测量学论文--浅谈3S技术在建筑学当中的应用.doc

浅谈3S技术在建筑学中的应用刘思阳（建筑0803，）摘要：以“3S”为代表的现代测绘技术在建筑设计前期的勘测与虚拟模型成像的各阶段中都有广泛的应用充分有效地应用测绘新技术，可以大大地提高建筑学设计模型制作与测量的自动化程度，可以准确的、高效、的进行建筑设计与制作关键词：3S技术 建筑 现代测量仪器 应用当前，世界上许多国家综合应用3S技术，在资源、环境、城市、交通、电力、农业、军事等诸多领域开展了许多卓有成效的监测、规划、分析、评价与管理决策工作，这不仅实现了常规技术方法无法达到的技术要求，而且取得了不可估量的巨大的综合效益1、 什么叫“3S” “3S”是全球定位系统(GPS，Global Positioning System)、地理信息系统(GIS，Geographic Information System)、遥感(RS，Remote Sensing)的总称，是近年来发展迅速、应用广泛的新技术”全球定位系统(GPS)是美国自20世纪70年代初开始研制的新一代卫星导航和定位系统，它具有全球性、全天候、全方位、连续快速和实时的高准确度三维导航、定位和校时等功能 地理信息系统(GIS)是以采集、存储、描述、检索、分析和应用与空间位置有关的相应属性信息的计算机系统，它是集计算机学、地理学、测绘遥感学、环境科学、空间科学、信息科学、管理科学和现代通讯技术为一体的一门新兴边缘学科。

地理信息系统具有采集、检验与编辑数据，对数据进行操作、存储与组织分析等基本功能遥感(RS)是指从远距离高空以及外层空间的各种平台上利用可见光、红外、微波等电磁渡探测仪器，通过摄影和扫描、信息感应、传输和处理，从而研究地面物体的形状、大小、位置及环境的相互关系与变化的现代科学技术3S”集成是指将遥感、空间定位系统和地理信息系统这三种对地观测新技术有机地集成在一起但是，“3S”技术≠GPS+RS+GIS，有些专家学者认为还应有数字摄影测量系统DPS和专家系统ES即“5S”但不管是“3S”还是“5S”，都应有现代通信技术和通信手段的参与可见，“3S”技术应等于(plGPS+p2 RS+p3 GIS+⋯+pi ITS)(pi为权)这已经取得了统一性认识1998年美国副总统戈尔提出数字地球的概念后，数字地球实际上成为了“3S”的代名词，但“3S”不是数字地球的全部，而是其一部分”现在经常提到的“3S”一体化技术也是指在对地观测系统中，将遥感技术和全球定位系统采集到的地面信息，进行数字化处理后输入地理信息系统加以储存、处理、分析和更新，以便直接为国民经济建设和科学研究服务的集成系统2、3S技术的发展及现状 全球卫星定位系统(GPS)是新一代的卫星导航系统，主要由CPS卫星、地面监控系统和用户设备三部分组成，产生于6 0年代末。

当时，斯坦福大学等研究机构应军事上的要求，研制了一种导航卫星．目前它已经历了三个发展阶段GPS具有全球连续覆盖、导航定位精度高、速度快、抗干扰性强的特点，而且它为一免费系统，只需单向的通信(从卫星到接收机)，即可提供任何地点使用者的即时定位服务利用GPS技术、地理信息系统(GLS)技术和无线通讯网的有机结台，建立用于移动目标的监控指挥系统，不仅拓展了GPS的应用范围，而且在技术上是完全可行的近年来，GPS发展很快，其发展前景更为诱人：GPS与RS结合，能对遥感影像进行几何校正GPS与GIS提供的电子地图相结合，可用于车、船的导航等等，应用前景十分广阔自国际地球动力学服务中心(IGS)开始运作以来，GPS这一现代空间卫星定位技术用于国家或地区大范围的监测取得显著成效，这一定位手段用于小范围高精度的形变监测近年来亦逐步在国内外受到重视随着GPS接收机硬件性能的提高和软件处理技术的精化，小范围形变监测中运用这一高精度、了广泛的应用，并且效果显著全天候定位手段的潜力将会日益发挥出来作为地理信息的自动处理与分析系统，GIS的功能贯穿数据采集一分析一决策的全部过程，它不仅能存储、管理数字、文字信息，而且能管理图形、图像二维，甚至是二维以上的那些信息，因此其存储信息量大，能形象生动地把所需要的信息提供给用户。

