测绘新技术

测绘新技术的发展张子昕(中国矿业大学（北京）100083)摘要:在20世纪,人类的一大进步是实现了太空对地观测,即可以从空中和太空对人类赖以生存的地球通过非接触传感器的遥感进行观测,并将所得到的数据和信息存储在计算机网络上,为人类社会的可持续发展服务。在短短的30年中,遥感和GIS作为一个边缘交叉学科已发展成为科学、技术和经济实体。关键字：全球定位系统（GPS）;卫星重力;地理信息系统abstract:inthe20thcentury,amajorprogressofmankindisrealized,whichcanbetooair-to-groundobservationsfromtheairandspacetothesurvivalofhumanstheearththroughthenon-contactsensorremotesensingforobservation,andwillgetdataandinformationstoredinthecomputernetwork,forthesustainabledevelopmentofthehumansocietyservice.Inonly30years,remotesensingandGISasaedge-crossedhasbecomeascientific,technicalandeconomicentity.Keyword:globalpositioningsystem(GPS);Satellitegravity;Geographicinformationsystem引言：在地球科学的发展过程中，涉及地球表面地理信息空间信息的获取、处理、存储、分析和表现的相关理论和技术在飞速发展，现在的测绘技术不仅涉及物体的特征信息和空间定位描述，而且涉及地理信息空间信息的量化传输机理“信息的表达以及信息反演等科学，同时涉及测绘学”地理学、空间科学、信息科学、和计算机科学多个学科领域。因此现阶段的测绘科学技术学科的发展现状和趋势，主要是以3S技术为代表的现代测绘技术作支撑，发展地理空间，信息的快速获取、自动化处理、一体化管理和网络化服务，以此推进信息化测绘的建设进程。一．测绘科学技术现代理论、技术和方法的新进展1.1、卫星定位测量(一)现代测绘基准建设现代测绘基准(又称地理空间信息基准)，是确定地理空间信息的几何形态和时空分布的基础，是反映真实世界空间位置的参考基准，它由大地测量坐标系统、高程系统/深度基准、重力系统和时间系统及其相应的参考框架组成。近年来我国现代测绘基准的建设取得了重要进展。基于现代理念和高新技术的新一代大地坐标系已进入实用阶段。(二)全球导航卫星系统(GNSS)的组建当今世界上全球导航卫星系统除美国的GPS和俄罗斯的GLONASS之外，现在正在建设的有欧盟的GALILEO和中国的北斗二代(COMPASS)。近年来，后两者的建设有较大进展。2008年欧盟通过了GALILEO的最终部署方案，标志着为期6年的伽利略计划基础设施建设正式启动。它分两阶段实施，即2008年至2013年为建设阶段，2013年后为正式运行阶段。2008年4月27日发射升空的第二颗在轨验证元素卫星GIOVE-B，目前已开始在轨检测，将继续验证未来GALILEO有效载荷的关键技术。GIOVE之后下一步计划就是2010年发射4颗运行卫星，验证GALILEO太空设备与相关的地面段设备。一旦在轨验证阶段结束，则将发射其余26颗卫星，部署一套具有完全运行能力的由30颗星组成的星座。中国的北斗二代导航系统已开始组建。2007年2月3日，中国用长3号甲火箭将北斗系统4号星发射升空，现在卫星转入正常运行。2007年4月14日，我国又再次以长3甲火箭将一颗北斗MEO导航卫星送入太空。这标志着我国将开始由区域导航卫星系统向全球导航卫星系统建设的过渡。(三)卫星定位技术的研究热点网络RTK和精密单点定位技术仍是当前主要研究热点。