测绘新技术在测绘与地理空间信息获取中的应用

冯颜博

摘要：测绘学科发展到今天已经进入到信息化测绘阶段，现代测绘是各种地理空间数据的采集、量测、处理、显示、管理和利用的科学与技术，这种信息是构建“数字中国”的基础。测绘新技术的发展为各种信息的获取提供了方便，测绘新技术的发展为测绘与地理空间信息获取提供了很多技术手段，使得数据的获取更加讯速，更加准确，更加自动化。

Abstract： Subject of surveying and mapping development today has entered the stage of informatization. Modern surveying and mapping is the science and technology of collecting， measuring， processing， displaying， managing and utilizing various geospatial data. This kind of information is foundation to build "digital China". The development of new surveying and mapping technology has provided convenience for the acquisition of various information and provided many technical means for surveying and mapping and geospatial information acquisition， making data acquisition more speedy， more accurate and more automated.

关键词：测绘新技术;测绘与地理空间信息;信息获取

Key words： new surveying and mapping technology;mapping and geospatial information;information acquisition

中图分类号：TU198                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）34-0195-03

0  引言

测绘的一个重要任务就是获得各种地理位置数据和属性数据，随着科学技术的进步、测绘仪器及设备的更新，测绘学科在经历传统测绘、数字化测绘之后已经进入信息化测绘阶段，测绘不仅仅研究地球和其他实体的位置信息和属性信息的采集、处理、发布、管理、更新及利用，测绘学科的服务对象和应用范围已经扩展到地理空间信息相关的各个领域[1]。现代测绘的基础是地理空间信息数据，地理空间信息数据是向用户及社会提供有效信息服务的基础，因此如何自动化、快速化、智能化、数字化、实时化的获取地理空间信息数据成为现代测绘的发展方向，卫星导航定位技术、高分辨率遥感卫星技术、数码航空摄影测量技术、无人机航摄遥感技术、机载激光扫描技术、地面移动测图技术、地面激光扫描技术、轻型飞机大比例尺地形测绘技术等新技术形态为地理信息数据的获取提供了更多技术手段，与此同时随着多学科交叉、多技术融合，测绘的应用领域已经扩展到与地理空间信息相关的多个方面，从传统测绘的地图服务为主扩展到基于诸多地理信息的一体化服务，同时随着社会的飞速发展，对数据的更新速度和更新频率提出了更高的要求，这就需要提供随时间变化的准实时或实时变化的地理信息[2]。现代测绘正在构建基于陆、海、空、天的多平台、多传感器的先进测绘新技术形态，为地理空间信息数据的快速准确获取提供更多技术手段[3]。

1  测绘新技术获取地理空间信息的方法

1.1 卫星导航定位技术

随着GLONASS、BDS、Galileo系统逐渐完善并提供服务，GPS应用已转换为多系统融合的GNSS应用。多系统多频组合定位可以缩短模糊度的初始化时间，提高可靠性及定位精度，已成为高精度卫星定位的发展方向[4-5]。现阶段GNSS定位技术的研究主要在精密单点定位技术和网络RTK技术（Network RTK）两个方面。精密单点定位需要精密的卫星轨道和卫星钟差参数，对单台双频GPS接收机数据进行改正，进行实时动态定位或2-4cm级的精度进行较快速的静态定位。目前国内外多个连续运行卫星定位服务综合系统（CORS，continuous operational reference system）已经投入工程化应用，现阶段基于双差模式的网络RTK已经比较成熟，非差模式的网络RTK技术研究已经取得阶段性成果。我国已经建立覆盖全国的CORS网。目前GNSS定位技术可以提供全天候、三维、高精度定位信息，在基础地理信息数据生产中发挥着非常重要的作用[15]。