多媒体信息处理是近几年来计算机技术发展的一个重要方面，GIS中的图像、图形就是一种多媒体信息随此技术的发展，GIS也将更进一步提高目前人们已经将图像和声音连接到GIS的图形位置上，让计算机自动插报查询和分析结果分布式计算机环境也将普遍用于GIS领域，高速的远程通讯网络使人们可以从远程G1S图像数据库中调用数据进行地理分析和图形显示，在很大的范围内实现GIS数据共享空间分析能力是地理信息系统区别于其他计算机系统的根本区别，也是GIS的核心功能；而模型分析功能是GIS应用深化的重要标志目前从软件系统看，GIS和RS已发展到联合进行空间分析的阶段，两者之间几乎可以达到无缝的连接利用遥感获得各种影像，通过影像处理输入到GIS中同时对于变化的数据，也可由遥感器得到后直接用来更新GIS中的数据库，进行动态监测，提供变化的趋势例如利用遥感影像获得洪水泛滥的区域，再与该地区原有的存在GIS中的有关信息套合，进行叠加分析，就可得到被洪水淹没的农田、房屋等统计数据，提供受害人数及损失情况，以作出应急救援措施叉如，利用航空遥感数据更新GIS中原有城市的道路、房屋、绿地等当系统引入GPS，其功能就更强了它能对遥感影像进行精确的坐标定位，在遥感影像上选择若干明显的地物点，实地用GPS接收机测出它的坐标，可以用来进行影像几何校正。

同时用GPS测量方法代替航空摄影中的象控点联测，能节省大量人力、物力，大大提高作业效率特别是在精度要求很高的地区或不便用航测方法进行摄影的区域，采用cPS测量进行GIS的数据采集要比野外人工测量方便得多，效率高得多目前GPS接收机的精度已比较高，体积也很小，重景越来越轻，便于携带，使用也十分方便随着该机精度的进一步提高，使用更方便和价格的降低，必将在与RS和GIS的结台中发挥更大的作用3、3S技术在建筑学当中的应用 3.1在建筑工程测量当中的应用勘测施工的坐标框架即控制网的建立，已由GPS 定位代替传统的三角测量目前除大范围（400km2 以上）控制测量以外，GPS 定位从静态定位后处理向实时动态定位方向发展；从单纯的精密定位处理向特定勘测施工坐标系建立方向发展为了减少重复，施工控制网还要求满足未来精密监控的要求在大型的建设工程，如：南水北调工程，地形图的测绘已完全采用全数字摄影测量技术和野外数字测图技术在中、小型建设工程，主要用野外数字测图技术测绘地形图目前，勘测技术开始向机载激光测量和CCD 航摄集成技术过渡，以获取真三维数字地形图利用数字地形图可以实现三维虚拟现实，在三维可视化可量测景观上呈现多种工程设计方案，实现各种工程设计仿真，并及时计算出相应的土石方工程量，做出环境协调评估，以提供最优化设计方案。