尤其是利用网络RTK技术在大区域内建立连续运行基准站网系统(CORS)，为用户全天候、全自动、实时地提供不同精度的定位/导航信息。(四)GPS/重力相结合的高程测量新方法这种新方法是在GPS出现之后逐渐发展到比较成熟的测定地面海拔高程(正高或正常高)的一种技术方法。二、航空与航天遥感技术2.1高分辨率卫星遥感影像测图随着高分辨率立体测绘卫星数据处理技术突破和我国民用测绘卫星“资源三号”的正式立项，如今卫星影像测图正在逐步走向实用化，呈现出航天与航空摄影测量并存局面。高分辨率遥感卫星不断出现，成像方式也向多样化方向发展，由单线阵推扫式逐渐发展到多线阵推扫成像；更加合理的基高比和多像交会方式进一步提高了立体测图精度。通过获取大范围同轨或异轨立体影像，正引起地形测量和地形测绘技术的变革。高分辨率遥感卫星数据处理技术的进展，主要包括高精度的有理函数模型求解技术，稀少地面控制点的大范围区域网平差技术基于多基线和多重匹配特征的自动匹配技术等。2.2航空数码相机的摄影测量数据获取随着传统胶片式航测相机相继停产，航空数码相机已逐渐取代此类相机，成为大比例尺地理空间信息获取的主要手段，以适应信息化测绘的需求。我国自主研发的SWDC系列航空数码相机结束了国外数码航空相机的垄断局面，已经应用于我国基础航空摄影。（一）研究开发天地一体化的高分辨率遥感卫星基础平台以及我国自主的遥感卫星数据接收处理系统，建立一个完整的天地一体化的高分辨率卫星遥感技术体系实现全定量遥感；研究和发展可接收多种卫星信号的基于位置服务的个人移动终端；建立以气象卫星系列、资源卫星系列和环境与灾害监测小卫星群组成的长期稳定运行的卫星对地观测体系，实现对中国和周边地区以及全球的陆地、大气、海洋的立体动态监测；开发基于多传感器的航空摄影数据获取系统、机载三维数字摄影测量系统、机载雷达成像测图系统和机载数字激光测图系统以及低空无人机对地观测系统等。（二）遥感数据处理技术研究高空间分辨率卫星影像、高光谱卫星影像、多时像以及雷达影像的技术；发展以知识为基础的智能化地理空间信息处理系统；研究利用知识发现进行影像目标的计算机自动识别与分类，开发实用化、智能化的遥感数据融合处理系统以及自动化智能化遥感信息解译与信息提取技术系统，发展高速、高自动化、大容量通用遥感数据平台。研究重点包括：定位、定性、定量一体化遥感信息智能获取及高效、自动化的集成技术；利用空间数据挖掘和知识发现进行影像目标的识别与自动分类、自动提取的技术与方法；地球环境及特种目标时空变化的自动监测技术；高空间分辨率卫星影像处理技术、高光谱和多时相多传感器卫星影像信息处理的技术与方法、多传感器、多分辨率、多维和多时相遥感数据的融合处理技术；影像的自动匹配算法；雷达影像处理与雷达干涉测量的技术和方法(包括SAR信号处理，多波段，多极化影像的分析，利用INSAR测量地表三维形态和变化，SAR影像和其它遥感影像和配准和融合的技术与方法等)；全自动化数字摄影测量技术等。（三）地理空间信息基准与空间定位技术研究研究建立国家高精度三维动态大地控制基准、高精度高程基准和重力基准的技术与方法；研究多星融合导航定位技术，建立满足大地测量精度要求的、军民两用、我国自主的卫星导航定位系统和卫星重力场探测系统；研究地面大地测量基准框架和改造与综合维护模式和方法；探测高精度的全球重力场；利用地面、航空、卫星等多种测量等多种类型探测数据精化我国陆海统一的高精度高分辨率的局部重力场和大地水准面；研究建立基于多种导航定位卫星地面综合跟踪站的局部无缝时空覆盖的综合定位导航服务以及覆盖我国全部国土的多星融合综合定位导航服务系统；研究建立与陆地一致的我国海洋大地测量基准框架等。三．雷达和三维激光扫描技术3.1星载宽幅雷达干涉监测技术宽幅雷达成像模式可监测大范围地震形变，但是该模式与条带成像模式存在差异。星载宽幅合成孔径雷达干涉测量是利用合成雷达卫星多条带同步扫描模式观测地表面获取几何信息技术，又被称为宽幅SAR干涉测量。