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浅析地理信息系统在测绘中的应用.rar

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    编号:20180915222317537    类型:共享资源    大小:52.46KB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    浅析 地理信息系统 测绘 中的 应用
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    编号:09009410629南阳师范学院 2013 届毕业生毕业论文(设计)题 目:浅析地理信息系统在测绘中的应用完 成 人: 宋阳梦 班 级: 2009-06 学 制: 4 年 专 业: 测绘工程 指导教师: 张海军 完成日期: 2013-04-19 目 录摘要 .................................................................................................................(1)0 引言 .............................................................................................................(1)1 GIS 与现代测绘 ...........................................................................................(2)1.1 数据采集受外因影响较小 ............................................................................(2)1.2 测量效率和精度高 ......................................................................................(2)2 地理信息系统在测绘中的应用 ....................................................................(3)2.1 GIS 技术在测绘中的应用 ............................................................................(3)2.1.1 数据采集中的应用 ..............................................................................(3)2.1.2 数据管理中的应用 ..............................................................................(4)2.1.3 数据处理中的应用 ...............................................................................(6)2.1.4 数据共享中的应用 ..............................................................................(7)2.2 GIS 在测绘中的具体应用实例 ......................................................................(7)2.2.1 在军事上的应用 ..................................................................................(7)2.2.2 在房产测绘中的应用 ...........................................................................(8)3 GIS 应用于测绘发展展望 ............................................................................(8)参考文献 .........................................................................................................