面向信息化时代的测绘科学技术新进展论文_张琳,宋朋

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摘要:测绘技术从传统模拟技术专项数字测绘技术,经历了一个艰巨的转变过程,如今,数字化时代已经发展到了高潮,在科技不断推进的今天,测绘学又从数字化想着信息化的方向发展和迈进。包括摄影测量以及遥感、大地测量等先进技术在内的信息化测绘技术手段的推陈出现,将我国测绘学科和测绘应用推向新的历程。关于信息化测绘技术体系,既有着基础地理信息空间化实时化的理论基础,又有自动化、网络化的服务体系。如今信息化测绘技术的体系建设的应用在各行各业中都有涉猎。因此,进行信息化时代背景下的测绘技术的发展的深入研究,具有深刻的显示意义。

关键词:信息化;测绘技术;技术发展

信息化建设背景下,工业4.0依然成为我国发展战略中的重要组成部分。信息资源的组成, 包含了地理空间的信息发展,也包括了经济以及资源的开发利用和优化。生态环境和国家安全都都要依赖于测绘技术给予技术保证,而且测绘技术也已经渗透到国民经济建设中的各个领域,涉及到国计民生。众多技术进步都促进了测绘技术的进步,包括信息技术、空间技术领域在内的地理空间信息应用,促成了测绘技术想着信息化转型。根据我国对于基础测绘体系信息化进行规划的纲要,通过自主创新和产学研结合,将测绘技术能力加以提升和全面铺开,促成重大测绘创新成果的应用转换,对国家科技创新的核心加以测绘,形成了目前我国信息化测绘技术体系的建设基础目标和建设内容[1]。

1 含义和目标

1.1进行信息化测绘技术体系的建设,必须建立在数字化测绘技术体系的基础上,将各个学科家交叉和融合,形成了数字化测绘技术体系向信息化测绘体系的转换态势,其中数字化的多学科组成是信息化测绘体系的支持力量,促成了信息化测绘技术体系的构建。

信息化测绘技术体系内技术体系的关系

1.2 将数字化测绘技术体系以3S技术和空间数据资源技术为研究中心,结合了网络技术,将获取的额数据加以采集和加工以及处理,形成了数字化时代下的技术加工和处理的奇迹。例如传统的纸质地图,变为了当今时代的4D产品,数字化测绘技术层面下的服务方式也不再是传统的科学技术的体现,而且适应技术变革,形成了数字化的数据管理和应用过程[2]。

而信息化测绘技术体系的特征是空间化、实时化,数据的获取具有规模化、自动化和智能化的特征,在信息化测绘技术中,信息和数据加以融合和处理,信息和管理的形式得到了多层次和网格化的处理。丰富的地理空间信息产品,具有快速、快捷和安全的特征,网络设施代替了传统的设备,将网络信息产品提供给各个部门、各个领域,使得空间地理信息的服务更加人性化。

1.3信息化测绘技术体系的特点是实时化、自动化地处理地理空间的信息,这种技术处理的特点是服务更加网络化,应用更加社会化,任何人任何时候,在任何地方都能在权限许可的范围内进行地理信息服务[3]。

以我国在地心陆海天一体化动态三维大地测量框架汇总的测绘技术手段为例,在框架坐标和高程水准框架的水准面无缝高程框架的构建上,采用了与陆海统一的模拟测绘技术进行了地图的绘制,关键技术与实地吻合度极高,解决了多模导航定位综合服务的关键技术问题,使得快速测图控制得到了空间无缝的实现。

在该测绘工程项目中,通过卫星以及航空等技术,对于平流层、地面、海洋等多个层面,采用了光学、被动微波以及主动微波的方法,高精度地实现了不同空间的实时的测绘,具有极高的时间分辨率和光谱影像。

此次测绘项目采用了新一代多地数据滚侧的技术,以对地数据观测为目标,采用高效能和智能化、一体化的技术,突破了传统的分布式处理的技术难点,运用大规模多种形式的商用处理系统中的网络分布和集群式数据处理技术,形成了系统性的通用型的对地观测的前沿数据处理技术,将关键数据测绘处理技术加以信息化构建。

