智慧城市测绘中地理信息系统的应用

智慧城市测绘中地理信息系统的应用

陈隽昕 1 莫盛浩 2

1. 杭州市勘测设计研究院有限公司 310012

2. 中国联合工程有限公司 310052

摘要：长期以来，测绘地理信息行业凭借着自身的技术优势，为政务决策、生态环保、城市规划等提供了强有力的支撑。但随着经济社会的发展，人民群众对物质条件需求的不断增长，智慧型城市建设已经被提上历史进程，数字化与信息化发展也已经成为城市建设的主题。在此背景之下，必须充分考量测绘地理信息服务在智慧城市建设的重要价值，强化测绘地理信息在智慧城市建设中的应用。

关键词：智慧城市测绘；地理信息系统；应用

测绘地理信息系统是以地理科学为基础，结合数据库和地理信息建立的一个系统，利用计算机对地理信息进行采集、处理和存储。地理信息系统可以收集地理信息，定位地物，实现城市规划。目前，地理信息系统的应用已经渗透到城市管理和建设的各个方面，系统本身的性能也在不断提高，能够处理复杂、海量的地理信息。实景三维主要由空间数据体、物联网感知数据和支撑环境组成。它是一个数字虚拟空间，反映了市民的生活活动和生态空间。它是未来物理世界数字化的地图。2020年国家自然资源部提出了实景三维中国“两步走”计划：完成10m格网DEM全国更新和优化，在“十四五”期间完成5m格网DEM全国覆盖。实景三维建设，依托测绘地理信息技术进行，借助三维地理场景中拥有的地理实体达到建设目的，若以实景三维表达内容进行分类可细分为部件级、城市级、地形级。因为存在目标面积广、地形地物多样、作业效率要求高的特征，需要采用新的测绘地理信息技术高效创新地完成并建立实景三维成果库。把当前实景三维建设作为推动基础测绘转型升级的重点工作，本文主要探讨推进实景三维建设的技术创新方法。

1地理信息系统应用于城市测绘体现出的优势

1.1具有更高的测量效率

地理信息系统在测绘中的应用不需要估算和读取数据，无需仪器调整，在测绘中不受天气、地形等外部因素的干扰。因此，它可以确保高测绘效率，特别是在地形地貌测量中。利用GIS测量仪器可以有效提高测量效率，快速绘制被测区域的地形，提高测量效率。

1.2高数据精度

在传统模式下的城市测绘中，无论测绘人员采用何种方法，都难以控制测绘成果的有效性，影响数据的准确性和科学性。地理信息系统的应用不仅可以实现大范围的测量，而且测量的有效性和范围远远超出传统的测量方法，还可以实现卫星定位和在轨捕获运动目标。在具体测绘中，卫星与地面接收机接触，系统采用平面扫描方式，提高测量数据的真实性和客观性。由于地理信息系统的应用，可以提高测量的准确性和准确性。

2智慧城市建设对智慧城市的要求

2.1国际社会智慧城市建设发展现状

实际上，国际社会早已将智慧城市建设纳入到中长期发展规划之中，并取得了一定的成效。表1中所示为主要国家与城市的智慧城市建设统计分析，这些国家和地区已经将智慧城市建设融入到交通、食品安全、制造业等多个领域之中。

表1国际社会智慧城市建设情况统计

2.2智慧城市建设的主要内容分析

当前阶段，关于智慧城市建设的目标与内容各界并未完全达成共识，IBM在其所发布的《智慧中国》一书中将智慧城市定义为通过各种信息技术的应用来监感城市各个核心体系的关键内容，并作出包括民生、环保、公共安全以及工商服务等需求的智能化响应，从而提升城市生活的便捷性。还有学者指出，智能城市必须要建立在数字化城市的基础之上才能实现。基于物联网技术能够将数字城市与现实城市融合在一起，从而在数字化城市模型中感知到现实社会中各种状态量的变化。也有学者指出智慧城市建设已经超越了单纯的数字城市概念，不仅需要实现实际情况的数字化建模，同时还需要基于大数据、人工智能等现代化信息技术对数字模型展开智能化分析从而为城市治理提供更为科学的决策支持。总而言之，智能城市是城市现代化发展的必由之路，需要更为精准的数据作为支撑，同时也能对海量般的信息进行集成化处理。从组织生态体系的角度来看，智慧城市也可以作为数字化城市的底层架构，能够从数据底层的角度来实现对数据的有效计算分析，并基于智能化分析技术来组成新的城市生态体系。