(9)Abstract.........................................................................................................(10)第 0 页 (共 10 页)浅析地理信息系统在测绘中的应用作 者:宋阳梦指导教师:张海军摘要:传统的经纬仪及测距仪等测绘方法阻碍了测绘的发展,本文探讨了地理信息系统是如何提高测绘的速度和数据处理能力。在简略介绍了地理信息系统特点优势的基础上,重点分析了地理信息系统在测绘上的应用。从数据管理到数据分析,都表明地理信息系统作为测绘的辅助工具,能够为测绘 的高效率提供保障。关键词:地理信息系统;测绘;应用;高效率 0 引言地理信息系统,简称 GIS。我们可以简单理解为地理信息系统是处理地理信息的系统。地理信息是表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、性质、关系、分布特征和规律的数字、文字、图像、图形信息的总称,又常称为空间信息。一般来说,GIS 可定义为:“用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统,可解决复杂的规划和管理问题的信息系统” 。从 GIS 系统应用角度,可进一步定义为:GIS 由计算机系统、地理数据和用户组成,通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析,生成并输出各种我们想要挖掘的信息,从而为土地利用、资源评价与管理、经济建设、环境监测、交通运输、城市规划以及政府部门行政管理提供决策,为工程设计和规划、管理服务 [1]。GIS 作为一个交叉学科对测绘具有极其重要的作用,首先 GIS 作为数据管理的工具,能够为测绘所得到的数据建立数据库,存储和管理数据。其次 GIS具有很好的绘图功能,能够把测绘得到的地形数据和其他类型的数据显示出来,能够抽象的显示出地形的二维和三维信息,从而为观察者和决策者提供服务。另外 GIS 主要是在空间处理、空间统计、空间分析和决策方面具有特殊的功能。简单的矢量化、地图制作只是 GIS 系统的基本功能。GIS 的重要性是由它的应用能力来决定的。也就是它的空间分析、空间查询、空间统计、数据库的建设和管理等功能。当前随着测绘技术的进步,地形图的更新周期越来越短,速度越来越快,使得传统的管理方式显得相对滞后。地理信息系统应用到测绘方面,不仅能提高测绘的速度和精度,也能加速地理信息系统的发展及其应用。第 1 页 (共 10 页)1 GIS 与现代测绘GIS 应用在测绘上,GIS 的许多技术优势得到应用,GIS 的数据管理能力最为测绘所接受和利用,同时 GIS 的数据查询、显示和空间分析能力也为测绘数据的处理和应用发挥了自己充分的优势。GIS 以其强大的功能正被测绘行业所利用,所以,GIS 的技术优势也将有很好的发展空间。GIS 应用在测绘上主要贯穿于下列方面。1.1 数据采集受外因影响较小在以往传统的测绘工程中,光照、气温和人为等因素都会使测量结果产生误差,均会对测量工作造成一定程度的影响,尤其是在高地或是山区密集的区域,很难进行测量工作,有时甚至无法进行测量工作,从而需要改进测量方法或者进行内业的处理。仅能凭借插入法及等高线等手段予以估测,致使测量精度不足。另外,如果遇到暴风雪及暴风雨等天气时,测量及施工控制等环节均会受到一定的影响,尤其是当需要进行实时观测时,传统的测量工作就无法正常进行。地理信息系统(以下简称 GIS)主要结合 GPS 进行卫星监测,由于卫星脱离大气层,位于太空之中,故此其在进行测量时受到地理地貌以及天气气候的影响较小,具体的测量工作也仅需使用接收器来完成,因此获得的数据较容易且结果较好。1.2 测量效率和精度高由于 GIS 系统采用的卫星测量,地面仅需设置接收器即可,所以,无需进行观测、调节、调平以及估读等环节,GIS 将卫星定位和遥感技术整合了起来,尤其适合于大型建筑的高精度测绘,在 GIS 测绘模式中,传统的定点和调平全部由测量设备与卫星之间的信号调节自动完成,不仅速度快,而且精度高,使传统测量中的人工定位和调平对中误差趋于零。操作方面,GIS 集成的计算机模块可以实现数据自动通信,而操作人员只需要将 GIS 测绘系统移动至水准点或顶点位置即可,这样读数和操作就减少了误差。而在测绘精度方面,目前卫星定位技术可以满足所需的测量精度,其误差可以忽略不计。不仅如此,GIS 系统可以自动将测绘点形成回路,通过操作者输入的检测标准,对测量数据进行分析和判别,可以快速发现当中的坏数据以备进一步复查。定位、对中、读数、操作和测量误差都非常低,使得 GIS 在现代高精度测绘中的运用很广,测绘成果的可信度也提高了。