大比例尺數(shù)字測圖技術在三峽工程中的應用

何 雯 歐陽駿 徐小芹 陳瑜彬

(1.湖北省第二測繪院,湖北武漢 430071;2.長江水利委員會水文局,湖北武漢 430010)

大比例尺數(shù)字測圖技術在三峽工程中的應用

何 雯1歐陽駿2徐小芹1陳瑜彬2

(1.湖北省第二測繪院,湖北武漢 430071;2.長江水利委員會水文局,湖北武漢 430010)

隨著科學技術的發(fā)展,新的測繪儀器及測圖技術越來越多地應用到生產(chǎn)實踐中,水利工程建設與運用中使用 3S技術及數(shù)字測圖技術后,生產(chǎn)效率與成果質量大大提高。水利工程測量使用現(xiàn)代測圖技術與 3S技術相結合,可使測量效率及準確率更高,同時也使后期加工處理更為方便迅捷。介紹了大比例尺數(shù)字測圖技術在三峽工程建設、壩體變形觀測及水庫水資源調配等方面的應用情況。可為類似的工程設計及運用提供參考。

工程地質勘察;測繪儀器;測繪技術;3S技術;測圖技術;三峽水利樞紐

1 數(shù)字測繪儀器

隨著電子科技的高度發(fā)展,尤其是計算機技術的迅猛發(fā)展,現(xiàn)代測量儀器正向著自動化、數(shù)字化方向發(fā)展,信息化測繪儀——全站儀是電子經(jīng)緯儀和測距儀的集成,不僅具有電子測角和電子測距的功能,而且還具有自動記錄、存儲和運算的能力,有很高的作業(yè)效率,使得大比例尺地面數(shù)字測圖技術日趨成熟,成為目前主要的成圖方法,從而促使地形圖測繪走向自動化、數(shù)字化、信息化[1]。

目前,大面積的一級控制測量已開始使用 GPS全球定位系統(tǒng)。用于控制測量的靜態(tài) GPS接收機已實現(xiàn)天線、接收機和電源一體化,操作已實現(xiàn)了完全自動化。將全站儀和 GPS集成一體,就出現(xiàn)了“超站儀”。超站儀改變了工程測量以外的作業(yè)模式,可以實現(xiàn)控制測量、碎部測量和施工放樣的一體化和無縫銜接作業(yè)。現(xiàn)代測量儀器的內部大都帶有存儲器,用于記錄、存儲工程測量數(shù)據(jù),并可用通用的掌上計算機(PDA)實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、處理和實時傳輸一體化。

2 數(shù)字測圖技術

現(xiàn)代數(shù)字測圖技術正向著高科技和數(shù)字化方向發(fā)展,其中的“3S”技術是現(xiàn)代數(shù)字測圖的代表?！?S”是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)的合稱。GPS是美國研制的精密衛(wèi)星導航定位系統(tǒng),該系統(tǒng)可向全球所有用戶全天候地提供高精度的三維坐標、三維速度和時間信息;RS是一種遠距離、大面積幾何形態(tài)、位置以及相關物理特性的傳感手段;GIS是地球空間信息的集成表達、統(tǒng)計分析、管理的信息系統(tǒng)。前兩者是當代最先進的能實時快速獲取數(shù)據(jù)和信息的采集工具,后者是數(shù)據(jù)和地球空間信息處理、分析乃至決策的平臺。利用當代多種先進的數(shù)據(jù)通信技術,實現(xiàn)數(shù)據(jù)從采集工具到分析管理決策平臺之間的自動交換,就可形成一個從信息獲取到信息處理、分析決策,再到最后實現(xiàn)反饋控制的自動控制綜合平臺?！?S”集成技術提供了對地球系統(tǒng)進行長期的立體的監(jiān)測能力,為收集、處理和分析地球系統(tǒng)變化的數(shù)量數(shù)據(jù)提供了工具。在大型水利工程中,“3S”技術是最基本、最有效的數(shù)據(jù)和信息采集、分析處理、表達決策的工具,它貫穿自勘測、設計、質量監(jiān)控、安全監(jiān)控、竣工驗收到運行監(jiān)控管理的所有階段[2,3]。

3 數(shù)字測圖技術在三峽工程中的應用

現(xiàn)代測繪技術深入到了三峽水利樞紐建設的各個階段,其應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 勘測規(guī)劃設計階段

