现代城测绘国家测绘地理信息局重点试验室科技发展综述由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“测绘国家重点实验室”。
现代城市测绘国家测绘地理信息局重点实验室科技发展
年度综述
一、所属学科及研究领域发展概述
随着计算机技术的广泛应用以及信息时代的出现和知识经济的诞生，现代城市发展开始进入新的时代，呈现出的新特点有：（1）信息技术成为城市发展的主要动力（2）分散化与集聚化并存（3）从生产型转到生态型、个性化、特色化的城市。在此基础之上，城市功能区增多，城市景观变得多样，空间结构日趋复杂，城市规划、建设和管理面临新的挑战。“数字城市”作为解决这一难题的重要手段得到了相应的重视，成为人们快速、准确、充分和完整地了解及利用城市中各方面信息的重要途径。而现代城市测绘技术作为城市经济建设和社会发展的一项先行性重要基础工作，为“数字城市”的建设提供了大量及时、适用、可靠的测绘保障。其中融合的3S技术在快速获取高精度、大尺度城市测量数据，大型建筑物和构筑物的建设工程、特种精密建设工程测量，以及多种测绘数据融合与共享方面提供了重要支持，为现代城市的发展提供了大量基础数据。
现代城市测绘是以包括测绘技术、地理信息系统、全球卫星导航定位系统、遥感和数据库技术等在内的空间信息技术、计算机技术、现代通讯信息网络技术及信息安全技术为支撑，以信息化测绘技术和地理信息系统为核心的完整技术体系系统。现代城市测绘应用是在城市自然、社会、经济等要素构成一体化数字平台上和虚拟环境中，通过功能强大的系统软件和数学模型，以可视化模式在线实现城市各种资源分配状态，对现实城市规划、建设和管理各种方案进行模拟、分析和研究，从而使不同部门、不同层次的用户之间实现信息共享、交流和协作，为公众提供信息服务，为企业运营和政府决策服务。
二、国内外发展现状与趋势
（一）现代城市测绘技术体系与标准化
随着航空航天技术、计算机技术、网络技术和通信技术的快速发展，测绘科技不断取得突破性进展。在大地测量和测绘基准方面，正从静态到动态、从地基到天基、从区域到全球迅速发展，测量精度显著提高，应用领域不断拓宽。随着重力卫星的成功发射，地球重力场观测已经完成了地基到天基的转变，观测精度和覆盖率大大提高，这将有助于实现全球高程基准的统一；全球定位导航系统（GNSS）也在飞速发展，美国正在实施GPS现代化升级改造工程，俄罗斯已着手GLONASS补星组建，欧盟的GALILEO也预计在2013年初步组网，多系统兼容互操作是国际GNSS应用的主流。当前，基于多种大地测量观测手段的全球大地测量观测系统（GGOS）建设已成为一个新的发展方向。我国也积极开展大地基准现代化、卫星导航定位、地壳运动监测等方面的研究，北斗卫星导航系统已经进入第二代工程，完成了我国地心坐标系统（CGCS2000）的建立、启动和维持，全国平面控制网、高程控制网、国家重力基本网和高精度卫星定位网的建立等工作，在地球重力场、高精度定位导航等方面取得了一系列重要研究成果，有力地促进了测绘基准体系从二维向三维、静态向动态、参心系向地心系的转变，实现了从地面到空间大地测量的跨越。
城市测绘是城市经济建设和社会发展的一项先行性重要基础工作和信息产业，为城市规划、建设和管理提供了大量及时、适用、可靠的测绘保障。随着近十几年来测绘科技的飞速发展，城市测绘的技术面貌发生了显著深刻的变化，数字化测绘技术早已应用到城市测绘的各个领域。传统的电子经纬仪和全站仪等测量手段已经普及，伴随着社会信息化进程而来的信息化测绘技术开始发展。城市信息化测绘技术主要是以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。信息化测绘的本质是以创新的技术体系实现为社会提供实时有效的地理信息综合服务。