3面向智慧城市建设的测绘地理信息服务模式

3.1测绘地理信息服务产品的类型划分

测绘地理信息服务模式必须从服务方式、服务内容以及服务对象等多个环节入手，提升所有环节的智慧性，以便用户能够采用最为便捷的方式及时获取在其工作与生活中至关重要的地理信息数据。结合当前阶段测绘地理信息应用的基本方式，综合考量既有测绘地理信息产品类型，又从多角度出发构建起以“事件”为核心的地理信息服务新模式，从而为智慧城市建设提供必要的支撑。以地理信息资源挖掘程度与资源处理方式的不同，测绘地理信息产品可以被分为数据产品、信息产品以及知识产品三种不同的类型，测绘地理信息服务产品可以划分为三种不同的类型：（1）数据产品对应着初始的地理信息数据，并不需要深加工就能满足用户的实际使用需求，数据产品大多只能提供简单的地理信息；（2）信息产品则是对数据产品的二次加工，具体而言，就是赋予数据产品一定维度的附加信息，如信息类别属性、位置特征与面积容量等，这些附加信息大多都是以简单地空间位置为主，只能向用户透露较为简单的关联信息；（3）知识产品是基于数据产品或信息产品，而融入了其他多方面数据信息的新型产品，如社会、人文、交通、警务等信息，能够为现实事件的解决提供更为妥帖的技术方案。以现代的导航产品应用为例，当用户需要到达某一特定目的地时，数据产品为用户提供导航所需要的所有数据，信息产品则体现为到达目的地的所有不同路线，知识产品则体现为到达目的地的最优路线。

3.2扩大测绘数据的内容

GIS应用的关键是树立一个专家系统外壳，它能够成为开发专家系统的工具，限制SDSS控制流和信息流，表达元素和存储非构造化数据。它还具有推理控制功用，经过用户界面与外界交流信息流，并作为元学问和非构造化学问的推理工具。在理论中，城市测绘能够应用专家系统外壳树立与外部数据交流的接口，保证GIS的应用。关系数据库的应用能够发挥遥感信息系统的优势。此外，还能够运用模型管理系统处置程序学问，如算法的树立和统计模型的应用。在完成中，应与专家系统外壳树立接口，并在专家系统外壳的协助下调用元学问。除了与数据库和模型系统树立接口外，专家系统外壳的优势还在于易于获取学问。在城市测绘中，由于地理信息系统的应用，数据的构建很容易完成。该数据库能够存储城市管理中的不同信息，例如地名和位置数据。在应用地理信息系统时，应思索数据的易扩展性，扩展公共平台数据，如街道的地理信息。这座城市被划分为不同的区域。边境定义能够发挥GIS的优势，精确肯定区域边境和道路边境的位置信息。

3.3测绘数据的整理

为了解决城市测绘中存在的空间问题，在测绘领域有很多结构化模型，如统计数据分析、定位模型、启发式算法等，该模型对数据进行可视化描述，反映高层结构，并通过固定的执行程序保证数据处理效果。GIS的应用选择了合适的模型，该模型应与空间数据相对应，并且易于导入管理系统。在城市测绘实践中，地理信息数据平台应保证其适用性，对数据进行重组，将城市不同边界的空间信息进行拼接。数据重组是通过连接、拼接和拓扑结构来实现的。在具体操作中，结合具体情况采用最合理的重组方式，确保数据资源的利用价值最大化。相关数据信息处理后，进行分面处理，对水体、植被、土壤、边界进行分面处理。在城市测绘中，需要设置地标定位。对于这些内容的处理，可以采用点和线的组合。测绘独立的区域性地物时，应确定中心点作为标志。道路的绘制可以用线来表示。其他交通设施可用双线表示。