在三峽水利樞紐規(guī)劃設計中,勘測施工坐標框架即控制網(wǎng)的建立,已采用 GPS定位代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三角測量,勘測階段已完全采用全數(shù)字攝影測量技術和野外數(shù)字測圖技術獲得數(shù)字地形圖。利用數(shù)字地形圖可以實現(xiàn)三維虛擬現(xiàn)實,在三維可視化可量測景觀上呈現(xiàn)多種工程設計方案,實現(xiàn)各種工程設計仿真,庫區(qū)淹沒面積的統(tǒng)計以及及時計算出相應的土石方工程量,做出該區(qū)域的環(huán)境評估,在較短時間內提出多種設計方案,使設計更加合理、科學,最終獲得最佳設計方案。

3.2 施工建設階段

三峽水利樞紐在施工建設和現(xiàn)場管理中,除大量采用全站儀進行施工放樣、土石方驗收,采用數(shù)字水準儀測定挖填深度、測量坡度以外,還采用三維近地激光影像掃描、GPS-RTK實時測圖與工程放樣、航空攝影和衛(wèi)星攝影測量等方法進行實時的工程進度管理,并可輔以移動通信和網(wǎng)絡通信等手段,實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控。在山體開挖、隧道開鑿等危險施工中,運用智能全站儀或 GPS與 GIS集成技術,可實現(xiàn)工程機械的自動化運行和工程安全及質量的監(jiān)控。智能全站儀可以控制機械掘進(隧道)的位置和方向,GPS可以實時定出施工車輛的位置和姿態(tài),可實現(xiàn)現(xiàn)場土方自動挖掘控制和工程量精密計算,從而實現(xiàn)開挖和掘進的自動化。

3.3 工程竣工驗收階段

大型水利工程項目竣工之后,需要進行竣工測繪,三峽工程也不例外。現(xiàn)代測繪技術能夠快速地獲取多種工程運行期間的測試文檔、圖表資料等信息,實現(xiàn)數(shù)字化管理,并作為工程驗收評估和今后長期安全運行的原始依據(jù)。

3.4 在變形監(jiān)測中的應用

在三峽水利樞紐工程竣工之后,需要對水庫大壩、大型橋梁等進行連續(xù)的、精密的監(jiān)測?，F(xiàn)代測繪技術提供了連續(xù)、實時的安全運行監(jiān)控手段。如采用 GPS、智能全站儀和數(shù)字垂線儀等技術,綜合其他工業(yè)傳感器,即可實現(xiàn)全自動、無人或少人值守的工程運行方式。比如,利用三維激光影像掃描儀,可以對監(jiān)測對象(大壩、橋梁)進行全方位的監(jiān)測,幾秒鐘內即可對整體幾百萬個掃描數(shù)據(jù)進行毫米級的分析,并可以隨時準確了解觀測對象的整體模型變形情況。

3.5 水庫水資源調配

利用全數(shù)字攝影測量或數(shù)字測圖技術建立數(shù)字地面模型(DTM),應用 GIS的分析決策功能,利用水下地形測量系統(tǒng)(實時動態(tài) GPS和數(shù)字測控儀集成),結合 DTM,能夠建立水庫庫容數(shù)字模型。在已知某一水位的條件下,就能及時求出其水庫容量。此外,遙感技術的應用,能夠較準確地提供某一地區(qū)的干旱情況。根據(jù)庫容和旱情,即可以合理精確地實施水資源的調配。

4 結 語

隨著經(jīng)濟全球化、全球信息化的加速發(fā)展,測繪技術的發(fā)展也是日新月異。與此同時,地理空間數(shù)據(jù)基于 Internet的網(wǎng)上數(shù)據(jù)分發(fā)、數(shù)據(jù)查詢、電子商務等方面也將得到迅速發(fā)展。在科技飛速發(fā)展的今天,傳統(tǒng)意義上的工程測量己發(fā)生了巨大的變革,新儀器、新技術的應用,使測量行業(yè)具有了更高的科技含量,同時對測繪人員綜合素質的要求也越來越高[4]。因此,我們還需不斷深入地研究其理論和方法,使之在廣泛的實踐中得到創(chuàng)新和完善,結合水利工程建設中的實際問題,為實施"數(shù)字水利"作出貢獻。

[1]賀麗娟,曹振一.數(shù)字化測繪技術在工程測量中的應用[J].西北水電,2002,(2):28-31.

[2]王文革,田春華.數(shù)字化測圖的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國新技術新產(chǎn)品,2009,(17):80.

[3]楊德麟.大比例尺數(shù)字測圖的原理方法與應用[M].北京:清華大學出版社,2001.

[4]邊 微,李西燦.數(shù)字化測圖實踐與認識[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版),2004,(3):386-390.

P623

A

1006-0081(2010)12-0037-02

2010-09-28

何 雯,女,湖北省第二測繪院,助理工程師.

(編輯:趙秋云)