1.3经过对该项目的信息化数据测绘实践之后,对于地理空间的信息管理技术的研究上升到了基础数据模型理论和网格空间管理技术的层面,形成了新一代的网格地理空间信息化管理技术。海量信息实现了在多维空间和时间内的高速和智能化的传输,网格环境中的存储和表达更加智能,而且更新起来更便于管理。信息化测绘技术实现了空间信息的共享,打破了传统技术应用关于服务的有关知识产权的局限地理信息得到了更加深层次的共享,智能化和个性化服务能力,基础的地理信息受到来自社会化的支持,基础地理信息已经具有智能化和个性化的能力,行业应用上实现了一站式网络化和个性化的服务体系。成了支持社会的中坚力量[4]。

1.4地理信息经过统计和分析,使得多源空间和信息的集成技术得到了拓展,LBS技术等地理空间信息集成技术被作为核心应用和支持技术,得到了完善,空间信息集成具有了标准化和规范性,地理空间应用和信息集成软件平台和硬件平台具有可扩展和可定制的特征。

2 关键内容和主要技术

根据数字化测绘体系建设的实践和归纳结果,得到了关于数据层、处理层、应用服务层等有关信息化测绘技术体系的框架结构,获得了地理空间数据之后,采用信息化测绘技术,将各个层面加以应用,涵盖陆海天一体化地球观测基准以及动态实现技术,通过地理空间数据将技术加以自动化和智能化处理,采用地理空间的网格化技术,将地理空间信息加以共享,得到了地理空间信息集成和应用部分。

2.1信息化测绘技术源于我国现代化测绘发展趋势,建立在数字化测绘基础上。含义也是建立在数字化测绘基础上。在网络化的运行环境中,社会各类用户在相关的测绘方式的运行环进行,根据网络化的运行环境的要求,将地理空间信息在综合服务的数字化测绘特征加以凸显,得到了更多的服务倾向,如:信息化测绘体系的功能取向,测绘产品的生产转化信息综合服务技术;地理空间获取和数据库建设;静态向东台生产监测的转化,基础设施的信息数据库系统的建设,专业的升级改造等等,包括信息共享中的安全和餐券问题,也被纳入到了安全生产和产权共享的状态中,形成了标准的运行机制。但是在测绘转化和跨越上还存在一个问题,就是直到现在,依然没有一个基本的广泛的共识,无法达到对测绘的基本内涵和特征准确的定义,虽然已经拥有了大地测量学和摄影测量以及遥感学等学科的发展,但是依然要注意,作为向信息化发展的测绘事业,依然有一段很长的路要走[5]。

作为图像信息学科,摄影测量和空间信息系统交叉组成了现代图像信息的一门学科,主要研究和利用不同类型的非接触传感器,获取数字影像,通过不同类型的非基础传感器,将模拟和数字的影响,通过解析的手段,获得有价值的信息,并且将空间信息系统中的数据以数字的形式加以存储和管理。最后通过可视化符号来加以分析和表达,按照地学和非地学领域对这些技术类产品加以利用,形成了包含技术内涵的学习:数字摄影测量、航天遥感测绘。

数字测绘作为我国数字摄影测量的处理平台,属于新一代DGPS/IMU组合导航技术和激光雷达扫描技术结合的新型技术,摄影测量手段是建立在导航和扫描技术智商的。主要的技术应用为,在不增加飞行成本的前提下,增加重叠度,增强影响匹配和三维重建的可靠性,得到了射影像,减少使用无地面控制的卫星影响,采用高空分辨率几何处理的技术,也就是数字摄影测量技术和方法,提高影像的平面和高程精度,在无控制或者稀少控制的基础上,集中研究数字摄影测量技术,利用手持数码相机和多条航带拍摄影响的技术,将数码相机安装在可以旋转的平台上,形成整体处理的影像产品,其具有建筑物立面的特征。

信息化测绘技术体系的框架结构

2.2航天遥感测绘技术采用了遥感卫星的观测技术,将卫星对地球观测的技术加以运用,形成了长期稳定运行的效果,实现了全球的陆地、大气和海洋的立体监测和观测。该技术采用GIS集成化影像处理的方法,采用遥感数据处理和应用的方法,利用卫星长期稳定运行的观测功能,将影响加以处理,当前较多采用的是大气的辐射模型、反射辐射定标方法,INSAR方法,成像光谱仪数据空间推理,遥感系统以及数据遥感和多源挖掘技术等,上述技术都是建立在遥感数据处理的基础上加以研究的。