卫星测量基本不受外界自然因素的影响,从而使得测量工作的工作效率大幅提升,特别是在测绘地形图时,可同时采用多台仪第 2 页 (共 10 页)器进行分组测量,并且能够迅速绘制出所测地形的详图,降低了作业时间,测量效率要比全站仪高的多。在传统的建筑领域测量当中,无论是何种等级的测量,基本都存在毫米级的误差,而且测量的准确程度还与现成作业人员的工作态度有直接关系,小小的误差就有可能对测量结果产生较大的影响。而 GIS 系统在测量方面完全与传统测量方式不同,其与 RS 结合,通过环绕地球的卫星进行平面扫描,而测量人员只需要利用接收设备便可获取到相关测量数据,这样不仅有效地防止了人为误差的产生,也使测量的精确程度较之以往有了很大程度的提高 [2]。2 地理信息系统在测绘中的应用2.1 GIS 技术在测绘中的应用测绘是一项复杂的工作,对于地形进行测绘是一项繁重而又复杂的工作,GIS 在测绘方面的应用主要依赖于通过计算机建立地理数据库,把各种地理信息按照空间分布以及属性,以一定的格式输入、存储、检索、显示以及制图的过程。把地理环境中各种信息数据,包括地理空间分布状况以及所具有的属性数据进行栅格和矢量存储,对数据进行所需处理和分析,并建立有效的数据管理系统。最后通过数字或者图像将结果直观地显示出来。地理信息系统管理以及处理对象是多种地理空间实体数据以及关系,对一定地理区域内分布现象以及过程进行分析和处理,将复杂的规划、决策以及管理问题借助于计算机进行计算分析,它的运用必须依赖一系列的软件以及硬件设施,实现数据综合、模拟、分析与评价。通过这个过程,可以挖掘到我们想要的信息以及其中所隐含的信息数据,实现地理空间过程演化和预测,从系统的观点出发,立足于整体,统筹全局。采用定性或者定量的方式,将系统分析与系统应用有机的结合起来,因此得到的结果较为精确。GIS 具有的的地理空间分析能力,空间定位搜索查询能力,能够提炼出常规方式无法获取的重要数据,达到为空间模拟和空间决策支持的目的。总的来说,GIS 的特点优势表现在很多方面。2.1.1 数据采集中的应用测绘的准备阶段,需要对现实世界客观对象进行不同的抽象和离散,以连续对象实体在 GIS 中分别以栅格以及矢量两种方式存储在系统数据库中。在数据收集时,传统做法是通过聚酷薄膜地图上或者纸上现有的数据,经过扫描第 3 页 (共 10 页)数字化或者跟踪数字化来生产数字数据。现在比较方便和快速的做法是借助于GPS 全球定位系统,得到相应的位置坐标,然后直接输入到 GIS 中进行相应的处理,也可以通过遥感技术来完成数据的采集工作。在多个平台上附带的有摄像机,激光雷达以及数字扫描仪构成的多个互联的传感装置,并结合航空器以及卫星所搭建的数据处理平台,将主要来源于航空照片以及图片判读的数字数据进行特征选择,然后以二维或者三维的形式对数据进行捕捉,进一步将数据传输到相应的软拷贝系统。遥感则是利用不同的传感器,包括被动测量和主动测量,主动遥感由主动传感器发射出去的电磁波或者无线电波经过反射进入到传感器,被动测量则是直接接收地面反射的电磁波,经过去噪、纠正等一系列的处理后,进而将属性数据输入到 GIS 系统中。2.1.2 数据管理中的应用测绘为 GIS 提供了必要的地理信息数据,在这些数据的存储中,GIS 为其提供了一个存放信息的框架。地理空间框架是一个存放与地理空间位置有关的各种信息的架构,是整合这些信息的地理定位基础。地理空间框架的核心就是基础地理信息数据库,因为这些数据库为各个领域的信息化建设和人们处理自然、人文社会、经济环境等提供各种各样的信息资源,提供统一化、标准化、科学化的基础地理信息公共平台 [3]。GIS 系统能够通过多种方式对地理信息进行录入,并且还可以对数据库进行有效地管理和维护。最为重要的是 GIS 可以快速准确的对所需要的数据进行查询、检索和分析,进而提供给决策者所需要的各种地理空间信息。通过 GIS 系统能够有效地实现地理数据信息管理。测绘中需要记录的数据种类繁多,不仅要记录位置数据,还要记录属性数据。这就要求 GIS 能够建立一个必要的数据库来管理这些数据。在城市测绘中,主要涉及到用点来表示的实物信息有城市道路路段上的桥、城市道路交叉口等,主要涉及到用线来表示的实物信息有城市道路中线、城市道路边线、通讯线的走向等,主要涉及到用面来表示的实物信息有道路周边的建筑物(比如公园、学校、医院、企事业单位等) 。可以把上述所有关于点、线、多边形相关的实物合理地分层组织:首先通过软件建立一个地理信息数据库,在地理数据库中建立城市测绘点要素集,其中包括的特征类有城市道路交叉口、桥、城市道路周边建筑物位置等,同样在相同的地理数据库中建立一个线要素集,其中包括的特征类有路边线中线、电力设备、电力线、通讯线等,再建立一个面要素集,包括建筑物等公共设施。