3.4构建以“事件”为载体的服务模式

一直以来，测绘地理信息服务更多侧重于基础性服务职能的发挥，在提升城市治理效率与促进经济发展方面发挥了关键性作用。但总的来说，测绘地理信息的实际应用开发尚处于起步阶段，测绘地理信息的服务保障价值也未得到充分的发挥，例如，在DOM、DEM、DRG、DLG产品，地形图等方面，测绘地理信息的应用依然有待进一步提升，消费者对于这类产品的需求却无法得到有效满足。随着智慧城市的大力发展，测绘地理信息服务必须转变传统的思维模式，必须兼顾效能、经济等多方面的要素，提升测绘地理信息服务的智慧性。借鉴国内外智慧城市建设的现状与需求，在未来测绘地理信息系统服务必须要构建起以“事件”为载体的服务模式，尊重用户需求，提升服务的灵活性与便捷性。一方面，必须主动挖掘客户需求，另一方面，要基于客户需求安排产品生产，确保事件的妥善解决。

3.5实现数据化测量

在城市建立中，由于地理信息系统在测绘中的应用，建立部门能够取得更精确、更丰厚的信息数据，为城市建立发明便利条件。地理信息系统的应用保证了丈量各个环节的精确性。在传统的测绘工作中，数据剖析和处置容易出错，影响工作的顺利停止。GIS的应用能够最大限度地减小误差，取得高精度的数据。测绘信息作为城市开展的根底，依据其共同的信息特征，能够基于空间位置为城市管理部门提供多种数据效劳。经过位置和时间的整合和整合，完成了关联和整合。地理信息系统为城市数据处置、数据推理和数据应用提供支持。数据表达愈加直观精确，公众获取信息愈加便当。在当前智能城市的开展中，它能够打破时空限制，保证数据的实时应用。由于大数据的应用，GIS能够便当地获取时间信息和位置信息，构成有价值的信息。由于云计算的应用，能够从城市规划的各个渠道获取丈量数据，挖掘数据的内部属性和关联，完成数据剖析和模仿，数据集成后完成高效共享。由于地理信息系统的应用，经过三维显现，我们能够取得三维直观的测绘成果，发明出近乎真实的三维空间。技术人员将数据处置与制图相分离，能够更好地完成测绘的工作价值。

3.6数据仓库和空间数据挖掘

在当前的GIS应用中，自动数据采集工具得到了普遍的应用。城市测绘能够获取丰厚的空间信息，并将各种数据存储在数据库中。关于海量地理数据，需求树立数据仓库，借助数据挖掘技术从海量数据中提取地学学问。GIS技术的应用促进了地理信息系统从操作型向剖析型的转变。数据仓库的树立为海量空间信息的管理提供了一种新的办法。GIS和遥感技术在GIS中的应用为空间分类发明了有利条件。智能GIS的应用能够对空间单元停止分组和分类。传统的分类办法采用二进制逻辑。区域分类有明显的边境，根本空间单元（或网格构造）只属于特定的空间类别。空间范畴的边境是含糊的，其变化是渐进的，没有突变。在空间分类中，含糊逻辑能够用来保证分类的精确性。此外，在城市测绘中，空间分类也是基于对空间现象的认知。因而，在城市测绘中，应充沛发挥GIS的优势，应用GIS完成空间数据的存储、表达和管理。借助GIS剖析功用，能够进步实践地学问题的求解效果。GIS的应用是基于数据仓库的。空间剖析和数据挖掘能够严密分离。借助GIS数据，能够有效地存储和管理空间数据。海量空间数据能够成为更有价值的学问。GIS的应用促进了城市测绘的发展。

4测绘地理信息技术在实景三维建设中的技术创新

4.1技术方法

（1）时空数据。坐标系采用2000国家大地坐标系；高程基准为1985年国家高程基准；时基为北京时间，标准为广告年。

（2）数据采集和处理。以精细、准确、真实和智能为目标，利用空间、天地一体化倾斜摄影和激光扫描等多源传感技术，获取整个地理实体元素系。数据分为多种类型，这使得数据采集和处理方法多样化。例如，物联网传感数据的获取需要在共享技术的支持下进行。同时，依托网络技术的数据采集功能，对数据进行随机抽取、清洗、压缩等预处理，获得数据。另外，数据生成的方式有很多：（1）地理场景生成，需要按照相关标准和现有方法实现数据生成；（2）制作基本地理实体，转换现有数据并通过地理场景生成；（3）数据融合生产，融合工作在地理场景、地理实体及其之间进行，将地理实体与物联网感知数据连接起来。