城市信息化测绘技术的主要技术手段有：卫星定位测量技术。全球导航卫星系统（GNSS）为基础的卫星定位技术开始广泛应用，其中的动态定位RTK(Real Time Kinematics)测量技术能够高精度、快速地测出特征点的坐标，定位精度可达厘米级。利用GPS与重力相结合的方法进行高程测量，能够代替繁重的几何水准测量；航空航天测绘。高分辨率卫星遥感影像、航空数码相片产品日益丰富，具有的大面积观测、数据的综合性高、可比性强、费用相对低廉的特性，成为大比例尺地理空间信息获取的主要手段；精密工程与工业测量。由于卫星定位具有速度快、精度均匀、无需站间通视、对控制网图形要求低等特点，可以用于各种工程控制网实现三维一体化建设。另外，三维激光扫描技术也发展成熟，能在较短的时间内，高速、精确地记录建筑物（或景象）的三维空间位置，为城市复杂建筑物的精密测量提供了支持；数字化地图制图与地理信息工程。地图制图生产结合地理信息系统软件和图形软件，形成以符号图形为基础的地图制图系统，提供地理空间信息综合服务；通过地理空间数据同化将异构地理空间数据进行整合，建立多种比例尺的地图和影像数据库，通过分布式数据管理和集成实现上的“一站式”地理空间信息服务平台实现系统集成共享。城市信息化测绘技术为城市测绘提供了强有力的技术手段，但当前还有许多亟待完善之处，主要表现在标准不统一，测绘数据共享困难。由于我国地理信息标准体系还不完善，数据采集、数据库建设、数据格式及转换、数据安全和保密等标准繁多。特别是城市测绘基准不统一，城市多中多种坐标系统并存现象较为普遍，造成了重复投资和重复测绘现象，严重影响了政府投资效益。此外，测绘新技术的应用只是各个领域独立发展的结果，没有形成科学的统一体系，信息和技术共享机制没有建立，既有信息孤岛，也有技术孤岛，势必制约城市测绘水平的进一步提升。因此，急需对现有城市测绘体系进行升级，建立城市信息化测绘体系，以满足级信息社会下城市发展的要求。
城市信息化测绘体系是服务于“数字城市”建设的区域性信息化测绘体系，它的主要目标是：以3S技术为手段、以城市空间数据库为核心，建立集采集建库、动态更新、管理分发于一体的现代化测绘体系，为“数字城市”建设提供有力测绘保障。主要任务有研究和制定全新的城市空间数据标准体系；完成现有数据资源的信息化改造，以此为基础建立城市基础空间数据库；通过引进吸收，生产试验，推广应用，形成信息化的测绘生产更新工艺体系，逐步取代数字化的测绘生产工艺；建设以数据库为核心的应用服务模式，对内满足日常生产经营管理的需要，对外可为数字城市建设提供实时的高效的空间信息分发服务。
根据城市信息化测绘体系的任务，有学者提出城市信息化测绘体系框架应由以下几部分组成：面向信息化的空间信息数据标准体系；完全面向对象、无缝连接（无图幅）的海量空间数据库系统；可提供高精度、实时、动态定位服务的GNSS基准站网；以数据库为核心的内外业一体化数据生产与维护更新体系；基于信息映射机制的数据提取与分发服务体系；基于网格环境的信息共享与发布系统。体系框架建立和标准化实现的关键技术有：城市地理信息共享标准、地理模型、数据获取、组织管理、共享服务等方面。主要包括：地理基础框架与地理信息分类标准、数据质量标准和分发服务标准等；现代化城市测绘基准体系。主要包括：GNSS虚拟参考站技术、坐标系转换技术、厘米级大地水准面精化技术、分米级交通导航技术等；地理信息动态更新技术。主要包括：基于遥感信息的地物要素变化的发现与测定技术、级联更新技术、基于时态的增量更新与历史数据保存技术等；网格地理信息系统技术。该技术是实现GIS中空间信息资源共享与分布式空间信息网格计算的重要发展方向。主要包括：多维时空数据库、基于网格环境的信息共享与发布技术、网格环境灵性服务与应用技术等。
（二）城市地理信息理论、方法及应用
随着计算机、网络、空间信息等技术的不断进步与发展以及我国信息化建设的不断深入，各行业、各领域、各部门建立各类基础地理空间信息数据库和地理空间信息应用服务系统，并取得了初步成果。然而，不断变化的需求、日益增多和分布零散的信息系统资源向我们提出了新的挑战，各行业、各领域、各部门已建成的各类地理空间信息应用服务系统主要是针对单一行业、单一领域等的应用服务，普遍存在难以实现跨行业、跨领域、跨部门间地理空间信息服务的集成共享，相关地理空间信息服务、资源重复建设等诸多问题，严重制约着地理空间信息服务在各领域最大效益的发挥，亟待一种综合解决方案实现跨部门、跨行业的资源整合和深层管理。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中“城镇化和城市发展”领域明确提出“城市信息平台”优先主题。城市运行管理服务领域是数字城市建设的重要组成部分，是国家发展战略的重大需求之一。提高城市运行管理能力，迫切需要依靠信息技术手段加强城市部门联动，实现信息资源共建共享。开展基于空间信息网格的城市运行管理与服务关键技术研究，有助于增强数字化城市管理能力，增强城市运行信息动态监测能力，增强城市公共服务的绩效和能力。
