基础。技术的发展使城市测绘可以更好地使用机器设备，提高测绘的精度和工作效率，在城市测绘中引入地理信息系统，可有效进行地理空间的三维数字建模，直观统筹规划城市地块功能布局。

2 相关概念

2.1 地理信息系统的概念、功能

GIS 即地理信息系统，它可以在包括大气在内的所有自然资源分布资料中，利用位置和地理资讯为中心，进行综合搜集、存储、控制、核算、分析、外显和概述作业。GIS 是地理信息采集、处理和显示的一项关键技术，具有较高的信息采集精度和使用方便等优点，可为地理信息系统的综合规划和信息开发等研究工作奠定基础。GIS系统采用计算机技术和云计算技术，对集成的数据进行统计和分析。

GIS 能够采集到大量的地理数据，并对地面物体进行定位，从而完成城市的规划。GIS 地理空间参数的类型和形态变得更为丰富，包含了城市内的地形地貌、城市区域内的资源检测与网络布局，其内部的数据量巨大，可以为技术工作者提供更好的查询和借鉴。当前，在很多城市的地下管道和新区的发展过程中，都使用了GIS 技术来进行检测和模型的撞击试验，这对提高规划的科学性是非常必要的。在GIS中，还可以进行多个节点的快速绘制，避免了手工操作时的不准确和效率低下，使信息的录入、存储和获取变得更加方便快捷。这些优点既符合了测绘项目的精度，又为后期建设项目的信息网络奠定了坚实的基础。GIS 是一项综合性强、技术性强的新兴技术，它包括地理学、计算机信息技术、遥感技术等多种信息技术[1]。

2.2 地理信息系统的原理、架构

GIS 的数据收集和加工依托于空间卫星和遥感技术，在确定目标后，可使用遥感的影像和波获得地面数据，然后将所获得的数据和影像进行整合，从而形成一个GIS 的数据库，然后将所有的数据结合起来，形成一个网格状的三维空间。而这种以电磁辐射为媒介的遥感技术，在采集数据的时候，不会受到周围的环境的干扰，所以在使用的时候更容易普及。

地理信息系统包括计算机硬件系统的处理、测绘软件的设计两个部分。

1）计算机硬件系统的处理

计算机硬件系统的处理，一方面是为了保存城市的地理资料和工作过程，尽量收集有用的资料，另一方面是为了支持不同的计算方式，挖掘出有用的资料，进行可视化的研究。在此过程中，前台处理包括业务处理、数据采集和输入，还要求更先进的可视化技术，比如数据驱动模块等。

2）测绘软件的系统设计

测绘软件的系统设计主要是将前端录入的GIS数据进行匹配、整理和处理，并将其作为GIS的一个重要内容，包括计算层、检索层、数据处理层和数据交互层。设计主要内容有利用信息序列和中介层，对海量数据进行优化，避免数据重复和冗余，提高集群的稳定性、准确性和灵活性；与其他平台的数据处理平台进行兼容，确保数据的完整性和可延展性。

2.3 在城市测绘中应用地理信息系统的意义

2.3.1 空间分析和查询

在城市测绘工作中，利用层次化的方式实现了地图的建立，从而确保了后期的地图建设与管理更加有效和方便。采用层次化的技术，能够迅速地将生成的影像资料进行数据的解析与检索，最终的数据分析与检索是以原图形式呈现的，便于技术工作者进行数据的分析与查询。

2.3.2 模糊预测和分析评价

将GIS 应用于城市测绘，不仅能够收集、整理、分析数据，还能利用科学的计算手段，将数据进行全面的分析与评估，并通过数理函数与指令的形式呈现出来，既能提高精度，又能为以后的其他测量工作提供借鉴。另外，通过GIS的相关数据处理，可以精确的预报出可能发生的各类问题，从而为技术工作者提供有效的预防手段，确保其运行的安全和稳定。

2.3.3 具有更高的测量效率，测绘质量有保障

地理信息系统应用于城市测绘，不需估算资料，不需调整设备，不受外界气候、地形等影响，能确保工作的高效性，尤其是在地形地貌的勘察中，利用GIS技术，可以大大地提升测量的速度，并能迅速的将被测地区的地形图绘制出来，增加了测量的速度。

2.3.4 抗干扰性强

GIS 是现代信息化技术的综合运用，有着许多常规测绘技术无法比拟的优势，与其他技术相比，GIS 的应用具有很高的抗干扰性，可以降低现实环境中的外部环境影响，从而提高测绘工作的质量[2]。

3 地理信息系统在城市测绘中的应用分析

地理信息系统是一种类型较为新颖的空间新相机技术，它将现代计算机与地球科学的优点结合在一起，与遥感和全球卫星定位技术互补。利用遥感数据和全球卫星定位数据，建立起一体化的信息收集和处理平台。利用海量数据存储系统，实时监测和处理自然资源地图的有关数据，并不断叠加数据，输出结果，提高自然资源测绘工作的效率。

