1、1论 GIS 数据采集与数字化测绘摘要：本文首先阐述了 GIS 与数字化测绘的概念及特点，然后进行了异同对比，具有较强的意义和价值，供同行借鉴参考。 关键词：GIS 数据采集；数字化测绘；空间数据；属性数据；精度要求；数据管理 中图分类号：P2 文献标识码：A 文章编号： 为地理信息系统采集地理信息或数据的工作统称为地理信息调查，又称为 GIS 数据采集，例如，目前广泛开展的城市部件调查、城镇地籍调查、电信资源调查和土地调查等都属于地理信息调查业务。 受传统测绘业务和惯性思维的影响，很多测绘专业技术人员都把 GIS 数据采集视为数字化测绘，尤其是为各种城市地理信息系统采集数据的工作。例如城镇地
2、籍调查和城市部件调查等都是典型的 GIS 数据采集项目，却都被视为数字化测绘业务，结果出现了很多诸如数据不符合相应地理信息系统要求等不应该出现的问题。本文在总结笔者长期从事地理信息工程和测绘工程经验的基础上，深入探讨了 GIS 数据采集与数字化测绘之间的异同之处。 1 GIS 与数字化测绘概述 1.1GIS 概述 GIS(Geographical Information System)地理信息系统，是一门以2地理信息为核心，以计算机技术作支持，集空间科学、环境科学、遥感科学、地理学、地图学、信息学管理学于一体建立起来的综合技术与学科。自上个世纪 60 年代兴起以来，得到广泛关注和迅猛发展，目前
3、已成为许多学科领域获取、存储、查询、分析、管理地理空间信息重要工具。GIS 的核心是基于实测数据的数据库，除具有优良的数据库管理功能外，还具有超强的数字化制图系统，以及通过空间查询和空间分析后的辅助决策功能。空间分析功能是 GIS 的出发点和目标，GIS 通过对原有信息的处理得到对决策具有指导和启发意义的新信息。例如，美国三里岛核扩散事件中，利用 GIS 系统在 24 小时内作出了各种可能扩散范围和损失的估计。全球大面积小麦估产，火山爆发预测，全球天气周期性分析等都是在 GIS 系统下进行的。2006 年 2 月我国 GIS 系统-国家基础地理信息系统 1：50000 数据库通过验收，这是我国
4、目前比例尺最大精度最高的GIS 系统，目前该数据库已在国土规划、农林水电、交通国防等部门使用，产生了良好的经济效益和社会效益。 1.2 数字化测绘概述 我国的测绘事业经过近几十年的快速发展，已经实现了从手工、模拟测绘到解析测绘，再到数字测绘的过渡。从古埃及的土地丈量到今天的航天遥感遥测，从传统的手描笔绘到现代的电脑编辑激光喷绘，反映的正是测绘生产的数字化发展进程。数字化测绘主要体现在测绘生产过程的数字化、测绘产品的数字化(包括大地网、坐标系、影像产品、地图产品)和测绘保障的数字化。 ( 一) 测图自动化。传统测图方式依靠手工作业进行，在外业测量3中人员需要通过手工的方式记录测量数据，绘制地形图
5、，计算坐标、面积等数据。数字测绘技术实现了野外测量的自动化，不仅能够自动记录信息，并且可以自动解算、自动处理数据，使整个测图工作实现了自动化，大大提高了测图的工作效率和工作质量。另外，数字测绘技术还可以为用图者提供便于携带、存取的数字地形图软盘。 ( 二) 图形自动化。数字测绘技术生成的数字地形图，不仅存储了符号、数字等数据信息，而且便于传输、使用。数字地图能够自动提取方位、面积、坐标等信息，并可供计算机辅助设计和地理信息系统使用。( 三) 测图精度高。传统的测绘方式由于测定、展绘及视距等误差的存在，精度普遍不高，1: 1000 比例尺会存在 0.5mm 的误差，其中视距、刺点是主要的误差源。
6、即便是使用经纬仪视距高程法在平坦地区测定高程，也存在较大的地形点高程误差，当倾角增大时误差也会进一步增加。数字测绘技术在野外采集数据时不存在精度损失，也不会因比例尺的关系而影响精度，因此数字测绘技术因其精度高的优势在地籍、管网、房产等测量中得到了广泛的应用。 ( 四) 便于更新。传统的测绘方式在遇到实地有变化时，需要进行重新测量，否则将存在较大的误差，而数字测绘技术在面对这种问题时，仅仅需要输入新的坐标、代码等数据，再通过相关软件的编辑处理，便可以将成果进行更新，从而保证成果的现势性，可谓是一劳永逸的好办法。 ( 五) 耐保存。传统的测绘方式将地图信息记载到图纸上，随着时4间的推移，图纸难免会