采用大地测量学的方法,对于地学和测绘学的基础性学科加以研究,采用精密测定的方式,研究地球空间表面的点位,具有精密度高的优势,能够将时间变化以及地球的重力场加以构建,这符合现代测绘基准体系为地理空间信息获取空间位置以及高程和重力的要求,通过大地测量学,对地球的空间位置进行计算,提高相关的框架的数据依据,例如当前很多发达国家采用的地心坐标系。

2.3大地测量地球动力学与地壳运动检测技术结合,随着空间大地观测技术的发展,关于地表可观测的覆盖面随之扩大,观测的结果以及精度相应提高,局部地区随之扩大到全球大部分地区,产生了地壳运动检测和大地测量地球动力学的研究成果,我国目前进行的二维DFEM模型的构建,就是通过该研究成果获得了五个主要板块的绝对和相对板块的运动参数,从而求出了地壳运动变形场以及水平应变的率场。

地球的重力场理论结合了大地水准面的精准化,采用的是卫星重力法进行了地球重力场的模型,利用低轨卫星跟踪的方法,将星距的重力变化,进行了地球重力场的位系数的反演,利用重力梯度仪,将卫星轨道上的位系数加以测量。

3 陆海天一体化地球观测动态以及基准

3.1作为信息化测绘的条件和地理空间信息的载体,地球观测基准,是利用了地球科学和空间科技以及海洋技术信息化的技术,对地球进行基准观测,通常运用到大地测量框架和测量系统技术,将地球观测基准的起算基准和尺度标准加以实现,利用大地测量技术,对于测量基准的起算尺度标准进行规定,利用大地测量技术手段,按照地球观测基准价已具体的时间,衡量出大地测量的框架,并对地球的观测基准进行定义和分析。当前对于大地测量框架以及地球坐标系统、高程系统和重力场系统的构成,一般采用的测量框架分为地球坐标、高程和重力测量三类。

陆海天一体化地球观测基准技术,是建立在基础平台基础上的技术,地球观测多模导航采用地球集成观测基准动态技术,实现大地测量框架基础上的动态地球观测技术,使得地球的基准信息通过综合和动态的测量控制信息得以获取。到目前已经获取的高精度航空地理空间数据技术,涉及到车载三维数据快速获取和处理技术,机器人地下管线的探测技术、移动摄影、近景数据采集技术[6]。

陆海天一体化地球观测基准和动态实现技术构成

3.2对于陆海天一体化大地测量框架基础平台进行构建的技术,主要的研究内容集中在维护基础平台的关键技术以及卫星精密定位技术和地球重力场探测技术等部分,采用多元基准动态实现和综合数据处理结合的方法,例如在我国区域内,实行地球重力场和大地水准面净化技术,在全球范围内采用大地测量框架运动,动力特性分析,全球坐标框架动态净化技术和动力特性监测的方法,将全球和中国区域内的水准面加以精准化处理,形成全球大地高程和水准面的精化技术。

高精度的测图控制和动态测量技术,运用的是快速静态定位关键技术以及高程动态技术,能够对全球进行卫星精密顶柜观测,实现定姿关键技术等。

多模导航定位综合服务技术,对于地下、水下、隐蔽地方以及太空等关键技术和困难、特种地区的高精度的导航定位服务,采用了无缝导航定位和定位应用服务等关键技术,得到了关于地球的动态基准的参数,内含综合信息,可以对主要信息服务内容和服务形式加以控制,甚至可以对月球实现大地测量和测绘。

3.3采用GIS技术,打破了传统的技术应用硬件条件的束缚,给中小型企业和用户带来了福音。通过GIS解决了在地理空间信息数据获取问题上的平静,通过在空间数据平台使用高精度的地理空间技术,体现出地理信息产业的巨大进步,展现了国家科技发展的整体水平,形成了具有信息化测绘技术功能的高精度地理空间数据系统框架。

高精度地理空间数据实时获取技术构成

该项技术的重点内容包括;发展高分辨率的测绘卫星,作为获取卫星测绘数据的手段,获得具有高分辨率的测绘数字地图,使用到的设备包括高分辨率的光学立体测图卫星、激光测高卫星和重力卫星等。