第 4 页 (共 10 页)GIS 不仅可以对数据进行建库存储,还可以对数据进行显示,在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构,而各个专题型实体型之间的联系是通过属性码进行的,为地理系统各圈层之间的综合研究提供了可能。GIS 的数据具有数字化,可以直接利用实测数据,也可以利用数字化仪进行扫描或跟踪数字化,最后对数据进行编辑处理后,形成数字地图。数字地图的优点:(1)可以进行任意比例尺、任意范围的绘图输出。(2)可以方便地对地图要素进行任意形式的组合、拼接, 形成新的不同用途的各种专业地图。(3)可以容易地进行修改与更新, 缩短成图时间,容易进行地图更新。(4)可以很方便地与卫星影像、航空照片等其他信息源结合, 生成新的所需的图形信息。(5)可以利用数字地图记录的信息, 派生新的数据, 如地图上等高线表示地貌形态, 非专业人员很难看懂, 利用数字地图的等高线和高程点可以生成数字高程模型, 将地表起伏以数字形式表现出来,能够用三维显示的方式直观立体地表现地貌形态。可进行缩放编辑形成任意比例尺的可视图,还可以进行分层编辑,针对不同层次的地图储存不同的地图要素。然后,可以用不同的层次顺序输出内容、进行组合,也可以编制出不同用途的专业地图,修改十分方便. 在 CAD 环境下,还可以对基础图内容实行特殊的配置注记,进行设计、量算和修改 [4]。通常,地图特征的图形表达有以下几种方式:单一的符号、单一值地图、用类似于人口的字段属性来表达数量(颜色分级、符号分级和密集度分级) 、相关多种属性的表达。用单一的符号可以展示地图上某一类事物的特征分布的密集程度,从而清晰地表达出分布情况。在城市测绘中,可以用点表示城市居民居住点以及居住密度的分布情况,这样就可以用点的密集程度来直观表达居民居住的分布密集程度。同样,道路可以用线的特征来表示在区域内道路网密集程度。对于上述每个区的居民密集程度的表示,也可以先统计每个区的居民人数,然后按照一定的标准划分,用分层设色法来表示每个区的居民居住情况,反映居民居住情况的梯度分布,并且还可以用符号本身的大小来表示居民分布情况。同样的,城市道路交通也可以通过交通量的统计之后,跟据交通量的范围分类对城市道路进行等级颜色分类或者其他显示方式 [5]。2.1.3 数据处理中的应用第 5 页 (共 10 页)在测绘中,地理数据一般具有三个基本特征:属性特征(非定位数据) 、空间特征(地位数据)和时间特征(时间尺度) 。地理数据特征的专题属性信息可以存储于 FAT 表中,也可以存储在其他多个数据表中,后者通过对象标志码与 FAT 联系。从空间信息检索专题属性信息,或从专题属性信息检索空间信息的实现就依赖干地理信息系统所建立起来的联系。数据的处理依赖于各公司提供的数据处理软件,通过输入到 GIS 系统的数据进行编辑实现数据预处理,对数据进行拓扑建模,将通过其他方式获取的测量图形与 GIS 中已有的相同区域进行图层的叠加分析。GIS 系统软件通过识别各个属性条件所对应的空间关系进行判别分析,对于复杂的空间实体之间连接,临近以及包含的关系进行相应的数学建模和分析,对于向量数据必须在拓扑关系正确的条件下才能进行进行分析。对于控制测量中出现的线与交叉点分离的情况以及原地图上污点等可能影响结果精确度的因素进行针对性的处理,如选择性清除等。在此基础上也要对得到的数据进行数据格式重构,转数据换成 GIS 系统可以识别的数据格式,从而实现不同数据源之间的兼容性达到数据的规范化、统一化和标准化。由于不同需求侧重的对象属性是不相同的,因此要求数字数据在分析之前,进行一系列的投影与坐标变换整合处理,得到精度要求不同复杂度不同的数学模型。数据处理是一个复杂的过程,控制测量中用到的数据处理方式还包括数据重构以及地理编码等。这些数据的转换与处理操作使得数据能在入库之前保证内容的完整性以及逻辑的一致性。遥感和航测数据可以说是测绘的重要手段,也是 GIS 系统的一个重要信息来源,现阶段大部分 GIS 系统都具备图像处理功能,并且这部分功能常作为系统中的一个子模块存在,利用自动影像匹配等技术可完成相关处理工作。处理后遥感和影像就可以为下一步的分析提供良好的数据源。做好数据处理的预处理工作之后,GIS 便可以利用得到的数据来进行空间分析,对图形数据进行分析计算,GIS 主要的分析方法有:长度面积量算、空间数据查询、叠置分析、领域分析、地形分析及数字地面模型、和空间统计分析等。从空间物体的空间位置以及相互关联去对空间事物进行研究以及定量描述。空 间分析是 GIS 系统最主要的功能,是一个复杂的过程,它是区域科学、地理学、经济学以及地球物理学等多种学科的结合,依赖于拓扑学、图论以及空间统计学来对空间构成进行描述和分析,从而达到获取、认知以及描述空间数据的目的,以便进一步对空间过程进行模拟以及预测,调控地理空间上发生第 6 页 (共 10 页)的事件,比如洪水预警,车辆导航等。