7、在使用、保存过程中出现变形，从而使地图信息产生误差。然而数字测绘技术不需要考虑这一因素，由于采用数字化的保存方式，不会受图纸变形的影响。 ( 六) 输出形式多样化。由于数字测绘技术的成果由数字化媒介保存，可以通过计算机、打印机等设备将成果以多种方式进行输出，能够根据用户的实际需要调整输出的方式，为其实际使用提供了诸多方便。 ( 七) 便于加工利用。由于数字测图采用分层存放的方式不受图面的限制，测绘成果的进一步加工利用十分方便，有利于测绘服务的拓宽。例如在 CASS 软件中能够定义许多层，可以根据需要定义房屋、道路、电力线等层，关闭、打开层便能方便地提取信息。 ( 八) 为 GIS 提供信息。G
8、IS 在数据采集方面的工作量最大，数字测绘技术可以将测绘成果转换为 GIS 数据库接纳的格式，使其得到补充和更新，从而保证 GIS 功能的充分发挥。 2 GIS 数据采集与数字化测绘的相同之处 GIS 数据采集与数字化测绘是 2 项性质不同的业务，但它们之间也有很多相同之处，具体说来包括以下 2 个方面。 2.1 对象相同 GIS 数据采集与数字化测绘的对象都是地球表面上的地理实体，虽然二者的侧重点不同( 前者侧重于某一行业或某种专题地理实体，后者则侧重于全部的地理实体) ，甚至有时对同一个客观实体的命名也不同，但二者都需要测量地理实体的空间位置和几何形状。 例如，在城市部件调查中，把各种井盖
9、、路灯、电杆和绿地等地理5实体统称为城市部件，测量这些地理实体的位置和形状，而在大比例尺数字化测图中，却把这些地理实体统称为地物，也需要测量它们的位置和形状。又例如，在城镇地籍调查中，把作为权属界线的各种围墙、栅栏、铁丝网和建筑物等线状地物的拐点统称为界址点，对它们进行测量定位，而在大比例尺数字化测图工作中，则把上述拐点统称为地物特征点，对它们进行测量定位。 2.2 技术相同 GIS 数据采集与数字化测绘都使用全站仪、GPS 等测绘仪器，都采用解析法等测量和定位方法，都是在某一空间参考基准或坐标系统下开展工作，可以说 GIS 数据采集与数字化测绘采用相同的测量或定位技术。 例如，在城市部件调查
10、中，需要在与调查底图同一个空间参考基准下开展城市部件空间数据的采集工作，而城市部件的空间位置与几何形状的采集既可以用全站仪采集，也可以用 GPS 接收机采集，且大都用解析法采集。同样，在城镇地籍调查中，界址点测量是城镇地籍调查采集宗地空间数据的基本工作，通常也都用全站仪和 GPS 接收机，也都采用解析法测量。 3GIS 数据采集与数字化测绘的不同之处 GIS 数据采集与数字化测绘虽有以上相同之处，但二者在工作目的、工作内容、选取和抽象的原则、工作难点、精度要求以及数据组织与管理的方法等方面有着明显的区别。 3.1 工作目的不同 GIS 数据采集与数字化测绘都需要采集与地理实体定位和形状等几6何
11、特征有关的空间数据，但前者是为了管理地理实体，后者则是为了在地图上表达地理实体。 GIS 数据采集是为地理信息系统采集数据的工作，地理实体作为地理信息系统管理的对象具有明显的空间分布特征，其定位和形状方面的信息是重要的地理信息，因此，需要采集地理实体定位和形状方面的数据，作为地理信息系统管理的重要内容。而数字化测绘则是测量和表达地理信息的技术，它测量地理实体特征点的位置，并将这些数据可视化，绘制成地图，其目的在于反映和表达地理信息。 例如，在城市部件调查中，城市部件的空间位置是其重要的地理信息，是城市部件出现问题后确定其位置的重要依据，在数字化城市管理系统中具有重要的作用。在城镇地籍调查中，界
12、址点的空间位置决定了宗地的位置和面积，具有重要的法律效力，因此是城镇地籍信息系统重要的管理内容。 3.2 工作内容不同 GIS 数据采集的地理信息不仅包括空间数据，也包括属性数据。数字化测绘仅仅采集地理实体的空间数据。 例如，在城市部件调查中，不仅要采集城市部件的空间数据，还需要调查其管理部门、权属部门、维护部门和状态等属性信息。在城镇地籍调查中，除了要测量界址点的坐标来确定宗地的空间位置和面积外，还需要调查宗地的权利人、权属性质、土地利用类型和四至等属性信息。3.3 选取和抽象的原则不同 7测绘地图，尤其是测绘大比例尺地形图时，选取地物的原则： 一是地物的空间大小，二是地物的重要程度。通常情
13、况下，比较大的和比较重要的地物都会被选取并绘制到地图上，而抽象的原则则完全是根据地物的空间大小与地图的比例尺来确定的，即空间尺寸大于比例尺精度的地物通常都会被依比例尺表达，而空间尺寸小于比例尺精度的地物通常都会被不依比例尺或半依比例尺表达为点状符号或线状符号。 采集 GIS 数据时，地理对象的选取原则完全取决于该地理对象是否是系统管理的对象，地理对象的抽象原则完全取决于系统管理的需要，而不管它的空间尺寸和重要程度。例如，在数字化城市管理系统中，建筑工地再大也被抽象为点，而绿地再小也被抽象为面。 3.4 工作难点不同 GIS 数据采集的难点是属性调查，而数字化测绘的难点是地物和地形的抽象及表达。