该方法相对于其它干涉测量而言分辨率较低，但具有重访周期短和扫描带宽的优点。3.2.移动式三维激光数据获取近年来，三维激光扫描技术越来越成熟，在地理三维空间信息获取中应用也越来越广泛。三维激光扫描技术，是非接触式的，利用激光测距技术测量扫描仪与被测对象之间的距离，然后根据此距离值和扫描的姿态，通过计算来获取被测点的三维空间坐标，根据测得距离和扫描的姿态进行被测对象三维空间坐标计算的过程，我们称之为三维解算。移动式三维激光扫描技术，不是传统的以“移动——静止设站——数据扫描”为循环的多站点扫描模式，而是“边行边边扫描”模式。在数据获取的过程中，三维激光扫描仪一边在水平方向上前进，一边进行自旋转，实现三维数据的实时获取。以此种方式获取三维激光数据，涉及到三维激光扫描仪本身的前进和旋转两个动作的合成，如果用传统的静态站点三维解算方式进行解算肯定会造成数据变形，不能真实还原被测对象的空间信息。3.3三维激光扫描在修善古建筑物上的应用中国是一个有着五千年悠久历史的古国，除了几千年光辉灿烂的文化，祖先还为我们留下了无数宝贵的物质遗产，如何保持历史古迹的本来面目是目前古建筑修缮中需要考虑的首要问题。传统的修缮方法在某种程度而言费时、费力同时存在调查人员的人身安全问题，并且有时难以获得令人满意的结果。三维激光扫描技术的产生，为上述问题的解决提供了最为有效、实用和先进的技术手段。三维激光扫描技术。它将传统测量系统的点测量扩展到面测量，并可以深入到复杂的现场环境及空间中进行扫描操作，直接将各种大型、复杂实体的三维数据完整的采集到计算机中，进而快速重构出目标的三维模型及点、线、面、体等各种几何数据，而且还可以将采集到的三维激光点云数据进行多种后处理工作。三维激光扫描技术利用激光的独特优异性能用作扫描测量，具有非接触测量、数据采样率高、主动式扫描、高分辨率、高精度、数字化采集和结构紧凑等特点。三维激光扫描仪用于大型建筑物的扫描建模和变形监测等领域还处于起步阶段,模型优化和精度分析等很多工作还有待于随着三维扫描技术的进一步成熟而进行更深入的研究。通过上面的研究可以得出，一是利用三维激光扫描技术采集古建筑的三维几何信息和图像信息的是可行的；二是通过实践可以看出利用点云可以进行施工检测与定时的变形监测，是可行的而且取得了一定的成功；三是利用可以忠实地反映古建筑的原貌，是一种真正的现状图纸。所以对三维激光扫描技术的研究具有重要的意义四．地球空间信息科学与技术的发展趋势4.1大地空间信息获取的精确化和实时化大地测量信息获取手段从静态到动态、从地基到天基、从区域到全球迅速发展，大地测量的精度将显著提高，应用领域将更为广泛。大地测量基准框架向全球一致的地心、三维、动态和综合多功能方向发展，空间大地测量将成为基准框架建立和维持的主要理论和技术支撑；基于导航定位卫星系统的星载、机载大地测量技术将成为基准框架技术服务的热点。重力场探测将致力于发展卫星和近地点探测的主要目标；GPS水准方法已渐渐成为精化区域性大地水准面和探测局部重力场精细结构重要手段。大地测量在地球动力学研究、灾害监控和预报等方面的应用将得到进一步的发展。5.总结：当代测绘科学技术已从数字化测绘向着信息化测绘过渡，在其学科发展中呈现出知识创新和技术带动能力。它已形成为一门利用航天、航空、近地、地面和海洋平台获取地球及其外层空间目标物的形状、大小、空间位置、属性及其相互关联的学科。现代空间定位技术、遥感技术、地理信息技术、计算机技术、通信技术和网络技术的发展，使人们能够快速、实时和连续不断地获取有关地球及其外层空间环境的大量几何与物理信息，极大地促进了与地球空间信息获取与应用相关学科的交叉和融合。因而现代测绘科学技术学科的社会作用和应用服务范围正不断扩大。参考文献：[1]范海英，杨伦，邢志辉，等.HDS3000三维激光扫描系统的工程应用研究[J].矿山测量:2004，(3):16-18[2]马立广.地面三维激光扫描仪的分类与应用[J〕.地理空间信息二2005,3(3):60-62[