吕建勋

（江西省建筑设计研究总院集团有限公司，南昌 330000）

1 引言

在移动互联网飞速发展的21 世纪，人类的活动与空间位置息息相关，空间位置信息涵盖了驾车出行、餐饮外卖、电商购物等活动。而地理信息系统是一种帮助人们更好地利用空间位置信息的工具，可以集成空间数据与多行业技术，提高测绘效率，改善测绘成果表达方式。因此，探究城市测绘中地理信息系统的应用要素具有非常突出的现实意义。

2 地理信息系统的内涵

地理信息系统（Geography Information System,GIS）是一种特定的空间信息系统，可以创建、管理、剖析、绘制全部类型数据。在实际应用过程中，GIS 可以将数据与地图连接，关联事物所在位置数据以及对应位置事物全部类型的描述性信息，为制图分析提供依据，便于人们了解地理环境以及空间关系，助力测绘决策[1]。

从常见的GIS 数据格式来看，主要包括ShapeFile、KML/KMZ（Keyhole Markup Language）、GeoJSON（点、线串、面等）、WKB/WKT（Well-known Binary/Well-known Text）几种。

3 GIS 在城市测绘中的优势

3.1 丰富测绘方式

以往城市测绘重资料调查研究而不重社会经济实况，导致城市测绘成果缺乏足够内涵。而将GIS 应用到城市测绘中，可以弱化图面效果比重，实时分析城市社会经济实况，并根据分析结果动态调整城市测绘方案。同时，GIS 数据库可持续更新、移植，实现静态城市测绘向动态城市测绘的转变，进一步丰富城市测绘方式。

3.2 增强测绘科学性

GIS 具备强大的分析能力，可以辅助测绘人员模拟、选择、评估测绘方案[2]。同时，在GIS 中，可以叠加分析城市测绘区域内自然条件、社会条件、经济条件，为城市土地分等定级、地质灾害评估、经济发展预测科学性增强提供依据。同时，借助GIS 图层叠加缓冲区与自动匹配最佳路径功能，可以有效确定公共设施位置、人流车流路线，为测绘作业科学开展提供依据。

3.3 提高测绘效率

城市测绘囊括了大量地理空间数据、社会数据、经济资料基础数据等，将GIS 应用到城市测绘中，可以作为快速的辅助信息分析工具对基础数据进行理性分析，规避城市测绘海量数据处理效率低下问题。同时，GIS 支持多形式空间数据储存、管理、查询、叠加、聚类、网络等功能，可以在线缩短城市测绘周期，提高测绘效率[3]。

4 城市测绘中GIS 的应用要素

4.1 点

在城市测绘中，GIS 的点特指具体地物的地址与位置。位置可以利用坐标系表示，地理坐标系是常用的坐标系，多利用三维球面内经纬度表达。部分情况下，可以利用投影坐标系（墨卡托投影）格网内x 坐标、y 坐标表示位置，二维空间范围内投影坐标系的长度、面积、角度均恒定不变。投影坐标系的圆点是格网中心，每一个位置均具有2 个数值，数值是相对于中心位置的坐标，包括水平位置、垂直位置。

以地理信息系统在城市地物测绘中的应用为例，首先，测绘技术人员可以借助GoogleMap 捕获器，获取城市区域范围内的栅格地图，作为城市测绘的数字化底图，并利用事先收集的城市地物运行数据，预先划分若干不同颜色专题图层，如景点、医院、商场、行政单位等。同时，更新若干专题图层属性，插入易于分辨且可显示在图层上的字段，包括景点名称、商场名称、医院名称、行政单位名称等；其次，测绘技术人员需要综合考虑环境、地理、气候等因素，合理利用GIS 栅格、矢量功能，采集几何形态数据，并在“点”地理实体周边建立圆形缓冲区，圆心为点实体，半径距离一定。在点实体构成的圆形缓冲区内，梳理栅格行与列的关系，完成地物位置的精准划定；再次，测绘技术人员可以结合城市实际地理特征，划分地物所在区域属性，包括自然属性（植被、水资源、地形地貌等）、社会经济属性（交通便利性、资源生产可行性等），借助GIS 屏幕中分层图展现全部要素后，筛选地物测绘所需地理数据符号，为后期GIS 数据提取分析提供依据；最后，借助GIS 内置软件，与大结构、强功能渲染软件结合，绘制城市地物高精度三维地理信息模型，或者直接生成数据报告，为类似工作以及城市规划决策提供参考[4]。

4.2 线串

在城市测绘中，GIS 的线串特指公路、街道、边界、河流等线状地物。以城市街道测绘为例，作为城市最活跃的组成部分，街道在城市测绘网中占据着重要的地位。将GIS 应用到城市街道测绘中，可以按照街道层次关系组织空间信息，对照地理空间实体完成城市街道地理编码，并关联城市资源、街道，完成大比例地图中街道市政、饭店、大厦、宾馆等服务性设施的详细显示，为城市管理决策提供信息支持。在城市街道测绘前，测绘技术人员应围绕城市街道层次，按照系统的地理编码方式，分别进行主要街道、次要街道、一般街道编码。进而根据空间实体的类别与性质，对街道内服务设施进行编码。整个过程中涉及的系统数据包括属性数据与空间数据。其中，属性数据特指与城市街道空间内关联的公共设施地址等；空间数据是构成地图要素的几何实体，特指城市街道线串。测绘技术人员需要根据GIS 地图分层组织方针，落实最短路径要求，进行若干图层细分，实现地理信息快速化、分类化、精准化查询。比如，输入街道名称完成模糊查询，或者选择与街道关联的信息类别、相应街道所在层次等查询其空间位置。进而在GIS软件内构建数据库表之间的关系，将街道分别与车站缓冲区图层（或商场缓冲区图层）相互叠置，形成空间数据集，覆盖全部街道起始点、出入口依据经过起始点的全部街道路线。根据全部路线中线路节点分布情况，判断各条街道之间是否相连（各街道出入口是否共同经过的路线），为街道测绘影像绘制提供依据。

