測繪發(fā)展歷史現(xiàn)狀與應(yīng)用

1、1. 測繪發(fā)展的歷史20世紀(jì)中葉，新的科學(xué)技術(shù)得到了快速發(fā)展，特別是電子學(xué)、信息學(xué)、電子計(jì)算機(jī)科學(xué)和空間科學(xué)等，在其自身發(fā)展的同時(shí)，給測繪科學(xué)的發(fā)展開拓了廣闊的道路，創(chuàng)造了發(fā)展的條件，推動著測繪技術(shù)和儀器的變革和進(jìn)步。測繪科學(xué)的發(fā)展很大部分是從測繪儀器發(fā)展開始的，然后使測繪技術(shù)發(fā)生重大的變革。1947年，光波測距儀問世，60年代激光器作為光源用于電磁波測距，使長期以來艱苦的手工業(yè)生產(chǎn)方式的測距工作，發(fā)生了根本性的變革。徹底改變了大地測量工作中以測角按算距離的面貌。因此除用三角測量外，還可用導(dǎo)線測量和三邊測量。隨著光源和微處理機(jī)的問世和應(yīng)用，使測距工作向著自動化方向發(fā)展。氦氖激光光源的應(yīng)用使測程

2、達(dá)到60公里以上。精度達(dá)到±（5mm+5×10-6D)。固體激光器的應(yīng)用使測程大大加大，因此測月、測衛(wèi)工作得以實(shí)現(xiàn)。80年代開始，多波段（多色)載波距的出現(xiàn)，抵償、減弱了大氣條件的影響，使測距精度大大提高。ME5000測距儀達(dá)到±（0.2+0.1×10-6D)的標(biāo)稱精度。與此同時(shí)，砷化鉀發(fā)光管和激光光源的使用，使測距儀的體積大大減小。重量減輕，向著小型化大大邁進(jìn)了一步。除了光波測距以外，微波測距也有很大發(fā)展，80年代之后，全自動化的微波鍘距儀CA-100、WM-20等已用于軍事等部門。測角儀器的發(fā)展也十分迅速，它和其他儀器一樣，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展。

3、從金屬度盤發(fā)展為光學(xué)度盤。近20年來，伴隨著電子技術(shù)、微處理機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，經(jīng)緯儀已使用電子度盤和電子讀數(shù)，且能自動顯示、自動記錄，完成了自動化測角的進(jìn)程，自動測角的電子經(jīng)緯儀問世，并得到應(yīng)用。同時(shí)，電子經(jīng)緯儀與測距儀結(jié)合，形成了電子速測（全站儀)、其體積小，重量輕，功能全，自動化程度高，為數(shù)字測圖開拓了廣闊前景。最近又推出了智能經(jīng)緯儀，連瞄準(zhǔn)目標(biāo)也可自動化。從此將結(jié)束測角、測距手工業(yè)生產(chǎn)方式的漫長歷史。20世紀(jì)40年代，自動安平水準(zhǔn)儀的問世，標(biāo)志著水準(zhǔn)測量自動化的開端。之后，發(fā)展了激光束準(zhǔn)仗、激光掃平儀，為提高水準(zhǔn)測量的精度和開拓廣泛的用途創(chuàng)造了條件近年來，數(shù)字水準(zhǔn)儀的誕生，也使水準(zhǔn)測量中

4、的自動記錄，自動傳輸、存儲和處理數(shù)據(jù)成為現(xiàn)實(shí)。它和經(jīng)緯儀一樣，也可自動瞄準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行觀測。由于以上這些先進(jìn)測量儀器的生產(chǎn)和應(yīng)用，使測量工作向著自動化、電子化方向發(fā)展，減輕丁勞動強(qiáng)度，提高了工作效率，并且使野外工作大大減少，因而改善了測繪工作艱苦的環(huán)境。20世紀(jì)80年代，全球定位系統(tǒng)（GPS)問世，采用衛(wèi)星直接進(jìn)行空間點(diǎn)的三維定位引起了測繪工作重大變革。由于衛(wèi)星定位具有全球、全天候、快速、高精度和無需建立高標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用在大地測量、工程測量、地形測量及軍事的導(dǎo)航、定位上，世界上很多國家為了使用全球定位系統(tǒng)的信號，迅速進(jìn)行了接收機(jī)的研制。從70年代到現(xiàn)在，已有百余廠家研制了一二百種精度不同、類型

