前沿測繪技術——
丈量大好河山 服務國家發展(開卷知新)
圖①:珠穆朗瑪峰景色。 |
拿出手機用地圖軟件導航,為地球之巔珠峰“量身高”,在港珠澳大橋建設前獲取精準地理信息……我們的生產生活與測繪密切相關。隨著測繪技術與裝備不斷取得新進展新突破,時空測繪地理信息不僅成為重要的戰略性數據資源,更成為新型生產要素,以空前的廣度和深度融入經濟社會方方面面。
測繪是測量與繪圖的總稱,指對自然地理要素或者地表人工設施的形狀、大小、空間位置及其屬性等進行測量、采集、表述,對獲取的數據、信息、成果進行處理的活動。根據技術特點和應用領域不同,測繪可分為大地測量、工程測量、攝影測量、海洋測繪、地圖制圖等多個方向。
創新測量方法和儀器工具,測繪技術與人類文明同生共長
測繪是一門古老的學科。古代測繪技術起源于水利和農業,那時的人們為了獲得更好的收成,用腳步丈量土地,用石塊標記方位。據《史記·夏本紀》記載,大禹受命治理洪水:“左準繩,右規矩,載四時,以開九州,通九道,陂九澤,度九山。”其中,“準、繩、規、矩”即是用來測量的工具。公元前5世紀,古希臘科學家以兩地觀測日影的辦法,首次推算出地球子午圈周長,并根據經緯線網繪制出世界地圖。這些成果不僅具有實用功能,還為人類認識地球家園提供重要參考,啟迪科學進步。
測繪隨著測量方法和儀器工具的創新而發展。17世紀,望遠鏡被發明出來,三角測量法的提出催生了經緯儀;19世紀,最小二乘法奠定了測繪數據處理技術發展的基礎,攝影測量方法開始出現。在方法與工具的螺旋上升中,以具有準確方位、比例尺和較高精度的地圖為代表的測繪成果,逐漸服務于航海、建筑工程、科學探索等人類活動。20世紀初,航空技術的飛躍,帶來了自動連續航空攝影機,人們在立體測圖儀上將航空攝像片加工成地形圖,由此產生了航空攝影測量技術。后來,測繪技術朝著電子化和自動化方向發展。各種電磁波測距儀出現,降低了距離測量的難度;電子計算機問世,大大加快了測量計算速度;解析測圖技術,則使人類擁有了更強“大腦”。
測繪“千里眼”,讓時空地理信息數據更精確、更全面
測繪也是一門實踐性很強的學科。當“工具箱”里有了更多新技術,測繪人員就仿佛擁有了“千里眼”,那些難以通過人類感官獲得的地理信息,可以更高效地搜集、處理。
衛星遙感技術日趨成熟,成為全域全時的“天眼”。1957年,世界第一顆人造地球衛星的成功發射,開辟了衛星大地測量和航天攝影測量新領域。隨后發展起來的全球衛星導航系統、甚長基線干涉測量、慣性測量、衛星測距測高及衛星重力測量等技術,為測繪增添新手段。通過衛星,我們可以實時獲取地球表面的高分辨率影像,無論是廣袤的森林、浩瀚的海洋,還是繁忙的城市、寧靜的鄉村,都能盡收眼底。“天眼”不僅能夠穿透云層,甚至在漆黑的夜晚,也能借助特殊的紅外“視力”繼續工作。現在,遙感衛星的地面分辨率已經能夠精確至0.1米,可以清晰觀察地面上的建筑和車輛,甚至能清楚地看到行人。北斗系統是我國自主研制、獨立運行的全球衛星定位與導航系統,它可以實現高精度的導航、定位與授時,無論我們身處何方,都能指引我們順利找到“回家的路”。
近年來,激光掃描和無人機測繪成為新的亮點。在不少科幻電影中,人們輕觸可穿戴設備開關,環視四周,地形數據就能一覽無余。這個夢想正在變成現實。激光掃描能夠瞬間捕捉到大面積地形的精確數據,好比用一把無形的尺子,快速測量出地形的每一個細節。在一些地方,借助激光掃描、攝影測量、三維可視化等測繪技術,一座座虛擬城市在數字空間拔地而起,山巒起伏、地標建筑等地理信息盡在掌握,幫助城市高效運轉。無人機則像是空中測繪師,可以靈活飛入人類難以到達的地區,憑借攜帶的高清相機和傳感器,在短時間內獲取大面積影像資料,敏銳捕捉地面細節。
一系列測繪新技術,不僅提高了測繪工作的效率和精度,還在很大程度上降低了人力物力消耗,為我國經濟社會發展、生態文明建設、自然資源管理、基礎設施建設以及滿足各行業需求等提供強有力的數據支撐和服務保障。