由于4大GNSS系统的融合以及快速获取整周模糊度和实时差分技术的日渐完善，基于GNSS快速获取高精度的地理空间信息位置信息提供了可能。

1.2 高分辨率测绘遥感卫星平台

高分辨率遥感可以以米级甚至亚米级空间分辨率精細观测地球，优于米级的高分辨率立体测图卫星将是今后测绘卫星的一个主要发展方向[6]。《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025年）》中指出建设由高分辨率光学立体测图卫星、重力卫星、干涉雷达卫星等不同种类卫星有机组成的测绘卫星体系并兼有激光测绘的功能，推动多用途卫星协同应用，要用于1∶5万、1∶1万及更大比例尺地图测图和更新[7]，卫星影像覆盖范围大、时间分辨率高、使用场景广泛，随着高分辨率测绘遥感卫星平台的投入使用，实时动态获取全球地理空间信息成为可能，目前通过建立高精度成像几何模型，建立从原始影像到测绘产品的全流程并行数据处理系统。卫星成像技术及立体成像能力的发展，使得卫星测绘（Satellite Mapping）成为了地理空间信息获取与持续更新的主要技术手段之一。有关专家预测在未来几年内，在1∶5 000至更小比例尺地图的测绘方面，竞争力日益提高的高分辨率遥感卫星将取代传统的航空摄影测量，因此高分辨率测绘遥感卫星平台快速获取大面积范围的地类位置信息成为可能。

1.3 数码航空摄影测量技术

CCD等光电感应器件技术的发展带来了数码相机的诞生及其迅速提升，数码航空摄影测量指的是在飞行器上用数码航空摄影相机对地面连续摄取像片，结合地面控制点测量、调绘和立体测绘等步骤，得到地面上各种实体的空间信息。航空摄影测量具有适应场景多、测量速度快、工作效率高等特点，随着大像幅航摄仪的开发与应用、“倾斜摄影”成像方式的应用、基于改进的暗原色原理航空影像的快速去雾处理技术的成熟，同时基于地面多种控制和约束信息的摄影测量定位、定向技术也得到较大发展，出现了一批依据直线、曲线特征的影像位姿解算方法，实现从传统的点特征向高维特征的解算方法的演进[8]。因此数码航空摄影测量技术为快速的获取地理空间信息提供了高效手段。

1.4 无人机航摄系统

无人机航摄系统作为传统航空摄影测量手段的有力补充，其推广应用是国家测绘地理信息局提升我国测绘技术装备水平的重要内容之一。无人机航摄系统的应用在提升测绘应急保障服务能力、构建数字中国、监测地理国情、提升社会管理效能等方面具有明显优势，并且对气象条件要求低，受空中管制影响小。无人机航摄系统作为传统航摄系统的有益补充，以其高效率、低成本、易机动、适用场景广泛等优势在航摄领域迅速得到广泛应用[9]。近年来无人机航摄系统集成了GPS定位模块，通过实时差分或者事后差分结算，精确记录曝光瞬间的摄影中心点坐标，通过飞行架构航线可以减少外业所需像控点，现阶段新型飞控系统已经集成了双频GPS、IMU测姿单元，通过GPS、IMU开展测姿参数联合计算，可以在复杂地形地区开展稀少（无）控制测图，同时能够极大的减少外业工作量[13]。

随着无人机航摄系统的完善，有效负载的增大，续航时间的增长，飞行质量的提高，其可以满足大比例尺测图、高精度的城市三维建模以及各种工程应用的需要，无人机航摄遥感系统在获取地理空间信息数据上有较强的优势。

1.5 机载激光扫描系统

LiDAR（激光测距技术）是一种集激光、全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）三种新技术于一体的系统，将传统的人工单点数据获取转变为自动连续数据获取。快速获取目标点的激光点云数据，通过特定的方程结算可以获得高密度、高精度的目标点三维坐标数据，并构建目标物的三维立体模型。目前用于获得地面数字高程模型（DEM）的LIDAR系统已经日臻成熟，已成为快速、精确获取地理空间信息的重要手段，现阶段激光点云数据和影像的采集可以联合进行，光学影像和激光点云数据两者之间优势互补，可以自动实现大比例尺测图、数字高程模型及三维建模。

