水利水電工程測量技術(shù)的研究

熊 群 汪細(xì)剛

（江西銅安工程集團(tuán)有限公司，江西 高安 330800）

引言

水利水電工程測量一般包括控制測量、地形測量、施工測量、水下測量、竣工測量和變形監(jiān)測等幾部分內(nèi)容，由于大量采用新儀器、新方法，對經(jīng)典大地測量技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS）、數(shù)字?jǐn)z影測量與遙感技術(shù)（RS）、GIS技術(shù)、地籍與界線測量及多種專業(yè)工程測量技術(shù)的不斷融合，涵蓋了線路測量、地籍與界線測量、施工測量、計量測量等方面內(nèi)容，水利水電工程測量服務(wù)領(lǐng)域得到了不斷拓寬。

1 控制測量技術(shù)

控制測量則是一切水利水電工程測量工作的基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水利水電控制測量由傳統(tǒng)控制測量過渡到現(xiàn)代控制測量模式，即以GPS等空間定位技術(shù)為主、傳統(tǒng)測繪方法為輔，快速高效、高精度確定空間點位的三維坐標(biāo)。

水利水電工程控制測量按水利水電工程階段和服務(wù)內(nèi)容劃分為測圖控制網(wǎng)和專用控制網(wǎng)兩種類型，包含平面控制和高程控制兩方面測量技術(shù)。水利水電工程平面控制網(wǎng)測量技術(shù)由傳統(tǒng)的三角（鎖）網(wǎng)發(fā)展為三邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、GPS網(wǎng)、混合網(wǎng)等現(xiàn)代控制網(wǎng)測量技術(shù)，近年來GPS衛(wèi)星定位技術(shù)得到廣泛應(yīng)用：大區(qū)域測圖控制網(wǎng)基本采用GPS控制網(wǎng)技術(shù)，中小區(qū)域測圖平面控制網(wǎng)采用GPS控制網(wǎng)作為首級網(wǎng)或采用多種設(shè)備觀測的混合網(wǎng)；專用平面控制網(wǎng)主要采用邊角同測網(wǎng)，部分工程采用GPS布設(shè)首級網(wǎng)或直接布設(shè)為GPS混合網(wǎng)。水利水電工程高程控制網(wǎng)測量儀器從光學(xué)水準(zhǔn)儀發(fā)展到自動安平水準(zhǔn)儀再到數(shù)字水準(zhǔn)儀、液體靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)。觀測方法從人工讀數(shù)發(fā)展到自動讀數(shù)紀(jì)錄、自動觀測，作業(yè)方式從單一的幾何水準(zhǔn)發(fā)展到測距三角高程、靜力水準(zhǔn)、GPS擬合水準(zhǔn)等多元作業(yè)方式。數(shù)字水準(zhǔn)儀具有測量速度快、精度高、使用方便、勞動強(qiáng)度輕、可實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化等優(yōu)點得到了廣泛應(yīng)用。布置了數(shù)量足夠分布均勻的高程控制點的小型GPS網(wǎng)，GPS高程可達(dá)到四等水準(zhǔn)側(cè)量的精度；高差不大的平原、丘陵地區(qū)可采用GPS高程開展三、四跨河水準(zhǔn)測量；若測區(qū)建立了高精度的精化大地水準(zhǔn)面，長距離的GPS高程可達(dá)到二等水準(zhǔn)測量的精度。

2 數(shù)字地形測繪技術(shù)

隨著全站儀和計算機(jī)技術(shù)的普及應(yīng)用，形成了多種大比例尺地形圖的數(shù)字測繪方法，開發(fā)出具有自主知識版權(quán)的優(yōu)秀數(shù)字成圖軟件，采用三維測繪技術(shù)，不僅可滿足地形圖和專業(yè)圖測繪成圖，還可進(jìn)行GIS前端數(shù)據(jù)采集與更新。

數(shù)字化測繪技術(shù)作業(yè)模式主要采用電子平板模式、數(shù)字測記模式和數(shù)字?jǐn)z影測量模式（含數(shù)字近景攝影測量模式）。

電子平板數(shù)字測圖系統(tǒng)：全站儀+便攜機(jī)（即電子平板）+地形圖繪圖軟件，包括測站和鏡站兩種作業(yè)方式，其特點是模擬傳統(tǒng)白紙成圖，作業(yè)直觀，無需編碼，測繪不易產(chǎn)生錯漏，但便攜機(jī)電池使用時間短（通常為3h左右）、相對笨重且穩(wěn)定性差，比較適合平坦地區(qū)、城鎮(zhèn)地區(qū)地形測圖，不適合環(huán)境條件惡劣的水利水電工程地形圖測繪。

測記法數(shù)字測圖系統(tǒng)：全站儀/GPSRTK+（電子手薄+）草圖+帶有地物編碼的地形圖內(nèi)業(yè)繪圖軟件。缺點是作業(yè)不直觀，測量點號與草圖點號可能產(chǎn)生不一致，易產(chǎn)生地物錯漏，對現(xiàn)場繪制草圖人員要求較高，但適合各類環(huán)境數(shù)字地形圖測繪。

掌上數(shù)字測圖系統(tǒng)：全站儀+掌上測圖系統(tǒng)（即掌上電腦）+地形圖內(nèi)業(yè)繪圖軟件。掌上數(shù)字測圖系統(tǒng)克服了筆記本電腦電子平板的缺點，發(fā)揮筆記本電腦、電子手薄、掌上平板的優(yōu)點，可視化界面，人性化設(shè)計，操作簡單，攜帶方便，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，是目前較為理想的野外測繪數(shù)據(jù)采集及成圖工具。