5、不同的儀器?，F(xiàn)已生產(chǎn)出第五代產(chǎn)品，它體積小、功能全、重量輕。除了美國研制GPS定位系統(tǒng)外，前蘇聯(lián)研制了GLONASS定位系統(tǒng)，還有歐洲空間局的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（NAVSAT)、原西德的全球無線電導(dǎo)航系統(tǒng)（GRANAS)等也都開展了工作。我國也在進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的研究，所研制的雙星定位系統(tǒng)也可以用測繪。另外，全球定位系統(tǒng)GPS的應(yīng)用研究，進(jìn)展很快，做出了很好的成果。20世紀(jì)70年代，除了用飛機(jī)進(jìn)行航空攝影測量測繪地（形)圖外，還通過人造地球衛(wèi)星拍攝地球照片，監(jiān)測自然現(xiàn)象的變化，并且利用這些衛(wèi)片測繪地圖，其精度逐步提高。近年來，已改變了過去攝影測量的方式，用數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)進(jìn)行測量工作，使攝影

6、測量的成果穩(wěn)定、可靠，并且自動化程度高。還可與計(jì)算機(jī)組成一個(gè)系統(tǒng)，易于完成地圖的生產(chǎn)、使用、修改和換代。由于測繪儀器的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，地面的測圖系統(tǒng)，由過去的傳統(tǒng)測繪方式發(fā)展為數(shù)字測圖。所以地形圖是由數(shù)字表示的，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行繪制和管理既便捷，又迅速，精度可靠。2. 測繪發(fā)展的現(xiàn)狀2.1 GPS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀80年代以來，隨著GPS定位技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善，使測繪定位技術(shù)發(fā)生了革命性的變革，為工程測量提供了嶄新的技術(shù)手段和方法。長期以來用測角、測距、測水準(zhǔn)為主體的常規(guī)地面定位技術(shù)，正在逐步被以一次性確定3維坐標(biāo)的、高速度、高效率、高精度的GPS技術(shù)所代替，同時(shí)定位范圍已從陸地和

7、近海擴(kuò)展到海洋和宇宙空間；定位方法已從靜態(tài)擴(kuò)展到動態(tài)；定位服務(wù)領(lǐng)域已從導(dǎo)航和測繪領(lǐng)域擴(kuò)展到國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的廣闊領(lǐng)域。 在我國GPS定位技術(shù)的應(yīng)用已深入各個(gè)領(lǐng)域，國家大地網(wǎng)、城市控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)的建立與改造已普遍地應(yīng)用GPS技術(shù)，在石油勘探、高速公路、通信線路、隧道貫通、建筑變形、大壩監(jiān)測、海島或海域測量等也已廣泛的使用GPS技術(shù)。隨著DGPS差分定位技術(shù)和RTK實(shí)時(shí)差分定位系統(tǒng)的發(fā)展和美國AS技術(shù)的解除，單點(diǎn)定位精度不斷提高，GPS技術(shù)在導(dǎo)航、石化工程測量、碎部點(diǎn)的測繪與放樣等領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛的應(yīng)用前景。尤其是今年來各地連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(CORS)的相繼建立，極大地方便了GPS定位技術(shù)的使用。2

8、.2 RS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀輕小型低空遙感平臺日趨成熟輕小型低空遙感平臺的發(fā)展歷史較短, 但由于具有機(jī)動靈活、經(jīng)濟(jì)便捷等優(yōu)勢, 在近年來受到攝影測量與遙感等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注, 并得到了飛速發(fā)展。低空遙感平臺能夠方便地實(shí)現(xiàn)低空數(shù)碼影像獲取, 可以滿足大比例尺測圖、高精度的城市三維建模以及各種工程應(yīng)用的需要。由于作業(yè)成本較低,機(jī)動靈活、不受云層影響, 而且受空中管制影響較小, 有望成為現(xiàn)有常規(guī)的航天、航空遙感手段的有效補(bǔ)充。當(dāng)前可采用的輕小型低空遙感平臺又可具體分為無人駕駛固定翼型飛機(jī)、有人駕駛小型飛機(jī)、直升機(jī)和無人飛艇等。目前國內(nèi)采用無人機(jī)進(jìn)行攝影測量已逐步進(jìn)入實(shí)用階段, 現(xiàn)已有部分大比例尺測圖任務(wù)由無

