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前沿測(cè)繪技術(shù)——
丈量大好河山 服務(wù)國(guó)家發(fā)展(開(kāi)卷知新)
圖①:珠穆朗瑪峰景色。 |
拿出手機(jī)用地圖軟件導(dǎo)航,為地球之巔珠峰“量身高”,在港珠澳大橋建設(shè)前獲取精準(zhǔn)地理信息……我們的生產(chǎn)生活與測(cè)繪密切相關(guān)。隨著測(cè)繪技術(shù)與裝備不斷取得新進(jìn)展新突破,時(shí)空測(cè)繪地理信息不僅成為重要的戰(zhàn)略性數(shù)據(jù)資源,更成為新型生產(chǎn)要素,以空前的廣度和深度融入經(jīng)濟(jì)社會(huì)方方面面。
測(cè)繪是測(cè)量與繪圖的總稱,指對(duì)自然地理要素或者地表人工設(shè)施的形狀、大小、空間位置及其屬性等進(jìn)行測(cè)量、采集、表述,對(duì)獲取的數(shù)據(jù)、信息、成果進(jìn)行處理的活動(dòng)。根據(jù)技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域不同,測(cè)繪可分為大地測(cè)量、工程測(cè)量、攝影測(cè)量、海洋測(cè)繪、地圖制圖等多個(gè)方向。
創(chuàng)新測(cè)量方法和儀器工具,測(cè)繪技術(shù)與人類文明同生共長(zhǎng)
測(cè)繪是一門古老的學(xué)科。古代測(cè)繪技術(shù)起源于水利和農(nóng)業(yè),那時(shí)的人們?yōu)榱双@得更好的收成,用腳步丈量土地,用石塊標(biāo)記方位。據(jù)《史記·夏本紀(jì)》記載,大禹受命治理洪水:“左準(zhǔn)繩,右規(guī)矩,載四時(shí),以開(kāi)九州,通九道,陂九澤,度九山。”其中,“準(zhǔn)、繩、規(guī)、矩”即是用來(lái)測(cè)量的工具。公元前5世紀(jì),古希臘科學(xué)家以兩地觀測(cè)日影的辦法,首次推算出地球子午圈周長(zhǎng),并根據(jù)經(jīng)緯線網(wǎng)繪制出世界地圖。這些成果不僅具有實(shí)用功能,還為人類認(rèn)識(shí)地球家園提供重要參考,啟迪科學(xué)進(jìn)步。
測(cè)繪隨著測(cè)量方法和儀器工具的創(chuàng)新而發(fā)展。17世紀(jì),望遠(yuǎn)鏡被發(fā)明出來(lái),三角測(cè)量法的提出催生了經(jīng)緯儀;19世紀(jì),最小二乘法奠定了測(cè)繪數(shù)據(jù)處理技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ),攝影測(cè)量方法開(kāi)始出現(xiàn)。在方法與工具的螺旋上升中,以具有準(zhǔn)確方位、比例尺和較高精度的地圖為代表的測(cè)繪成果,逐漸服務(wù)于航海、建筑工程、科學(xué)探索等人類活動(dòng)。20世紀(jì)初,航空技術(shù)的飛躍,帶來(lái)了自動(dòng)連續(xù)航空攝影機(jī),人們?cè)诹Ⅲw測(cè)圖儀上將航空攝像片加工成地形圖,由此產(chǎn)生了航空攝影測(cè)量技術(shù)。后來(lái),測(cè)繪技術(shù)朝著電子化和自動(dòng)化方向發(fā)展。各種電磁波測(cè)距儀出現(xiàn),降低了距離測(cè)量的難度;電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世,大大加快了測(cè)量計(jì)算速度;解析測(cè)圖技術(shù),則使人類擁有了更強(qiáng)“大腦”。
測(cè)繪“千里眼”,讓時(shí)空地理信息數(shù)據(jù)更精確、更全面
測(cè)繪也是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。當(dāng)“工具箱”里有了更多新技術(shù),測(cè)繪人員就仿佛擁有了“千里眼”,那些難以通過(guò)人類感官獲得的地理信息,可以更高效地搜集、處理。