4.3 面

在城市测绘中，GIS 的面特指土地区块或一个区域。以城市绿地区块测绘为例，事先收集0.61 m 分辨率的QUICKBIRD 卫星影像多光谱数据，波段为4 个。参考15 m 分辨率的TM 卫星数据、5 m 分辨率的SPOT 卫星数据进行最新影像数据解译。同时，考虑到城市绿地覆盖调查对象空间单元尺度处于较小的水平，大致在1 m，对影像数据分辨率有较高的要求[5]。为了获得光谱分辨率高且空间分辨率高的影像数据，将TM 影像数据与SPOT 全色影像融合，降低后期信息提取、剖析难度。进而借助1∶10 000 地形图纠正QUICKBIRD 卫星影像，获得准确的空间几何坐标信息，并根据影像数据提取城市绿地信息范围。在城市绿地信息范围确定后，借助GIS 提取、解译、统计城市绿地空间数据（含面积数据、感兴趣区缓冲区半径等），进行专题影像的制备。其中，绿地信息提取对象是TM3 波段+4 波段+7 波段合成影响、SPOT 融合后影像，提取指标是植被指数，即经比例植被指数（或垂直植被指数、归一化植被指数）计算的植被叶绿素吸收带对应波段；绿地信息解译主要是根据QUICKBIRD 影像构建公共绿地、生产绿地、林荫路绿地、居住区绿地或专门绿化用地的解译标识。根据标识，整合计算机自动识别功能、人工分析判别功能，进行城市绿地图斑绘制。根据城市绿地图斑，编辑处理城市绿地数据，并根据相邻图斑之间拓扑关系进行属性数据关联，形成高类别圈定精度的GIS 空间数据。进而根据城市绿地分类，结合城市测绘项目需求，分析城市绿地缓冲区。城市绿地面实体缓冲区是面实体边界向内（或向外）扩展一定距离生成的新多边形。比如，城市公园绿地面积超出5 000 m2时，覆盖居住用地绿地服务半径为500 m，基于此，可以借助GIS 计算城市公园绿地服务半径覆盖率，分析城市公园绿地布局合理性；城市绿地专题影像制备需要将处理后影像、绿地缓冲区范围、重点名称、统计表、学校、不同绿地分析统计图斑导入GIS 软件内，经地图编制、图面整理修饰，获得城市绿地分析影像图，完成测绘任务。

此外，为提高影像数据解译精度，借助影像处理软件对TM 影像数据、QUICKBIRD 影像数据、SPOT 影像数据进行处理，处理手段涵盖数据融合、几何纠正、边缘增强、影像增强等。在这个基础上，借助灰度反差增强（灰度线性拉伸）、纹理能量信息增强（直方图偏度值法）处理局部影像，细化压缩影像噪声，凸显QUICKBIRD 数据空间分辨率优势[6]。

4.4 多部集合

在城市测绘中，GIS 的点、线串或面要素可以多部集合，比如，利用GeoJSON 矢量数据坐标对coordinates 进行几何组成的描述，点的横纵坐标描述方法为[经度，纬度]，经度的范围是[-180，180]，纬度的范围是[-90，90]。我国城市覆盖范围的经度是[73.66,135.02]，纬度是[3.86,53.55]。一堆具有顺序的点的集合是线。面与线类似，线段的首端与尾端相接后组成面。一般第一个面为外环（逆时针方向），其余的面为内环（顺时针方向）。

在城市测绘中，要素转换是GIS 多部集合的重点，包括点要素转线要素、点要素转面要素、线要素转点要素、线要素转面要素、面要素转线要素等。其中，在点要素转线要素时，需要测绘人员打开ArcMap 城市文件，在空白文件中添加需要转换为线要素的点，也可以直接在空白文件内绘制点。完成点图层创建后，测绘人员可以借助ArcGIS 自带地理处理工具——ArcToolBOX 或者直接在搜索框内输入点转线需求后按enter键进入页面；在点要素向面要素转换过程中，测绘人员需要点击ArcGIS 自带点转线工具，添加一个额外的折点，确保每一个输出线要素终点、起点相连接。获得闭合曲线后，将要素转面输入搜索框内，完成转换；线要素转点要素时，测绘人员应将要素转点输入ArcGIS 自带搜索框内，综合输出1 个或若干个点，如LINE INPUT、MULTIPOINT INPUT、OUTPUT 等；线要素转面需要2 条（或闭合线要素），利用ArcGIS 自带工具由操作；面要素转线要素需要先进入ArcGIS 自带工具——Arctoolbox，开启数据管理工具，选择添加XY 转线、修复几何、删除要素、取消线分割、复制要素、最小边界几何、添加XY坐标、原点夹角距离定义线等选项，寻找面要素与线要素之间转换的方法。

5 结语

综上所述，城市测绘工作在城市发展过程中尤为重要。科学开展城市测绘，不仅可以帮助人们了解城市现阶段发展情况，而且可以为未来城市规划提供依据。因此，城市测绘人员应正确认识GIS 在提高城市测绘效率、科学性与助力城市测绘多样化表达方面的优势，合理把控城市测绘中的点、线串、面要素。根据需要进行要素整合与转换，完成GIS 在城市测绘中的有效应用，辅助城市规划决策。