3.1 城市测绘中地理信息系统的核心技术应用

3.1.1 低空摄影测量系统

目前，GIS 在城市测绘中的运用技术手段多种多样，其中最常用的就是低空摄影测量。这种技术是利用摄像头和自动驾驶的无人机进行摄影，在照片拍好后，根据照片上的细节，进行绘制。使用低空摄影测量，是根据影像所显示的影像资料，建立一个三维的立体都市，然后通过多种资料的调整，最后才能构成一个城市的整体模型。

3.1.2 倾斜摄影测量系统

倾斜摄影技术是一项新的技术，它以倾斜成像技术为基础，结合遥感、信息、航天技术等技术，在空中架设摄像机，实现多角度、多层面精确地获取地图对象信息，并对其进行数据模型化。在实践中，需要进行几方面的工作：①在拍摄时，无人机所提供的影像应为真实的彩色数码影像；②采集到的真实数码影像本身的分辨率要符合测绘的精度，以保证其清晰度和对比度符合实际测量的条件，拍照过程的重叠程度与数据分析要求相契合。与常规方法相比，倾斜照相技术具有很大的优越性，它具有可测量空间大、造价低廉、测绘水平高、测绘质量高、测绘质量高等优点，在我国的城市发展中占有重要地位。

3.1.3 LIDAR系统

LIDAR 技术广泛用于一些传感器，它的目的是通过测量激光波段的状态，通过对回波信号进行计算，从而有针对性地进行测量。在进行城市规划时，要有专门的工作人员对其进行细致调查，有效地将其所含的信息进行有效地加工，并通过充分利用LIDAR技术对特定的频谱进行解析。

3.2 实现对地理数据的搜集、分析和城市空间分析

随着城市化的加速，城市的各种职能越来越多，利用GIS进行城市测绘，首先要收集、分析和处理大量的数据，以达到对数据的客观、准确的反映。GIS可以把一个城市的物理对象分为两大类：①以建筑、街道等有形的有形实体；②需要进行连续的测量，例如高度和长度等。在空间测量资料的存储方面，主要有两种形式：一种是行列型的网格存储方式，另一种是点、线、面三种形式的存储方式。在实践中，GIS具有很好的数据处理功能，利用空间统计学、几何学等技术对其进行分类、分析，并根据实际的城市规划进行修改，确保其准确性和有效性。GIS 的空间解析基于地理物体在空间上的定位和形状，其终极目标就是获取和传输空间信息，与传统的电脑绘图技术相比，GIS具有更高的数据处理功能，其基本理论就是将地理信息转化为一种数字化的空间信息[3]。

3.3 实现测绘数据的重组

为了克服目前我国城市测绘中所面临的各种问题，目前已有大量的结构性模型，例如统计分析、位置定位模型、启发式算法等。GIS 实际使用需选择合适的模式，要符合GIS的要求，便于将其引入到管理体系中。在实际应用中，GIS 数据平台应确保其可操作性，并进行数据的整合，并结合各地区的空间信息。通过连接、拼接、拓扑等不同的方法进行了重组，选择最合适的组合方式，以确保最大限度地发挥信息的使用效率。

3.4 实现数据化测量

在城市的建设中，利用GIS进行测绘，可以使建筑单位获得更加准确、丰富的资料，从而为城市的发展提供有利的环境。在常规的测绘工作中，由于资料的分析和加工容易产生错误，导致测量工作容易出现误差。利用GIS 技术可以将错误最小化，得到精确的资料。地图信息是一个城市发展的基础，根据其独特的地理信息特性，可以根据地理位置提供各种数据，通过地理位置和时间的整合，实现融合和关联。GIS 为城市数据处理、数据推理和数据使用等方面的支撑，使数据表达更加直观和准确，使公众获得更多的数据。利用GIS 技术，可以很容易获取时间和地点信息，从而为人们提供有意义的信息。随着云计算技术的发展，可以通过各种途径获取城市的实测资料，发掘其内在的特征和联系，从而使数据进行分析和仿真，并进行有效共享。

3.5 数据仓库与空间数据挖掘

目前GIS 中使用的是自动化的资料收集工具。城市测绘获取大量的数据，能够将各种类型的数据保存到数据库中。而对于大量的地理数据，则要求构建数据仓库，通过数据挖掘将大量的地质数据抽取出来，从而使GIS 从操作模式走向分析模式。数据仓库的建设为处理大量的空间信息提出了一种新的途径。利用地理信息系统可以对各个区域的空间单位进行分组和分类。传统的划分方法多为二进制逻辑，划分出明确的边界，基本的空间单位（或网格）仅为具体的空间类型。另外，空间分类法也是以空间的认识为基础，利用GIS进行空间数据存储、表达和管理。通过GIS 的分析，可以提高对地质问题的处理效率。GIS 的运用是建立在数据仓储基础上的，空间解析与数据挖掘可以密切结合，利用GIS数据可以有效的对空间数据进行有效的存储和管理，将大量的空间数据转化为更具价值的信息。