測(cè)繪發(fā)展歷史現(xiàn)狀與應(yīng)用

1、1. 測(cè)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(cè)繪科學(xué)的發(fā)展開(kāi)拓了廣闊的道路，創(chuàng)造了發(fā)展的條件，推動(dòng)著測(cè)繪技術(shù)和儀器的變革和進(jìn)步。測(cè)繪科學(xué)的發(fā)展很大部分是從測(cè)繪儀器發(fā)展開(kāi)始的，然后使測(cè)繪技術(shù)發(fā)生重大的變革。1947年，光波測(cè)距儀問(wèn)世，60年代激光器作為光源用于電磁波測(cè)距，使長(zhǎng)期以來(lái)艱苦的手工業(yè)生產(chǎn)方式的測(cè)距工作，發(fā)生了根本性的變革。徹底改變了大地測(cè)量工作中以測(cè)角按算距離的面貌。因此除用三角測(cè)量外，還可用導(dǎo)線測(cè)量和三邊測(cè)量。隨著光源和微處理機(jī)的問(wèn)世和應(yīng)用，使測(cè)距工作向著自動(dòng)化方向發(fā)展。氦氖激光光源的應(yīng)用使測(cè)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(cè)程大大加大，因此測(cè)月、測(cè)衛(wèi)工作得以實(shí)現(xiàn)。80年代開(kāi)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(cè)距精度大大提高。ME5000測(cè)距儀達(dá)到±（0.2+0.1×10-6D)的標(biāo)稱(chēng)精度。與此同時(shí)，砷化鉀發(fā)光管和激光光源的使用，使測(cè)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(cè)距以外，微波測(cè)距也有很大發(fā)展，80年代之后，全自動(dòng)化的微波鍘距儀CA-100、WM-20等已用于軍事等部門(mén)。測(cè)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(pán)發(fā)展為光學(xué)度盤(pán)。近20年來(lái)，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(pán)和電子讀數(shù)，且能自動(dòng)顯示、自動(dòng)記錄，完成了自動(dòng)化測(cè)角的進(jìn)程，自動(dòng)測(cè)角的電子經(jīng)緯儀問(wèn)世，并得到應(yīng)用。同時(shí)，電子經(jīng)緯儀與測(cè)距儀結(jié)合，形成了電子速測(cè)（全站儀)、其體積小，重量輕，功能全，自動(dòng)化程度高，為數(shù)字測(cè)圖開(kāi)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(dòng)化。從此將結(jié)束測(cè)角、測(cè)距手工業(yè)生產(chǎn)方式的漫長(zhǎng)歷史。20世紀(jì)40年代，自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的問(wèn)世，標(biāo)志著水準(zhǔn)測(cè)量自動(dòng)化的開(kāi)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(cè)量的精度和開(kāi)拓廣泛的用途創(chuàng)造了條件近年來(lái)，數(shù)字水準(zhǔn)儀的誕生，也使水準(zhǔn)測(cè)量中

4、的自動(dòng)記錄，自動(dòng)傳輸、存儲(chǔ)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(dòng)瞄準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)。由于以上這些先進(jìn)測(cè)量?jī)x器的生產(chǎn)和應(yīng)用，使測(cè)量工作向著自動(dòng)化、電子化方向發(fā)展，減輕丁勞動(dòng)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(cè)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(wèn)世，采用衛(wèi)星直接進(jìn)行空間點(diǎn)的三維定位引起了測(cè)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(wú)需建立高標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用在大地測(cè)量、工程測(cè)量、地形測(cè)量及軍事的導(dǎo)航、定位上，世界上很多國(guó)家為了使用全球定位系統(tǒng)的信號(hào)，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(lèi)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(guó)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(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)（GRANAS)等也都開(kāi)展了工作。我國(guó)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(cè)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(cè)量測(cè)繪地（形)圖外，還通過(guò)人造地球衛(wèi)星拍攝地球照片，監(jiān)測(cè)自然現(xiàn)象的變化，并且利用這些衛(wèi)片測(cè)繪地圖，其精度逐步提高。近年來(lái)，已改變了過(guò)去攝影測(cè)量的方式，用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)量工作，使攝影