14、地理实体的属性信息不像其空间特征那么直观，需要到相关的部门查阅资料和询问相关的人员，而且要保证调查得到的信息必须完整和准确。例如，在城市部件调查中，由于城市基础设施和公用设施建设的不规范或多样化，许多城市部件很难界定其名称，这样就更难以调查其他属性信息了。 在有些城市，即使是同一种城市部件，在不同的区域其管理部门、权属部门和维护部门等属性信息也不相同，给调查增加了难度。在城镇地籍调查中，权属界线的调查与核实是调查工作中最难的事情，既要确定权属界线的位置，又要求界线两侧的权利人认可并签字，有时由于土地权属纠纷的主观原因和找不到权利人的客观原因，调查工作就更困难8了。 在数字化测绘工作中，地物和地
15、形本身的形状就很复杂，从现实中抽象出其空间形状和特征点并测量其坐标就是一件困难的事情，而更困难的就是在地图上根据其特征点用地图符号将其表达出来，尤其是复杂地形的表达，以及复杂的综合地物的表达。例如，在城市大比例尺地形图测绘工作中，由于建筑和道路设计的多样化，许多建筑物和道路设施不仅难以抽象测量，更难以在图上用符号表达。 3.5 精度要求不同 GIS 数据采集和数字化测绘对地理实体定位测量的精度要求通常是不同的，与同一比例尺地形图测绘精度相比较，有些 GIS 数据采集精度要求较高，有些则很低。 在城市部件调查中，数字化城市管理系统对城市部件空间数据的定位精度与其调查底图的测绘精度相比，是非常低的
16、。例如，城市部件调查对空间位置或边界明确的部件，如井盖、灯等点状部件的点位中误差的要求为不大于 0.5 m，而其调查底图 1500 地形图对点状地物的点位中误差的要求则为不大于 0.25 m。 在城镇地籍调查中，城镇地籍信息系统对界址点的定位精度与其调查底图的测绘精度相比，则是比较高的。城镇地籍测量对界址点测量的点位中误差的要求为不大于 005 m，是其调查底图 1500 地形图对地物特征点点位中误差要求的五分之一。 3.6 数据组织和管理方法不同 地图数据与 GIS 数据是 2 个相近的概念，地图数据强调对地理信9息的描述或地理实体的表达，是以制作地图为目标的；而 GIS 数据则强调对地理信
17、息或地理实体的管理，是以建立管理系统为目标的。虽然二者的空间数据都是几何数据，且生产方式相同，有时把地图数据与 GIS 数据都称为空间数据，但其组织方式和管理方法却不完全相同，前者通常采用面条数据或实体数据结构，而后者通常则使用拓扑数据结构，以便对地理实体的空间位置关系进行分析。 地图主要是用地图符号表达地理实体特征的，所以，地图数据主要表达地理信息的各类地图符号数据，其最大特点是只有几何数据( 或只有几何数据及其属性编码) ，没有属性数据，是用地图符号表达地理实体属性特征的。而 GIS 则是用属性信息表达地理实体的属性特征，所以，GIS 数据由 2 部分组成，一部分是描述地理实体几何特征的几
18、何数据，另一部分则是反映地理实体属性信息的属性数据。GIS 数据可以根据其属性数据将几何数据符号化后转换为地图数据，只是丰富了 GIS 数据，但它仍与地图数据有明显的差别。空间数据和属性数据因为特性不同，其管理方式也不相同，空间数据通常都是用文件方式进行管理的，而属性数据则是用数据库方式管理的。 结 语 地理信息系统由地理数据、GIS 软件、计算机硬件和用户 4 部分组成，其中地理数据犹如人体中的血液和汽车中的汽油，在地理信息系统中具有非常重要的基础作用。所以，地理信息调查或 GIS 数据采集是地理信息工程中一项重要的工作，是大部分地理信息工程中工程量最大的子工程。虽然为地理信息系统采集数据和
19、数字化测绘都采用相同的测量10或定位技术，但 GIS 数据采集并不等同于数字化测绘。所以在 GIS 数据采集工作中，应从管理地理对象或地理信息的角度抽象和测量地理实体，并组织和管理其数据。总之，深入探讨二者的相同之处和不同之处，对于当前广泛开展的地理信息工程，尤其是 GIS 数据采集工作具有重要的指导作用。 参考文献 1杨永崇，赵淑媛基于 AUTO CAD 的 GIS 数据采集方法J测绘科学，2007，32( 5) 2郭 岚 基于 AUTO CAD 的数字地籍测量方法J测绘技术装备，2002( 2) 3杨永崇，赵淑媛 数字地图的分辨率J测绘科学，2007，32( 4) 4胡云数字化测绘在地质勘查中的应用J 应用科学，2010(5) 5吴信才地理信息系统原理与方法M 北京：电子工业出版社，2009