1.6 地面激光扫描系统

地面激光扫描是通过空间点阵扫描技术和激光快速测距技术融合而产生的一项新型测绘技术。地面激光扫描系统是通过非接触目标的方式，通过激光扫描系统获取目标区域表面点云的三维数据，获取的数据真实可靠，测量前无需对目标物体进行预处理，对采集的数据经过专业软件处理分析，得到目标物体的三维模型，它不同于单纯的测绘技术，又被称为“实景复制技术”，采集目标点的速度及效率远远高于传统测量手段，脉冲式激光扫描方法的采样点数可达到数千点每秒，而相位式的激光测量更可高达数十万点每秒，可以高效率的获取目标物表面点的三维坐标从而达到高分辨率的目的，随着相关理论及相关软硬件的发展和成熟，地面激光扫描系统在采样密度、采样精度、工作效率等方便有了飞速发展，在采集地理信息空间数据方面具有传统测绘无法比拟的优势[12]。

1.7 地面移动测量系统

地面移动测量系统是指在地面移动平台上集成全球定位系统（GPS）、摄影测量系统（CCD）、惯性导航系统（INS）等设备和先进传感器，沿着行进方向采集周围地物的坐标信息及影像数据，后期经过专业软件编辑处理，形成地理信息数据及三维模型成果。地面移动测量系统是一种动态测量技术，通过非接触的手段在一瞬间获取目标区域中大量物体的属性信息和几何信息的测量手段，用于快速、高精度的更新测区多个目标信息，是对传统测绘技术的一种革新，易于被大众所接受与使用，满足地理空间信息现势性的要求，获取的可量测实景影像数据处理灵活多样，丰富了地理空间信息数据的内容并拓展了其应用领域，可以极大提高地理空间信息的采集速度和更新效率，提升测绘保障服务的能力[10-11]。

2  结语

现代社会随着信息时代的到来，所有空间实体进行了数字化，通过现代化的技术手段快速高效率的获取、更新地理空间信息数据变的十分必要，现代化测绘指的就是获取4W信息（何时-When、何地-Where、何目标-What Object、何种变化-What Change）并实时准确的服务给每个人、每件事（4A服务—Anyone， Anything， Anytime and Anywhere）[14]。现代测绘新技术利用陆海空天一体化的导航定位和遥测遥感等空间数据获取手段来为测绘及地理信息的获取提供快捷，实时，精确的数据来源，最终服务于经济社会的发展。

参考文献：

[1]刘经南.GNSS连续运行参考站网的下一代发展方向——地基地球空间信息智能传感网络[J].武汉大学学报，信息科学版，2011，36（3）：253-256.

[2]杨元喜.北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J].测绘学报，2010，39（1）：1-6.

[3]AIves，P.（2001）The Effect of Galileo on Carrier Phase Ambiguity Resolution， Proeeedings of ION GPS-01，11-14September，SaltLakeCity，UT.pp.933--944.11--14September，SaltLakeCity，UT.pp.933-944.

[4]韩权卫，孙越，龚威平.基于高分辨率遥感影像的城市建筑目标提取研究[J].遥感信息，2011（1）：73-76.

[5]季顺平，袁修孝.基于RFM的高分辨率卫星遥感影像自动匹配研究[J].测绘学报，2010，39（6）：592-598.

[6]王峰，吴云东.无人机遥感平台技术研究与应用[J].遥感信息，2010（2）：114-118.

[7]唐新，明胡芬.卫星测绘发展现状与趋势[J].航天返回与遥感，2018，04：26-35.

[8]孙杰，马洪超，汤璇.機载LiDAR正射影像镶嵌线智能优化研究[J].武汉大学学报信息科学版，2011，36（3）：325-328.

[9]王明华，等.机载LiDAR数据滤波预处理方法研究[J].武汉大学学报信息科学版，2011，35（2）：224-227.

[10]刘秋生，韩范畴，肖京国，等.海洋测绘信息数字平台建设[J].海洋测绘，2010，30（1）：79-81.

[11]宁津生，钟波，罗志才，汪海洪.基于卫星加速度恢复地球重力场的去相关滤波法[J].测绘学报，2010，39（4）：331-337.

[12]许家琨，申家双，缪世伟，等.海洋测绘垂直基准的建立与转换[J].海洋测绘，2011，31（1）：4-8.

[13]李德仁，龚健雅，邵振峰.从数字地球到智慧地球[J].武汉大学学报（信息科学版），2010（02）.

[14]李德仁.抓好地球空间信息的数据源[J].地理空间信息，2004，2（1）.

[15]张全德，范京生.我国卫星导航定位技术应用及发展[J].导航定位学报，2016，3：82-88.