衛(wèi)星遙感技術(shù)日趨成熟,成為全域全時(shí)的“天眼”。1957年,世界第一顆人造地球衛(wèi)星的成功發(fā)射,開(kāi)辟了衛(wèi)星大地測(cè)量和航天攝影測(cè)量新領(lǐng)域。隨后發(fā)展起來(lái)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量、慣性測(cè)量、衛(wèi)星測(cè)距測(cè)高及衛(wèi)星重力測(cè)量等技術(shù),為測(cè)繪增添新手段。通過(guò)衛(wèi)星,我們可以實(shí)時(shí)獲取地球表面的高分辨率影像,無(wú)論是廣袤的森林、浩瀚的海洋,還是繁忙的城市、寧?kù)o的鄉(xiāng)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(xù)工作。現(xiàn)在,遙感衛(wèi)星的地面分辨率已經(jīng)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(tǒng)是我國(guó)自主研制、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星定位與導(dǎo)航系統(tǒng),它可以實(shí)現(xiàn)高精度的導(dǎo)航、定位與授時(shí),無(wú)論我們身處何方,都能指引我們順利找到“回家的路”。
近年來(lái),激光掃描和無(wú)人機(jī)測(cè)繪成為新的亮點(diǎn)。在不少科幻電影中,人們輕觸可穿戴設(shè)備開(kāi)關(guān),環(huán)視四周,地形數(shù)據(jù)就能一覽無(wú)余。這個(gè)夢(mèng)想正在變成現(xiàn)實(shí)。激光掃描能夠瞬間捕捉到大面積地形的精確數(shù)據(jù),好比用一把無(wú)形的尺子,快速測(cè)量出地形的每一個(gè)細(xì)節(jié)。在一些地方,借助激光掃描、攝影測(cè)量、三維可視化等測(cè)繪技術(shù),一座座虛擬城市在數(shù)字空間拔地而起,山巒起伏、地標(biāo)建筑等地理信息盡在掌握,幫助城市高效運(yùn)轉(zhuǎn)。無(wú)人機(jī)則像是空中測(cè)繪師,可以靈活飛入人類難以到達(dá)的地區(qū),憑借攜帶的高清相機(jī)和傳感器,在短時(shí)間內(nèi)獲取大面積影像資料,敏銳捕捉地面細(xì)節(jié)。
一系列測(cè)繪新技術(shù),不僅提高了測(cè)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(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)、自然資源管理、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及滿足各行業(yè)需求等提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐和服務(wù)保障。
科學(xué)探索的利器,生產(chǎn)生活的必需,危急時(shí)刻的援手
測(cè)繪技術(shù)的不斷創(chuàng)新,使其應(yīng)用場(chǎng)景也越來(lái)越豐富。現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用于國(guó)土管理、城市規(guī)劃、災(zāi)害預(yù)防、環(huán)境保護(hù)、文物保護(hù)、交通、水利等諸多領(lǐng)域,服務(wù)國(guó)家發(fā)展。
在推動(dòng)科學(xué)探索和學(xué)術(shù)研究方面,最著名的莫過(guò)于珠峰高程測(cè)量。2020年的珠峰高程測(cè)量工作,不僅精確測(cè)量了珠峰的新高度8848.86米,更展示了我國(guó)在測(cè)繪技術(shù)上的探索成果。我們運(yùn)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位、航空重力、5G通信、高分衛(wèi)星、實(shí)景三維等,提升測(cè)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(fēng)速等數(shù)據(jù),將為冰川監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、地球動(dòng)力學(xué)板塊運(yùn)動(dòng)研究等提供第一手資料。
在自然資源管理與生態(tài)文明建設(shè)中,時(shí)空地理信息數(shù)據(jù)與自然資源深度融合。比如有序推進(jìn)實(shí)景三維中國(guó)建設(shè),建立“智慧黃河”信息平臺(tái)數(shù)字基底,實(shí)施秦嶺生態(tài)環(huán)境保護(hù)監(jiān)管等,實(shí)現(xiàn)自然資源管理、生態(tài)文明保護(hù)的時(shí)空化、精準(zhǔn)化與科學(xué)化,持續(xù)為高質(zhì)量發(fā)展筑基賦能。