3 變形監(jiān)測技術(shù)

變形監(jiān)測又稱變形測量或變形觀測，是對被監(jiān)測對象或物體（簡稱變形體）進(jìn)行測量，確定其空間位置及內(nèi)部形態(tài)的變化特征。變形監(jiān)測按其變形監(jiān)測部位分為外部變形監(jiān)測（外觀）和內(nèi)部變形監(jiān)測（內(nèi)觀）兩部分，涉及測量學(xué)范疇的工作主要為外部變形監(jiān)測。外部變形監(jiān)測按變形方向可分為水平位移監(jiān)測和垂直位移監(jiān)測。水利水電工程外部變形監(jiān)測包括變形監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)測量、工作基點測量、變形體變形監(jiān)測、監(jiān)測資料分析等內(nèi)容，常用水利水電工程外部變形監(jiān)測方法主要有以下幾種：

3.1 大地測量法

大地測量方法是變形監(jiān)測的經(jīng)典方法，可完成變形監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)測量、工作基點測量、變形體變形監(jiān)測等工作，側(cè)量設(shè)備采用電子水準(zhǔn)儀、精密全站儀（或測量機(jī)器人），測量方法包括傳統(tǒng)的三角測量、幾何水準(zhǔn)測量、交會測量和現(xiàn)代的邊角測量、三角高程測量等方法。大地測量方法主要特征：利用常規(guī)大地測量儀器，理論和方法成熟，測量數(shù)據(jù)可靠，觀測費用相對較低，但觀測時間長，勞動強(qiáng)度高，精度受到觀測條件影響較大，觀測和數(shù)據(jù)處理的自動化和智能化程度較低。

3.2 基準(zhǔn)線測量法

基準(zhǔn)線法是水平位移變形監(jiān)側(cè)的常用方法，土石壩、重力壩、支墩壩等直線形大壩的壩體、壩基一般采用引張線法、真空激光準(zhǔn)直法和垂線法觀測，若壩體較短可采用視準(zhǔn)線法、大氣激光準(zhǔn)直法觀測；拱壩壩體壩基主要采用垂線法或大地測量法觀測；近壩區(qū)巖體、高邊坡、滑坡體水平位移監(jiān)測主要采用大地測量法、視準(zhǔn)線法和垂線法。

3.3 液體靜力水準(zhǔn)測量方法

垂直位移監(jiān)測技術(shù)主要有水準(zhǔn)測量、三角高程測量、液體靜力水準(zhǔn)測量技術(shù)，目前發(fā)展最快的是液體靜力水準(zhǔn)測量技術(shù)。液體靜力水準(zhǔn)測量系統(tǒng)特別適用于壩體廊道內(nèi)高程觀測及高程傳遞，它通過各種類型的傳感器側(cè)量容器的液面高度，可同時獲取數(shù)十乃至數(shù)百個監(jiān)測點的高程，具有高精度、遙測、自動化、可移動和持續(xù)測量等特點。兩容器間的距離可達(dá)數(shù)十公里，如用于跨河與跨海峽的水準(zhǔn)測量；通過一種壓力傳感器，允許兩容器之間的高差從過去的數(shù)厘米達(dá)到數(shù)米。

4 水下地形測量技術(shù)

傳統(tǒng)的水下地形測量采用一般多以經(jīng)緯儀、電磁波測距儀及標(biāo)尺、標(biāo)桿為主要工具，用斷面法或極坐標(biāo)法及交會法定位，用測深桿和測深錘來采集水深數(shù)據(jù)，這種方法存在作業(yè)效率低，誤差大等諸多缺點，近來已經(jīng)很少被采用。近年來隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展，DGPS、GPS RTK及CORS系統(tǒng)配合多波束測深儀進(jìn)行水下地形測量得到了廣泛的應(yīng)用。DGPS（差分全球定位系統(tǒng)）是以某已知點作為基準(zhǔn)點，基準(zhǔn)點的GPS接收機(jī)連續(xù)接收衛(wèi)星信號，并與已知點的位置進(jìn)行比較，確定當(dāng)時誤差的偽距修正值，將這些修正值通過無線電臺接收，用戶接收機(jī)接收修正值來實時校正GPS信號，它具有全天侯、實時連續(xù)、高精度等特點。目前GPS RTK及CORS系統(tǒng)定位已達(dá)到厘米級的定位精度，并且能夠做到實時無驗潮測量。以上幾種定位技術(shù)進(jìn)行水下地形測量與岸上基準(zhǔn)點交會法、極坐標(biāo)法等定位技術(shù)相比，具有極大的優(yōu)勢，特別是較大面積的水下地形測量，可以大大縮短工作周期，減輕勞動強(qiáng)度。

5 結(jié)束語

隨著測繪新技術(shù)發(fā)展和測繪新設(shè)備應(yīng)用，水利水電工程測量技術(shù)得到了日新月異的發(fā)展。水利水電工程測量技術(shù)發(fā)展趨勢和方向是：測量數(shù)據(jù)采集和處理的自動化、實時化、數(shù)字化；測量數(shù)據(jù)管理的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化；測量數(shù)據(jù)傳播與應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化、多樣化、社會化。

[1]王晏民,洪立波等.現(xiàn)代工程測量技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用,2007(4)

[2]專業(yè)測繪與工程測量[J].測繪文摘，2009，(03).

[3]卓健成.測量工程的現(xiàn)代發(fā)展動態(tài)[J].冶金測繪，1993，(01).