目前,尚未成熟的空间分析方法有空间模拟分析,空间实体和关系通过专业化模型进行简化和抽象,为系统进一步分析操作提供基础性资源 [6]。2.1.4 数据共享中的应用随着计算机技术和通讯技术的迅速发展,GIS 向多样化和分布式处理迈进。在注重数据库建立、信息存储、查询检索、统计分析和自动制图等基本功能的基础上,GIS 逐步进入开发分析、评价、预测、决策支持模型以及增加智能化功能的发展阶段,进一步获得丰富的信息,随着 GIS 规范化、统一化和标准化,WebGIS 为信息的获取提供更加方便的途径,WebGIS 的产生使地理信息资源的利用更加广泛、更加大众化;使传统 GIS 的发展更加广阔,它改变了 GIS 数据及应用的访问和传输方式,使 GIS 真正成为大众使用的工具。用户只需一台接在互联网上的电脑,就可以连入 WebGIS 站点,查询他所需要的数据,这些数据可以通过文件、图形、图像、视频等多种形式被提供,还可以制作专题图,进行各种空间信息检索和空间分析 [7]。2.2 GIS 在测绘中的具体应用实例2.2.1 在军事上的应用在伊拉克战争中,美英联军在占有绝对信息优势的情况下,实现了战场单向透明,使用的大量精确制导武器都源于对战场精确地测绘。美军的测绘保障作为战场情报准备的一项基本内容,为战场指挥、武器使用以及作战行动提供精确、实时的战场地理空间(geospatial)情报,发挥了非常重要的作用。地理空间情报为美军作战指挥控制系统的运作提供了基础性作用。指挥自动化系统的迅速发展大大提高了军队指挥控制的效能,这其中除了计算机、通信、电子等技术的发展外,海量的地理空间情报是 C4ISR 有效运作的基础。地理空间情报不但为 C4ISR 系统提供了基础信息平台,而且作为辅助决策系统,成为 C4ISR 系统必不可少的重要组成部分,为美军高效的军事打击提供了保障。高效的信息基础和一体化 C4ISR 系统使美军具备了近实时发现、跟踪、定位和攻击地球表面任何目标的能力,能在正确的时间地点精确地分配兵力。高精度地理空间信息数据成为美军实现精确打击的重要保证。要实施精确打击,无论是运输工具、武器平台,还是弹药,都需要十分精确的制导系统。而导航精度要取决于系统本身的性能,也要取决于地图测绘的精度,这种地图就是包括数字高程模型( DEM ) 、数字正射图像( DOM)和数字地形模型第 7 页 (共 10 页)(DTM)等数字地理空间信息。因此,地理空间信息不再只是为标定打击目标的坐标,而已成为精确打击武器的重要组成部分。同时,地理空间信息保障能否做到迅速及时,也决定了精确制导武器打击的时效性 [8]。2.2.2 在房产测绘中的应用房产要素作为经济发展的一个关键方面,一个城市中变化最为活跃, 最关乎人们群众切身利益的信息,引起了人们的广泛关注。目前, 国内房地产日常管理工作仍以传统的手工模式为主,这种方式成图周期长、图形数据存储方式落后,数据信息更新复杂,造成了房地产产权产籍管理的效率不高。20 世纪 90 年代以来,国内逐步开展房产信息化建设,国内很多城市开始建立自己的房产测绘管理信息系统。国内也有一些房产测绘软件,但是,随着房产信息系统的建立,这些系统已经越来越不能适应信息系统管理的需要。GIS 被引入到房产测绘信息系统的建设中, 并取得了广泛应用。随着房产管理信息系统的逐步建立和发展,房产信息系统形成了以 GIS 管理的空间数据为支撑的综合应用系统,GIS 空间数据库是整个系统的基础和根本。房产测绘是建立和更新 GIS 空间数据库的重要的方法,必须承担信息数据的提供等功能。房地产信息可以分为两大类:(1)房地产本身的信息,例如房子的位置, 周围地理环境等;(2)房地产的属性信息,如房屋建筑建造的年代,功能,所属单位等。房产管理系统中不仅需要房地产的空间数据(房子的位置、周围地理环境等),还需要基本的属性数据,如房屋建筑建造的年代、功能,、所属单位等。所以,数据的入库必须从属性数据和空间数据两个方面来考虑。3 GIS 应用于测绘发展展望GIS 的发展及应用极大地促进了空间分析在各领域的应用,未来 GIS 发展趋势可能通过 CI 与 SDA 技术在 GIS 背景下相互结合,实现时空一体化的过程分析、模拟、引擎。另一个比较明确的发展方向是将不同领域不同学科适用的空间模型整合到同一个框架中,通过有效合理地组织,调度以及通信,执行智能体系行为。GIS 的发展速度快、规模大,它正在与 GPS ( 全球定位系统) 、RS ( 遥感系统) 、 DPS ( 数字摄影测量系统) 、ES( 专家系统) 和多媒体技术进一步相结合,扩展其功能。只要全面地解决了地图信息的自动采集问题,加强了空间技术的研究,就可将空间数据库与方法库、知识库联接起来。
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