在文化遺產(chǎn)保護(hù)中,測(cè)繪技術(shù)的作用越來(lái)越重要。面對(duì)復(fù)雜的保護(hù)工作,利用三維激光掃描技術(shù)和傾斜攝影測(cè)量技術(shù),可以無(wú)接觸地迅速獲取物體表面密集的、超精確的三維點(diǎn)坐標(biāo)和細(xì)節(jié)紋理信息,常用于古建筑和具有復(fù)雜立面的可移動(dòng)文物的三維模型重建。通過(guò)周期性測(cè)量,還可以用于古建筑、石窟寺等不可移動(dòng)文物的病害監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)文物的永久保存和展示。
測(cè)繪也為生產(chǎn)生活提供信息保障。大型工程的設(shè)計(jì)建設(shè)離不開(kāi)精準(zhǔn)的測(cè)繪數(shù)據(jù)。港珠澳大橋開(kāi)工前,在工程周邊建造高精度的測(cè)量標(biāo)志點(diǎn),建立統(tǒng)一的大橋平面坐標(biāo)和高程系統(tǒng),為后續(xù)整個(gè)工程建設(shè)提供基礎(chǔ)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。建造過(guò)程中,水下地形地貌測(cè)繪、高精度衛(wèi)星定位等技術(shù),就像給建設(shè)人員裝上“火眼金睛”,保證海底隧道沉管對(duì)接的精度達(dá)到毫米級(jí)。利用測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行周期性的沉降與變形監(jiān)測(cè),能夠確保安全、順利完成工程建設(shè)與運(yùn)行。生活中,無(wú)論是電子地圖與導(dǎo)航系統(tǒng)、共享單車、客房送餐機(jī)器人,還是無(wú)人駕駛汽車、無(wú)人機(jī)快遞等,都是以測(cè)繪技術(shù)及其信息數(shù)據(jù)為支撐。
在自然災(zāi)害出現(xiàn)的危急時(shí)刻,測(cè)繪技術(shù)成為搶險(xiǎn)救援的有力助手。今年7月,陜西省商洛市柞水縣嚴(yán)坪村二號(hào)大橋發(fā)生局部垮塌。陜西測(cè)繪地理信息局應(yīng)急測(cè)繪隊(duì)第一時(shí)間趕赴現(xiàn)場(chǎng),測(cè)量坍塌橋梁面及周邊地形,制作完成首幅現(xiàn)場(chǎng)正射影像,完成災(zāi)前和災(zāi)后影像對(duì)比與標(biāo)繪等工作,為人員搜救搜尋、災(zāi)情研判決策提供精準(zhǔn)可靠的數(shù)據(jù)支撐。在山體滑坡等自然災(zāi)害中,應(yīng)急測(cè)繪工作也可以利用三維實(shí)景和0.01毫米精度的合成孔徑雷達(dá)技術(shù),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)山體穩(wěn)定性,為救援人員及工程設(shè)備保駕護(hù)航,保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。
矚目未來(lái),傳統(tǒng)測(cè)繪正在向數(shù)字化、智能化演變。人工智能、大數(shù)據(jù)、視覺(jué)判斷、機(jī)器學(xué)習(xí)等前沿技術(shù)的交叉應(yīng)用,使測(cè)繪更加智能,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界之間的精準(zhǔn)映射。人們或?qū)⒃谔摂M世界中“親身”體驗(yàn)尚未踏足的山川河流,這將是測(cè)繪地理信息帶給我們的全新體驗(yàn)。
從服務(wù)萬(wàn)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(diào)干線工程保障,到西氣東輸管道布設(shè),從為千年大雁塔“體檢”,到支撐港珠澳大橋的互聯(lián)互通……在祖國(guó)需要的地方,測(cè)繪工作者將繼續(xù)一往無(wú)前,以測(cè)繪新技術(shù)服務(wù)國(guó)家發(fā)展。同時(shí),我們也會(huì)探索更加智能的測(cè)繪手段,用科技的力量丈量祖國(guó)的每一寸土地,守護(hù)這片美麗的家園。
(作者分別為自然資源部第一大地測(cè)量隊(duì)(國(guó)測(cè)一大隊(duì))總工程師和高級(jí)工程師)
版式設(shè)計(jì):沈亦伶
推薦讀物
《國(guó)家版圖知識(shí)讀本》:本書編撰委員會(huì)編;中國(guó)地圖出版社出版。
《測(cè)繪與地理空間信息學(xué)進(jìn)展》:寧津生等著;武漢大學(xué)出版社出版。
《中國(guó)測(cè)繪史》:本書編輯委員會(huì)編;測(cè)繪出版社出版。
《為珠峰測(cè)高的人們》:鐘法權(quán)著;西安電子科技大學(xué)出版社出版。
《 人民日?qǐng)?bào) 》( 2024年09月27日 20 版)
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