（3）数据库建设、共享和应用服务。真实三维城市数据库应包括地质实体子数据库、地理单元子数据库、地理场景子数据库、物联网感知数据子数据库等，不同子数据库还应根据数据内容建立子数据库，并将子数据库数据分为多个层次；真实3D城市数据库还包括城市的真实3D数据和元数据。由于数据量大且复杂，需要建立一个数据库管理系统来实现对真实三维数据的统一存储和管理。同时，系统还需要具备数据查询和编辑功能。此外，还可以依托智慧城市时空大数据平台或地理信息公共服务平台构建应用服务体系。

4.2基于激光点云的三维模型生成技术创新

数据处理的技术创新主要包括：点云过滤。离散的三维点云可以分为地面点和非地面点。在数字信号处理过程中，利用滤波的概念，将真实的接地点视为信号，实现对非接地点的全滤波；以同步采集的高分辨率遥感图像为依托，充分利用空间、几何和纹理特征点对点云进行分割，并从分割后的点云中随机抽取特征信息，去除其他无用数据；点云分类是为每个点云分配相应的语义标签。在此基础上，根据不同的类别将点云集成到不同的点云集合中。这种分类方法可以保证相同点的属性基本一致；曲面重建是一种主要针对点云数据的处理方法。其目的是建立点云之间的拓扑关系。重新采集点云数据样本，采用三维网格划分方法对数据进行处理，以初始采集的网格数据为基础确定每个点云的权重，然后采用平滑法对点云进行处理，重新创建对象空间曲面模型，并最终得到单体的三维模型。

4.3基于倾斜摄影的三维模型生成技术创新

倾斜摄影测量不仅能真实反映地物的情况，而且能嵌入准确的地理信息和丰富的影像信息。它拥有更先进的定位技术，使得三维城市建模更加方便。倾斜摄影技术具有以下优点：分辨率高，获取丰富的特征纹理信息，高效、自动化的三维模型制作，逼真的三维空间场景，能够精细地表达特征、地形和地貌的详细特征。

这种形式的数据生成和技术创新可以通过三种方式实现：（1）对以二维形式表达的地理实体进行深入研究，利用倾斜摄影的三维模型进行识别，并在此基础上进行噪声滤波和实体边缘校正；（2）以地物实体获取精度为基础，选择倾斜摄影的3D模型，切割三角剖分和模型纹理，获得不同风格的3D几何和纹理，填补漏洞，修复纹理，从而获得能够反映城市实际情况的3D模型单体。构建语义描述框架，采用相同的技术方法，得到相同的效果；（3）在倾斜摄影测量应用软件的开发中，提高建模软件的处理能力和需求功能，集成多种倾斜摄影测量图像，提供三维建筑几何精细快速建模模块、建筑对象含义自动提取、建筑结构设计等技术创新功能，复杂纹理的自动融合、自动纹理映射、智能表面纹理编辑、自动模型质量控制等。

结论

在当前的城市测绘中，GIS的应用体现出许多优越的功能。地理信息系统促进了城市的发展。城市测绘应重视技术进步的作用，将GIS应用于多层次的城市管理。

参考文献：

[1]展前进.地理信息系统在测绘工程中的应用分析[J].价值工程，2018(12):197-198.

[2]赵怀利.智能城市测绘中地理信息系统的应用分析[J].智能建筑与智慧城市，2018(4):99-101.

[3]何炜，毕静霞.地理信息系统在城市规划测绘中的应用[J].建材与装饰，2018(19):223-224.

[4]那晓东，段美惠.地理信息系统空间分析课程教学改革的探索与研究[J].教育教学论坛，2018(52):99-100.