平流层数据技术的获取,采用平台有效载荷技术的组合以及平流层的数据传输系统技术,将GPS结合到定姿定位技术中,进行技术惯导和传输。

航空地理高精度地理空间获取技术,运用到的设备和软件技术,包括了航空数码相机,数字航空摄影测量、记载孔径雷达以及激光雷达等,技术应能够达到对低空进行数字遥感,对数据进行孔径技术合成,对系统集成采用多传感器运作的水平。

在进行测绘中,采用车载三维数据获取和处理的技术,可以获得移动测图的数据,近景测量的数据,以及野外PDA数据等,同时运用高精度仪器和无线网络地面数据以及工业测量数据等;利用海洋测绘技术获取水下声呐等,这种技术被称为水下声呐技术,另外还有卫星遥感技术、机载激光测深技术等,在海洋空间中获取地理信息探测和测绘数据。

4 空间数据的自动化和智能化数据处理

几年来,随着技术的进步和科学的研发,地理空间数据处理已经延伸到了智能化和实时化的节段,包括航空航天和地理空间信息加工领域在内的各种数据处理、信息加工和产品制作平台,都对上述技术进行了应用,形成了地理空间的网络一体化处理平台,对于现代测绘技术的生产工艺进行了进一步的完善,地理空间数据的快速加工和处理以及产品制作得到了坚实的技术支持。

自动化智能化地理空间数据处理技术构成

采用该技术的重点研究内容包括,协同处理高性能遥感数据集群,采用高性能的遥感数据处理,在网络技术的协作下,进行影像处理,并且采取遥感协作机制,处理影像。

高分辨率遥感光学数据处理,对于影像的模型进行研究,得到了有理的函数的模型,采用多线阵的影像区域的网平差技术以及边境的地区单侧技术进行控制,得到了卫星影像的成像模型,对于高程加以精度定位。

采用合成孔径的方式,对于雷达数据进行处理,其中,高精度的地形测量技术已经拥有了自主知识产权,分布在超宽带的阴性地面目标上,探测出技术处理和数据处理的多模态SAR数据测绘处理,其自主产权的内涵,就包含了自动化、集成化和智能化,能够形成专业的SAR数据系统处理。

激光雷达数据处理技术,采用的是云处理方法,对于DSM和DEM生成的激光扫描技术,采用影像数据综合分析的方法加以拼接,得到了空间信息的认知模型、云数据处理拼接模型以及影响数据综合分析结果。

采用智能化摇杆数据对技术进行解译,对于空间信息的认知模型和遥感影像理论进行解释和翻译,得到的智能方法的识别和解译,进行耻度分析的时候,是运用变化提取技术,进行遥感影像的识别,最终在图斑的基础上进行影像翻译以及软件系统的识别。

5 地理空间网格化信息管理

信息化测绘技术体系中,网格化地理空间的信息管理技术,将空间数据予以实时地处理和获取,得到相关空间信息的服务以及集成,总体结构如下图所示,在系统中是起到承上启下的作用的。

网格化地理空间信息管理技术构成示意图

其研究的重点内容包括:

对于地理信息系统进行模型的建构,采用多维时空数据模型与三维地理空间数据模型进行数据库的构建,得到了思维空间数据模型。采用地理空间系统网格化管理进行服务标准和规范的建立,运用到的技术包括了地理编码技术、海量空间数据的分布以及异构空间的中间件管理技术、网格空间数据库的操作技术、空间信息网格部署和调度技术,空间数据高效控制以及数据库备份和传输技术等。

进行地理空间的信息协同化动态更新,采用多源影像的变化以及匹配进行快速的自动化监测,并且将数据库技术进行识别和提取,形成信息的协同更新后,采用质量评价和控制手段,保证技术与空间的一致性。

地理空间信息的自动综合技术,是对多尺度的空间数字地图自动综合技术、栅格数据综合和高效压缩技术、三维城市模型的自适应化简技术进行智能综合的在线监测。空间信息经过数据库的空间信息可视化技术的驱动,得到了地图自适应和快速生产技术下的系统的地图制图生产技术,其地理环境能够合成新型的地图产品,采用时空模拟的技术进行地图的支座。地理空间信息管理与应用采用的是嵌入式应用技术。对于通用硬件平台、数据库技术以及高效空间压缩的索引、空间数据自适应裁剪、实时进行技术的相应和处理,采用二次开发的技术进行地理信息系统软件的开发。