又如，利用全数字摄影测量或数字测图技术建立的数字地面模型（DTM），应用GIS 的分析决策功能，可以方便快速地进行建筑选址、容积率计算、日照强调、受益范围等设计工作为建筑设计提供科学依据3.23S的硬件构成和数据利用项目使用信标差分GPS（DGPS），主要包括信号接受机（GPS接受机和信标接受机）、数据采集机、天线（GPS天线和信标接受天线）等设备其中，GPS信号接受机以每秒1次的频率接受卫星信号以计算物体位置同时，由于采用了信标差分技术，即除了卫星信号以外，还通过接受日本海上保安厅信标台站所发射的差分纠正信号，使定位精度控制在1m以内经过计算后的位置以坐标形式储存并显示在数据采集机的画面上数据采集机实际上是运行数据收集软件的携带式电脑，可以输入和记录物体的位置和属性 除了用于收集物体位置和基本属性信息的GPS设备以外，为了更准确把握基地的地表覆盖现状，购买了精度达到1m的依柯诺斯(IKONOS)卫星图像数据资料以及R（红）、G（绿）、B（蓝）、IR（红外）4个波段的图像卫星图片的合成使用了Photoshop合成后的卫星图像和GPS数据均在GIS软件MapInfo和TNTMips6.2上进行分析和处理。

另外，还使用主要用于GPS数据处理的软件Path FinderGIS和图像处理软件在个人电脑windows操作系统上运行3.3 在建筑工程完工前后的应用按照国家规范，所有大型建设项目竣工之后都要进行竣工测绘同时还要提供多种工程运行期间的测试文档、图表资料现代测绘技术能够快速地获取这些数据和信息，并实现数字化管理例如，利用野外数字测图、GPS 测图和DPS 测图技术进行竣工图的测绘，并按数字工程的要求进入三维可视化、网络化GIS工程管理信息系统，以作为工程验收评估和今后长期安全运行的原始依据在公路、铁路、水电站、大桥、摩天大楼等工程竣工后，稳定、高效、安全的运行是第一位的现代测绘技术提供了连续、实时的运行安全监控和工程病害监控手段例如，公路、铁路的“3S”集成技术道路病害诊断车是当前世界上正在兴起的快速监测技术桥梁、高层建筑物、大坝、山体滑坡等的连续、实时变形监测已开始采用GPS、智能全站仪（测量机器人）和数字垂线仪等技术，它们都具有全自动、全天候、无人值守的特点，综合其他工业传感器，可实现全自动、无人或少人值守的工程运行方式又如，利用三维激光影像扫描仪可以对监测对像（大坝、桥梁）进行全方位的监测，几秒钟即可对上百万个监测点的扫描数据进行毫米级分析，可以随时准确了解观测对象整体变形的情况。

3.4 在城市建设中的应用在城市建设工程中（如：道路建设、建筑工程、勘察规划）现已普遍应用全站仪或GPS 测控指挥施工，监测施工安全在城市地下管线的施工与管理，也与现代测绘技术密切相关为了城市避免城市地面的开挖，安装地下管道越来越多使用顶管技术在地下管道顶管施工中，使用自动跟踪全站仪可以应用自动引导测量系统控制顶管掘进的位置和方向，从而实现掘进定位的自动化目前，大中城市都在用数字测图技术或全数字摄影测量技术测绘城市数字地形图及城市数字景观图，用于道路、城市功能区、各类管线的规划、设计为了使用、维护、管理好城市市政公共设施（如道路、各类地上、地下管线、电杆路灯、公交站台、地下设施井盖、公共服务网点等等）许多城市都在建立城市公共信息管理系统或城市地下管线管理系统RTK GPS、全站仪、数字管线探测仪等是主要的数据采集工具，通用的地理信息系统GIS 软件（如MAP GIS）是主要的管理系统开发平台现代的城市市政工程管理已与“3S”技术密不可分4、展望鉴于3S系统的优良性能和广泛的应用领域．各国对此均非常重视，投入了不少人力、财力进行开发、研究我国也将3S列入重点研究项目之一3s技术有着广阔的发展前景，其于工程上的应用亦有待进一步开发：(1)谋求G1S的智能化发展；(2)进一步提高GPS技术实时差分的测量精度，使之满足不同精度要求的工程施工的需要；(3)3S集成是当今空间科学领域的一个研究前沿，具有相当的难度，目前理论研究仍落后于实际应用。

如GPS可精确定位，但没有属性，GIS只具有查询、检索和分析功能，数据输入和采集是“瓶颈”，因此3S须结合使用，取长补短。