9、人機(jī)航測完成。高分辨率衛(wèi)星遙感影像在測圖中發(fā)揮重要作用遙感衛(wèi)星除影像分辨率的不斷提高之外, 遙感衛(wèi)星傳感器的成像方式也向多樣化的方向發(fā)展, 單線陣推掃式成像方式逐漸發(fā)展到多線陣推掃成像, 立體模型的構(gòu)建方式也隨之多樣化, 更加合理的基高比和多像交會方式可進(jìn)一步提高立體成圖的精度。隨著商業(yè)高分辨率遙感衛(wèi)星數(shù)量繼續(xù)保持快速增長, 市場上可供選擇的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)日益增多, 為大規(guī)模、快速采集地理空間信息提供了可靠的數(shù)據(jù)保障。航空數(shù)碼相機(jī)成為攝影測量數(shù)據(jù)獲取的重要手段相對于傳統(tǒng)的膠片式航測相機(jī), 數(shù)碼相機(jī)的最大優(yōu)勢是在不增加飛行成本的條件下, 獲取大重疊度的影像數(shù)據(jù), 多視影像中相鄰影像間的變形較小,

10、如果采取多基線攝影測量的方法, 將多幅相鄰影像同時(shí)處理, 則可以大大增加交會角, 能夠大幅度提高影像匹配、立體測圖和三維重建的精度和可靠性, 并有利于真正射影像的制作。新一代數(shù)字?jǐn)z影測量處理平臺進(jìn)入實(shí)用化階段近幾年來, 隨著航空數(shù)碼相機(jī)、機(jī)載激光雷達(dá)等新型傳感器的迅猛發(fā)展, 攝影測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取能力有了空前的提高, 也給空間數(shù)據(jù)的處理與存儲管理技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)的攝影測量數(shù)據(jù)處理流程中, 還延續(xù)著傳統(tǒng)基于單機(jī)模式的數(shù)據(jù)處理方法, 無法滿足超大范圍攝影測量數(shù)據(jù)快速處理的需要。為有效解決海量遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)的瓶頸問題, 武漢大學(xué)將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、高性能計(jì)算技術(shù)與數(shù)字?jǐn)z影測

11、量技術(shù)相結(jié)合, 研究開發(fā)了新一代航空航天數(shù)字?jǐn)z影測量數(shù)據(jù)處理平臺機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用機(jī)載激光雷達(dá)(Airborne LiDAR) 集激光掃描儀、全球定位系統(tǒng)(GPS) 和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)( INS)三種技術(shù)于一體, 通過主動發(fā)射激光, 接收目標(biāo)對激光光束的反射及散射回波來測量目標(biāo)的方位、距離及目標(biāo)表面特性, 能夠直接得到高精度的三維坐標(biāo)信息。與傳統(tǒng)的航空攝影測量方法相比, 使用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)可部分地穿透樹林遮擋, 直接獲取地面點(diǎn)的高精度三維坐標(biāo)數(shù)據(jù), 且具有外業(yè)成本低、內(nèi)業(yè)處理簡單等優(yōu)點(diǎn), 成為攝影測量領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向之一。地面激光雷達(dá)成功應(yīng)用于三維建模采用地面激光雷達(dá)技術(shù)可以直接獲取

12、待測地物高密度、高精度的三維坐標(biāo)信息, 為幾何模型的快速建立提供理想的解決方案 。經(jīng)過近幾年的發(fā)展, 地面激光雷達(dá)的測量速度已有明顯的提高, 測距精度可以達(dá)到毫米級, 并能獲取一定的回波強(qiáng)度信息。在地面激光雷達(dá)系統(tǒng)的硬件組成中, 除包括激光掃描儀之外, 通常都會裝配有小型數(shù)碼相機(jī),同時(shí)也可集成位置與姿態(tài)測量裝置。將激光掃描儀測量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與數(shù)碼影像進(jìn)行融合, 則能夠快速完成三維模型的紋理映射, 由于省去了近景攝影測量中復(fù)雜的影像匹配步驟, 可以顯著地提高工作效率。移動測圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取與應(yīng)用受到重視移動測圖系統(tǒng)是指在移動載體平臺上集成多種傳感器, 通過定位、定姿和成像等傳感器在移動狀態(tài)下自