6、測(cè)量的成果穩(wěn)定、可靠，并且自動(dòng)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(cè)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(cè)圖系統(tǒng)，由過(guò)去的傳統(tǒng)測(cè)繪方式發(fā)展為數(shù)字測(cè)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(cè)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(lái)，隨著GPS定位技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善，使測(cè)繪定位技術(shù)發(fā)生了革命性的變革，為工程測(cè)量提供了嶄新的技術(shù)手段和方法。長(zhǎng)期以來(lái)用測(cè)角、測(cè)距、測(cè)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(dòng)態(tài)；定位服務(wù)領(lǐng)域已從導(dǎo)航和測(cè)繪領(lǐng)域擴(kuò)展到國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的廣闊領(lǐng)域。 在我國(guó)GPS定位技術(shù)的應(yīng)用已深入各個(gè)領(lǐng)域，國(guó)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(cè)、海島或海域測(cè)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(guó)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(cè)量、碎部點(diǎn)的測(cè)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(lái)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(tái)日趨成熟輕小型低空遙感平臺(tái)的發(fā)展歷史較短, 但由于具有機(jī)動(dòng)靈活、經(jīng)濟(jì)便捷等優(yōu)勢(shì), 在近年來(lái)受到攝影測(cè)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(tái)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(cè)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(dòng)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(tái)又可具體分為無(wú)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(wú)人飛艇等。目前國(guó)內(nèi)采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量已逐步進(jìn)入實(shí)用階段, 現(xiàn)已有部分大比例尺測(cè)圖任務(wù)由無(wú)

9、人機(jī)航測(cè)完成。高分辨率衛(wèi)星遙感影像在測(cè)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(huì)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(zhǎng), 市場(chǎng)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(cè)量數(shù)據(jù)獲取的重要手段相對(duì)于傳統(tǒng)的膠片式航測(cè)相機(jī), 數(shù)碼相機(jī)的最大優(yōu)勢(shì)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(cè)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(huì)角, 能夠大幅度提高影像匹配、立體測(cè)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(cè)量處理平臺(tái)進(jìn)入實(shí)用化階段近幾年來(lái), 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(cè)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(chǔ)管理技術(shù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。目前國(guó)內(nèi)的攝影測(cè)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(wú)法滿足超大范圍攝影測(cè)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(wèn)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(cè)

11、量技術(shù)相結(jié)合, 研究開(kāi)發(fā)了新一代航空航天數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)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(guò)主動(dòng)發(fā)射激光, 接收目標(biāo)對(duì)激光光束的反射及散射回波來(lái)測(cè)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(cè)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(shù)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn), 成為攝影測(cè)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(cè)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(guò)近幾年的發(fā)展, 地面激光雷達(dá)的測(cè)量速度已有明顯的提高, 測(cè)距精度可以達(dá)到毫米級(jí), 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(huì)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(cè)量裝置。將激光掃描儀測(cè)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(cè)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(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取與應(yīng)用受到重視移動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)是指在移動(dòng)載體平臺(tái)上集成多種傳感器, 通過(guò)定位、定姿和成像等傳感器在移動(dòng)狀態(tài)下自

13、動(dòng)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(guò)統(tǒng)一的地理參考和攝影測(cè)量解析處理, 實(shí)現(xiàn)無(wú)控制的空間地理信息采集與建庫(kù)。目前移動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)主要指基于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的移動(dòng)道路測(cè)量系統(tǒng), 同時(shí)也包括不太常見(jiàn)的鐵路機(jī)車(chē)及人工便攜式的移動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)。移動(dòng)道路測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)機(jī)動(dòng)車(chē)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(chē)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(cè)、城市三維建模等領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。2.3 GIS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀上世紀(jì)90年代以來(lái)，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(chǔ)、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(kāi)發(fā)、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，與衛(wèi)星遙感技術(shù)相結(jié)合用于全球監(jiān)測(cè)，成為重要的輔助決策工具。據(jù)有關(guān)部門(mén)估計(jì)，目前世界上常用的GIS軟件己達(dá)400多種：國(guó)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(guó)GIS軟件研制起步較晚，比較成熟的測(cè)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(duì)于它的研究應(yīng)用，歸納概括起來(lái)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(kāi)發(fā)函數(shù)庫(kù)二次開(kāi)發(fā)用戶專(zhuān)用的GIS軟件。目前已成功應(yīng)用包括資源管理、自動(dòng)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(lèi)別的一百多個(gè)領(lǐng)域。在美國(guó)及發(fā)達(dá)國(guó)家，GIS的應(yīng)用遍及環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害預(yù)測(cè)、城市規(guī)劃建設(shè)、政府管理等眾多領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著我國(guó)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(cè)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(huì)效益。 “3S”是GPS（全球定位系統(tǒng)）、RS（遙感）和GIS的簡(jiǎn)稱(chēng)，“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(duì)地觀測(cè)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(wú)論從物質(zhì)運(yùn)動(dòng)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(lái)說(shuō)，“3S”集成都是科技發(fā)展的必然結(jié)果。2.4 數(shù)字測(cè)繪技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀大比例尺地形測(cè)繪，是石化行業(yè)工程測(cè)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(dòng)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(duì)大比例尺地形圖的需求量日益增大，同時(shí)對(duì)地形圖的更新周期要求也越來(lái)起短。隨