6 全方位地理空间信息共享和服务

进行全方位的地理空间信息服务,需要政府、社会技术实体等进行行业互动,促成地理空间信息的高效共享和集成,通过测绘公共服务体系的基本建立和要求的完善,形成具有国家级信息化水平的标志。

地理空间信息共享与服务技术构成

技术构成的主要研究内容为:

地理空间系统的综合技术同化和认知理论,是对于地理信息进行同化和传递的多元化的认知理论,采用的技术包括地理空间信息服务技术等。对于空间数据进行挖掘和地理知识的发现,主要是提取基于DTM数据的仓库信息技术,提取出矢量空间数据,这些数据带有社会经济数据格网化的表达技术,能够在自然语言的智能化搜索技术的基础上,实现地理空间信息的可视化数据挖掘技术,发现地理因子库的空间知识以及进行空间的地理。

对于空间数据的安全监管,采用的是空间数字水印技术以及空间数据生产管理技术,涉及到的地理空间数据分发技术以及地理信息产品的安全保密技术等。还有对于地理空间信息服务高效空间技术进行计算和优化后,得到了空间信息网格共享于服务的技术。其特征包括了数据能够在空间进行高效的网络传输,进行空间数据的共享的时候,采用的是交换服务的多级网格构建技术,一站式地理信息服务技术以及建立在CNGI基础上的地理信息服务技术等等。

7 多元化地理空间信息技术应用

在国家和部门科技项目的研发的背景下,进行地理空间信息集成技术的攻关和创新,需要将地理空间信息于测绘技术与应用联合起来加以有机的集成,帮助信息化测绘技术的服务书评不断提升。对于地理空间信息集成和用用技术的构成进行展示如下图所示:

地理空间信息集成与应用技术组成结构

采用这一组成结构的内容为:实行信息在多源空间的集成,对于数据库中的高效元进行集成,采用空间数据分布集成的方式,对于空间信息加以应用合成。主要对地理单元进行统计和分析,得到空间统计模型和管理系统以及自主空间决策系统、地学统计分析以及管理模块的计算技术。

在服务技术上,站在位置的角度,研究高精度导航地图服务技术的组合,对于导航技术和多数据源的整合,采用普适计算技术和服务技术加以运行,对于国家重点行业、工程的发展,应其需求,将地理信息进行集成、获取、处理和分发,采用信息化测绘技术手段,结合地理空间信息的综合应用系统和专业技术平台,将国家可持续发展战略目标作为技术研发、改进的目标。主要在国土资源监测、生态环境监测、灾害监测、公共安全应急领域、电子政务领域、数字城市建设等方面进行专题的地理信息应用,采用重大工程应用技术以迎合战略发展的要求。如果对于空间信息具有不确定性,应该主要研究多源头、多尺度数据集成与融合的不确定性,对于不确定空间等的数据加以统计和分析,力求最终得到确定的空间数据质量评价方法。

结语

我国传统的测绘体系专项数字化测绘体系,经历了漫长的过程,如今又迎来了信息化测绘体系。信息化测绘技术是当前数字化地理信息资源共享的焦点和热点,担负的责任重大而且艰巨。按照我国家基本国策,到2020年,数字中国地理空间的框架就应该基本形成,测绘保障能力和服务水平届时能够得到提升,最终实现测绘事业的全面协调和发展,为把我国建设成为小康社会和构建社会主义和谐社会而努力。

参考文献

[1] 李德仁,王艳军,邵振峰等.新地理信息时代的信息化测绘[J].武汉大学学报:信息科学版,2012,37(1):1-6.

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[3] 宫林成.关于测绘生产单位信息化测绘体系建设的思考[J].测绘与空间地理信息,2016,(7):118-120

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[5] 谢静.关于城市测绘信息化测绘技术与体系的建构思考[J].环球人文地理,2016,(6):302.

[6] 纪文超.城市测绘的信息化测绘技术及体系分析[J].通讯世界,2017,(2):284.

论文作者:张琳,宋朋

论文发表刊物:《防护工程》2017年第7期

论文发表时间:2017/7/24

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面向信息化时代的测绘科学技术新进展论文_张琳,宋朋
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