13、動采集各種定位定姿數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和激光掃描數(shù)據(jù), 通過統(tǒng)一的地理參考和攝影測量解析處理, 實(shí)現(xiàn)無控制的空間地理信息采集與建庫。目前移動測圖系統(tǒng)主要指基于機(jī)動車輛的移動道路測量系統(tǒng), 同時(shí)也包括不太常見的鐵路機(jī)車及人工便攜式的移動測圖系統(tǒng)。移動道路測量系統(tǒng)通過機(jī)動車上裝配的GPS、INS、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)和激光雷達(dá)等設(shè)備, 在車輛高速行進(jìn)之中, 快速采集道路及道路兩旁地物的空間位置數(shù)據(jù), 特別適合于公路、鐵路和電力線等帶狀地區(qū)的基礎(chǔ)信息獲取, 在電子地圖的制作與修測、城市三維建模等領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢。2.3 GIS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀上世紀(jì)90年代以來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷突破以及其它相關(guān)理論和技術(shù)

14、的完善，GIS在全球得到了迅速的發(fā)展。在海量數(shù)據(jù)存儲、處理、表達(dá)、顯示及數(shù)據(jù)共享技術(shù)等方面都取得了顯著的成效。在GIS技術(shù)不斷發(fā)展下，目前GIS的應(yīng)用已從基礎(chǔ)信息管理與規(guī)劃轉(zhuǎn)向更復(fù)雜的區(qū)域開發(fā)、預(yù)測預(yù)報(bào)，與衛(wèi)星遙感技術(shù)相結(jié)合用于全球監(jiān)測，成為重要的輔助決策工具。據(jù)有關(guān)部門估計(jì)，目前世界上常用的GIS軟件己達(dá)400多種：國外較著名的GIS軟件產(chǎn)品有：Auotodesk系列產(chǎn)品、Arc/Info、MapInfo及其構(gòu)件產(chǎn)品、Intergraph、Microstation等，還有Web環(huán)境下矢量地圖發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如XML、GML、SVG等等。我國GIS軟件研制起步較晚，比較成熟的測繪軟件主要有南

15、方CASS,MapGIS,GeoStar,SuperMap等。盡管現(xiàn)存的GIS軟件很多，但對于它的研究應(yīng)用，歸納概括起來有二種情況：一是利用GIS系統(tǒng)處理用戶的數(shù)據(jù)；二是在GIS的基礎(chǔ)上，利用它的開發(fā)函數(shù)庫二次開發(fā)用戶專用的GIS軟件。目前已成功應(yīng)用包括資源管理、自動制圖、設(shè)施管理、城市和區(qū)域規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運(yùn)輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類別的一百多個(gè)領(lǐng)域。在美國及發(fā)達(dá)國家，GIS的應(yīng)用遍及環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害預(yù)測、城市規(guī)劃建設(shè)、政府管理等眾多領(lǐng)域。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，加速了GIS應(yīng)用的進(jìn)程，在城市規(guī)劃管理、交通運(yùn)輸、測繪、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮r重要的作用，取得了良好

16、的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 “3S”是GPS（全球定位系統(tǒng)）、RS（遙感）和GIS的簡稱，“3S”集成是指將遙感、空間定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)這三種對地觀測技術(shù)有機(jī)地集成在一起。地理信息是一種信息流，RS、GPS和GIS中任何一個(gè)系統(tǒng)都只側(cè)重于信息流特征中的一個(gè)方面，而不能滿足準(zhǔn)確、全面地描述地理信息流的要求。因此，無論從物質(zhì)運(yùn)動形式、地學(xué)信息的本質(zhì)特征還是“3S”各自的技術(shù)特征來說，“3S”集成都是科技發(fā)展的必然結(jié)果。2.4 數(shù)字測繪技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀大比例尺地形測繪，是石化行業(yè)工程測量的重要內(nèi)容和任務(wù)，利用傳統(tǒng)的方法工作存在勞動強(qiáng)度大、質(zhì)量控制難、功效低等缺點(diǎn)。隨著工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對大比例尺地形圖的需求量日益增大，同時(shí)對地形圖的更新周期要求也越來起短。隨