在多年来网格化管理实践的基础上，研究基于城市空间信息网格的城市运行管理与服务关键技术，并开展应用示范，为提升城市的公共管理和服务水平提供技术支撑。
随着全球计算机、数据库和网络技术向着网格计算方向发展，如何利用这些先进技术实现空间信息的资源整合、共享和利用成为地理学者面临的新课题。
我国基于空间网格的信息整合技术研究，最早始于人口统计的需要，随着数字城市理论的发展，逐渐将其它信息整合到空间网格上，以便于信息的共享和管理。这方面比较典型的是北京市东城区“万米网格”工作，2003—2004年，北京市东城区率先创立了网格化城市管理新模式，核心是：以需求和应用为导向，以万米单元网格为管理基本单元，利用网格化思想实现精细化管理。该模式是在信息化技术不断发展的基础上，针对我国城市建设迅速崛起而城市管理又相对落后的状况提出的新的城市管理模式。它打开了我国基于空间网格整合城市各行业（目前主要是城市建设领域）数据的先河，使城市各行业数据空间化整合工作迈上了一个新台阶。城市建设要确保工程建设安全、提高工程质量、控制投资和进度，工程使用的增值包括确保工程使用安全、满足最终用户的使用功能及有利于环保、节能、降低工程运营成本和工程维护等。基于空间信息的城市建筑生命周期管理将为工程建设和运行的安全与质量保障提供有力支撑。
城市管理问题不仅仅是政策、法律法规、制度问题，还包括城市管理技术层面的问题，关系到管理者执政能力、社会稳定与和谐发展等政治层面，因此，国内外从政府到研究机构，对城市管理问题都非常重视，一些发达国家早在十几年前，就已经开始实施对城市管理对象，特别是城市市政设施、交通、人口等进行数字化管理。
近年来，随着空间信息技术的飞速发展，如连续运行参考站（GNSS）技术、移动道路测量技术（MMS）、车载机载LIDAR技术及其集成，使得城市部件的快速普查建库成为可能。各种影像信息，如高分辨率遥感影像、航测影像、城市监控影像、城市街景影像等，使得从符号到影像的城市管理模式变为可能，如Google街景管理、影像城市、我秀中国等。“千言万语不如图像一幅”，从目前的技术手段、研究热点可以预测，未来的城市管理必将是基于影像的精细化管理模式，将充分应用现代测绘技术、通讯技术、计算机技术、航空航天技术，解决城市管理技术中的瓶颈问题。
遥感与摄影测量影像库和空间信息量测技术，国际国内主要研究集中在建立TB级影像库，海量影像数据快速检索；多源影像的自动匹配与配准。多源影像的自动匹配与配准研究包括空间域的匹配与配准、频率域的匹配与配准，匹配与配准中的方向、尺度、平移、辐射强度不变性，匹配与配准中的可靠性等。基于影像立体模型的地形信息自动生成，城市数字表面模型自动生成，人机交互的建构筑三维信息提取，城市三维信息半自动提取等。城市三维模型重建，研究多源数据平差模型，高维数据的分区、分块、分片，高分辨率、高精度城市三维信息自动生成方法。国际国内研究利用多种技术手段，解决大范围海量数据重建关键问题，包括不同类型建筑物采集关键技术、复杂建筑物的合并分解规则及关键技术；建筑物复杂房顶内点画法，复杂建筑结构表达与细部结构综合等技术；点集数据三维自动重建，建筑物三维模型纹理快速映射等；建筑物精细模型构建。城市三维信息表达与应用，包括具有真实感的城市三维信息表达与三维剖分方法，探索建筑物特征例如纹理、形状等描述，建筑物三维表面信息描述和表达。国际国内研究集中在影像纹理映射，城市三维表面信息的数据结构、城市三维海量数据精简、数据管理，空间信息格网索引机制等。多源大范围地形数据多分辨简化与压缩，解决精细表达与高效显示问题，采用压缩编码存储和拓扑结构组织。数据块调度与服务器缓存技术。空间数据共享服务，跨平台异构多源数据访问和互操作。
（三）建筑精细测量与重构