科學探索的利器,生產生活的必需,危急時刻的援手
測繪技術的不斷創新,使其應用場景也越來越豐富。現代測繪技術應用于國土管理、城市規劃、災害預防、環境保護、文物保護、交通、水利等諸多領域,服務國家發展。
在推動科學探索和學術研究方面,最著名的莫過于珠峰高程測量。2020年的珠峰高程測量工作,不僅精確測量了珠峰的新高度8848.86米,更展示了我國在測繪技術上的探索成果。我們運用北斗衛星導航定位、航空重力、5G通信、高分衛星、實景三維等,提升測量精度,直觀展示珠峰自然資源狀況。精確的峰頂雪深、氣象和風速等數據,將為冰川監測、生態環境保護、地球動力學板塊運動研究等提供第一手資料。
在自然資源管理與生態文明建設中,時空地理信息數據與自然資源深度融合。比如有序推進實景三維中國建設,建立“智慧黃河”信息平臺數字基底,實施秦嶺生態環境保護監管等,實現自然資源管理、生態文明保護的時空化、精準化與科學化,持續為高質量發展筑基賦能。
在文化遺產保護中,測繪技術的作用越來越重要。面對復雜的保護工作,利用三維激光掃描技術和傾斜攝影測量技術,可以無接觸地迅速獲取物體表面密集的、超精確的三維點坐標和細節紋理信息,常用于古建筑和具有復雜立面的可移動文物的三維模型重建。通過周期性測量,還可以用于古建筑、石窟寺等不可移動文物的病害監測,實現文物的永久保存和展示。
測繪也為生產生活提供信息保障。大型工程的設計建設離不開精準的測繪數據。港珠澳大橋開工前,在工程周邊建造高精度的測量標志點,建立統一的大橋平面坐標和高程系統,為后續整個工程建設提供基礎坐標數據。建造過程中,水下地形地貌測繪、高精度衛星定位等技術,就像給建設人員裝上“火眼金睛”,保證海底隧道沉管對接的精度達到毫米級。利用測繪技術進行周期性的沉降與變形監測,能夠確保安全、順利完成工程建設與運行。生活中,無論是電子地圖與導航系統、共享單車、客房送餐機器人,還是無人駕駛汽車、無人機快遞等,都是以測繪技術及其信息數據為支撐。
在自然災害出現的危急時刻,測繪技術成為搶險救援的有力助手。今年7月,陜西省商洛市柞水縣嚴坪村二號大橋發生局部垮塌。陜西測繪地理信息局應急測繪隊第一時間趕赴現場,測量坍塌橋梁面及周邊地形,制作完成首幅現場正射影像,完成災前和災后影像對比與標繪等工作,為人員搜救搜尋、災情研判決策提供精準可靠的數據支撐。在山體滑坡等自然災害中,應急測繪工作也可以利用三維實景和0.01毫米精度的合成孔徑雷達技術,實時監測山體穩定性,為救援人員及工程設備保駕護航,保護人民群眾生命財產安全。
矚目未來,傳統測繪正在向數字化、智能化演變。人工智能、大數據、視覺判斷、機器學習等前沿技術的交叉應用,使測繪更加智能,實現現實世界與虛擬世界之間的精準映射。人們或將在虛擬世界中“親身”體驗尚未踏足的山川河流,這將是測繪地理信息帶給我們的全新體驗。
從服務萬里之外的南極科考,到為世界最高峰珠峰“量身高”,從南水北調干線工程保障,到西氣東輸管道布設,從為千年大雁塔“體檢”,到支撐港珠澳大橋的互聯互通……在祖國需要的地方,測繪工作者將繼續一往無前,以測繪新技術服務國家發展。同時,我們也會探索更加智能的測繪手段,用科技的力量丈量祖國的每一寸土地,守護這片美麗的家園。
(作者分別為自然資源部第一大地測量隊(國測一大隊)總工程師和高級工程師)
版式設計:沈亦伶
推薦讀物
《國家版圖知識讀本》:本書編撰委員會編;中國地圖出版社出版。
《測繪與地理空間信息學進展》:寧津生等著;武漢大學出版社出版。
《中國測繪史》:本書編輯委員會編;測繪出版社出版。
《為珠峰測高的人們》:鐘法權著;西安電子科技大學出版社出版。
《 人民日報 》( 2024年09月27日 20 版)
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