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周朝就有的道路测绘,现在发展怎么样了?

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出品|网易新闻

导语:道路工程测绘在城市建设、城市发展、农业规划等社会发展的各个方面都扮演了重要角色,而随着技术的变迁,对道路测绘的方式也在发生不同的变化,今天让我们一起来看一下中国道路测绘技术的发展。


中国的道路测绘技术是怎么发展起来的?

我国测绘历史最早可见于周朝,《格柏簋名》中记载有勘察、划定边界的事件,《矢人盘铭》也记载了有关划定边界与地图绘制相关内容,说明我国测绘技术历史十分悠久。


我国先民曾用日影的长短变化进行远距离测量 图源:https://www.sohu.com/a/396824847_822829

我国的现代测绘始于1950年代,民国时期虽也有用先进技术进行小规模测绘的历史,但由于战乱等原因并未得到大规模推广。新中国成立后我们相继建立起了国家大地网、国家水准网、国家基本重力网和卫星多普勒网,并对国家大地网进行了整体平差。这些成果在目前的测绘工作中仍然发挥着不可或缺的作用。

现代测绘技术的发展

二十世纪中期开始,世界上出现了一系列用于现代测绘的仪器装置。1940年代出现了自动安平水准仪;1947年光波测距仪问世,1960年代出现了用激光作为光源的电磁波测距仪,1980年代则发展为全自动微波测距仪;用于测定角度的经纬仪在1960年代与测距仪结合成为全站仪,并逐渐发展成为我们今日常见的数字全站仪。


图1:一种全站仪

科学技术的迅速发展,促使了测绘科学技术的巨大变革,20世纪八十年代以来出现了以全球定位系统(GPS)、遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)为代表的“3S”测绘新技术?!?S”极大地改变了测绘行业的面貌和作业方式,促使测绘新仪器、新理论、新技术迅速发展,其应用范围和服务对象正在不断地扩大到各种工程建设中和经济生活中。现代测绘从内业到外业,从定位到测图,从仪器到成果都发生了根本性的变化——向着数字化、自动化、智能化、网络化方向发展。

GPS——全球定位系统

GPS(Global Positioning System)中文名称为全球定位系统,目前世界上主要的全球定位系统为美国GPS系统,欧洲伽利略系统,俄罗斯格洛纳斯系统以及中国的北斗系统。GPS定位系统的原理如下:利用三个或以上的卫星同时向某一接收单元发射带有时间和位置信息的信号,GPS信号接收机接收到信号后进行处理即可得到卫星与接收机之间的距离。利用三维空间中的距离公式,将各个卫星的数据联立建立起方程组求解即可得到目标的三维空间坐标(X,Y,Z)。


图2:GPS工作原理示意图

随着GPS技术的不断发展与完善,使得测绘技术发生了巨大的变革。高精度的GPS定位技术已经逐渐取代了传统的测距、测角的测绘方式,现在工程人员可以简单的获得某一点的三维坐标,在保证精度的情况下大大提升了工作效率。计算机技术与GPS的结合也使得测绘行业的数字化程度不断上升,数据传输处理的效率也得到了提高。

RS——遥感技术

RS(Remote Sensing)中文名称为遥感技术,是一种从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线,对目标进行探测和识别的技术。不同物体对相同光谱区的反应不同,相同物体由于太阳照射等原因在不同时间地点也有不同的吸收、反射光谱,遥感技术就是根据这些原理,对物体作出判断。遥感技术通常是使用绿光、红光和红外光三种光谱波段进行探测。使用较为广泛的遥感技术包括低空平台遥感、高分辨率卫星图像遥感、激光雷达等。

低空平台遥感主要依赖无人机与直升机完成。低空平台遥感可以便捷的获得大比例尺数码影像,在城市规划建设、大型工程中都有广泛的应用。由于成本较低且作业方式灵活,并且不受云层及航空管制的影响,已经成为遥感技术的重要组成部分。目前,国内的无人机摄影测量已经进入实际应用,已有部分遥感图像测量通过无人机完成。


图3:大疆Air 2S小型航拍无人机

目前的高分辨率遥感卫星成像精度不断提高,已经可以达到0.5m级别。目前的高分辨率卫星图像地物信息丰富、成像光谱波段多,重访时间短,在土地利用、城市规划、环境监测、灾害分析等方面发挥重要作用。

激光雷达主要分为机载激光雷达(Airborne LiDAR)和地面激光雷达两种?;丶す饫状镆劳蟹苫习沧暗募す馍枰?,通过全球定位系统(GPS)定位飞机,通过惯性导航系统(INS)对飞机进行导航,激光扫描仪向下方目标发射探测激光束,接收装置接收目标的反射与散射回波,通过一定的解码与计算后即可得到目标的高精度三维地理信息以及目标的表面特性。相比于传统的航空摄影,机载激光雷达发射的激光束可以穿透树林等,可以直接获取地面的高精度三维坐标而无需后期处理;地面激光雷达主要依托车载平台,工作原理与机载激光雷达相同。在测绘行业中地面激光雷达往往与小型摄像头联合使用,可以实现快速的城市三维模型建立。目前,激光雷达与摄像头的组合也已经成功的用于自动驾驶技术。


图4:利用机载激光雷达进行自动驾驶测试的空客A350

GIS——地理信息系统

GIS(Geographic Information System)中文名称为地理信息系统,是在计算机硬、软件系统支持下,对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统,将地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作集成在一起。

从数据处理、信息提取的角度来看,GIS具有以下作用:

  • 数据采集与编辑:包括图形数据采集与编辑和属性数据编辑与分析。
  • 地理数据库管理:包括数据库定义、数据库的建立与维护、数据库操作、通讯功能等。
  • 制图:根据GIS的数据结构及绘图仪的类型,用户可获得矢量地图或栅格地图。
  • 空间查询与空间分析:包括拓扑空间查询、缓冲区分析、叠置分析、空间集合分析、地学分析。
  • 地形分析:包括数字高程模型的建立、地形分析。

3S——集成技术

3S即GPS、RS、GIS。GPS、RS、GIS技术都只侧重于地理信息的某一特定方面,不能全面的描述地物特征,因此通过3S集成技术将这三种对地观测技术有机的结合在一起,更加全面、准确的描述地理信息。目前随着无人平台的迅猛发展以及3S技术的深度整合,目前的测绘行业已经越来越趋向于无人化、自动化。


3S集成的概述图 图源:百度百科

结语:测绘虽然听起来“高大上”,但却存在于我们生活中的各个角落,汽车导航、天气预报都是测绘技术的实际应用。从最早的经纬仪、水准仪、钢尺测定,到现在的无人机拍摄,科技的进步彻彻底底的改变了测绘行业的面貌,也为人们过上更方便、快捷的生活提供了支持。

参考资料:

图1:https://baike.sogou.com/v335014.htm?fromTitle=%E5%85%A8%E7%AB%99%E4%BB%AA

图2:https://gps.zol.com.cn/608/6088535.html

图3:https://www.dji.com/cn/air-2s?site=brandsite&from=homepage

图4:全自动驾驶的客机要来了,你敢坐吗? - 爱范儿的文章 - 知乎https://zhuanlan.zhihu.com/p/196337296

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