在现当代大型标志性建筑物的施工过程中，很多构件在调试安装过程中需要对关键数据进行实时处理、在线监测，而建造时使用的图纸虽然包含了大量的信息，但对于非专业人士来说却不够直观与全面，而三维数据的直观性，准确性及全面性等相对一般测量数据来说具有无可比拟的优势。在信息时代高度发展的今天，文化遗产数字化的发展程度已经成为评价一个国家信息基础设施的重要标志之一。文化遗产数字化可以保存一份完整、真实的数据记录，一旦遭受意外破坏，可以根据这些真实的数据进行修复和完善。因此，三维激光扫描技术在古建筑数字化保护领域具有非常广泛的应用前景和研究价值。就古建保护来说，人类拥有着珍贵而丰富的自然、文化遗产，但是由于年代久远，很多文物难以保存或者容易被腐蚀，再加上现代社会人类活动的影响，这些遗产遭到破坏的程度与日俱增。因此，很难满足人们研究和参观欣赏的需求。在传统古建测量中，一个建筑物如果用普通二维图片（如照片）表示，表现出来的建筑物很不直观，对某些细节部位或内部构造的观察也很不方便。因此，当前世界发达国家无不以国家政策主导、以公共资金启动文化遗产数字化保护和关注代表性建筑物的信息化建设。
精密激光雷达也称静态三维激光扫描，是近年来发展起来的一项高新技术，可全天候、快速、直接、高精度的采集大范围区域的三维信息。精密激光雷达扫描技术已广泛的应用古建保护领域。1992年，联合国教科文组织开始推动“世界的记忆”项目，该项目的目的是在世界范围内，在不同水准上，用现代信息技术使文化遗产数字化，以便永久性地保存，以最大限度地使社会公众能够公平地享有文化遗产。该项目反映出，在世界范围内迅速发展的“信息技术”开始对文化遗产的保护与开发工作产生影响。美、法、日及欧盟等一些国家也相继启动文化遗产数字化的项目。比较典型的有美国斯坦福大学利用三维激光扫描技术实施“数字化米开朗基罗”项目、美洲考古研究所以及匹兹堡大学艺术史学的专家重建的虚拟庞贝博物馆等。我国在文化遗产数字化方面也有显著的成就，如中国故宫博物院和日本凸版印刷株式会社共同进行“故宫文化遗产数字化应用研究”的合作；数字化天文馆与北京天文馆新馆建设、中华世纪坛的数字艺术馆建设、敦煌壁画的数字化与数字莫高窟建设、虚拟文化遗产保护和数字三峡博物馆、成都永陵博物馆数字化建设规划等都在实践中、河南博物院西汉“四神云气图”壁画综合保护研究项目等，三维激光扫描技术记录文物古建已经成为趋势。
传统的工程质量检测与变形监测手段多以全站仪和GPS监测等，这些方法在观测对象本身上设立多个固定观测点，从周期对固定观测点的观测变化情况来监测对象的变化。利用这些方法所获取的数据非常有限，而且对于结构复杂和没有明显特征点的对象，这些方法往往难以应用或者外业工作繁重。激光雷达技术采用地面激光扫描仪以离散点的形式定期采集代表性建筑物表面的全部三维信息，对数据进行固定特征提取，将提取的固定特征点作为精密检测与监测的依据。实验证明，采用该技术获取数据轻松快捷，大大节省外业工作，同时采集数据信息全面、精确，处理速度快，能够很好的反映出大量代表性建筑物的建筑质量好坏。
三、国内外发展状况比较
与国际水平相比较，我国在测绘基准、影像处理和匹配技术、高精度和大型工程测量技术的自动化和信息化，以及城市地理信息系统等方面已处于国际先进水平，部分主流技术方法已接近国际先进水平，而在文化遗产数字化和现代城市测绘体系建设方面也取得了显著成效。但我国的地理信息标准体系还不健全，传统测绘手段所占比重仍然较大，在城市信息化基础设施建设、城市空间数据的管理和共享、现代城市测绘高新技术和软硬件研发、集成技术应用等方面，较现代城市测绘强国，还存在显著差距。
四、展望和建议
针对城市规划的三维化、信息化、智能化，城市建设的复杂化、精细化，城市管理的网格化、实时化，进行系统的理论和应用研究。并将研究重点集中在以下几个方面： 现代城市测绘技术体系与标准化。主要研究城市测绘基准及其关键技术；城市信息化测绘的理论、方法、流程和技术体系；现代城市测绘标准体系。
城市地理信息理论、方法及应用。主要研究数字城市地理空间框架，城市立体影像库，多角度序列城市实景影像处理，城市三维空间辅助规划技术，城市交通地理信息应用技术，精细化城市管理技术，城市雨洪监控与预警技术，城市历史空间数据采集处理关键技术，空间信息系统软件测试技术及标准化体系。
建筑精细测量与重构。主要研究精细测量与重构理论；精细测量数据的获取、处理与管理技术方法；特大异型工程精细测量。
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