淺談測繪新技術(shù)在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用

師維娟，劉 勤

(1.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院測繪工程系，四川 崇州，611231；2.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程勘察設(shè)計院，四川 都江堰，611830)

淺談測繪新技術(shù)在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用

師維娟1，劉 勤2

(1.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院測繪工程系，四川 崇州，611231；2.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程勘察設(shè)計院，四川 都江堰，611830)

測量工作貫穿水利工程建設(shè)的各階段，測繪成果的精度和測繪速度直接影響水利工程建設(shè)的實施。文章從測繪新技術(shù)的角度出發(fā)，對水利工程建設(shè)中測繪新技術(shù)的應(yīng)用進行了簡要的分析。

測繪新技術(shù) 水利工程

1 概述

在水利水電工程中，無論工程項目的大小，都離不開測繪技術(shù)。測量在工程項目建設(shè)各階段起著重要的作用。在工程規(guī)劃設(shè)計階段，測繪技術(shù)主要提供各種比例的地形圖和地形資料及地質(zhì)勘測和水文測量的數(shù)據(jù)；在工程建設(shè)施工階段，通過測量把平面圖紙上的設(shè)計變?yōu)閷嵉亟ㄔO(shè)的依據(jù)；在工程運營管理階段，通過測量工程建筑物的運行狀況，分析探討不正?，F(xiàn)象，采取有效措施防止事故發(fā)生。測繪成果的精度和速度直接影響水利工程建設(shè)的實施。

傳統(tǒng)的測繪技術(shù)具有外業(yè)辛苦、測繪工作量大、成圖精度低、成圖時間較長等缺陷。隨著計算機以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進步、測繪儀器的智能化，致使數(shù)字化測繪先進技術(shù)不斷發(fā)展。測繪新技術(shù)不僅有效地提升了測繪質(zhì)量與測繪進度，而且降低了測繪人員的工作量。要提高水利工程建設(shè)質(zhì)量和施工效率，必須重視測繪技術(shù)的新發(fā)展和應(yīng)用。

2 測繪新技術(shù)的發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步、測繪儀器的不斷智能化，測繪技術(shù)也由傳統(tǒng)測繪、數(shù)字化測繪體系向著信息化和智能化方向發(fā)展?！?S”技術(shù)、數(shù)字攝影測量技術(shù)、三維激光掃描測量技術(shù)等先進技術(shù)的發(fā)展，使測量數(shù)據(jù)采集和處理逐漸自動化、實時化和數(shù)字化。

2.1 “3S”技術(shù)

“3S”技術(shù)是現(xiàn)代測繪技術(shù)的代表，是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS、地理信息系統(tǒng)GIS及遙感技術(shù)RS的合稱。

2.1.1 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(簡稱GPS)。該技術(shù)采用衛(wèi)星直接進行空間點的三維定位。由于衛(wèi)星定位具有全球、全天候、快速、高精度等優(yōu)點，被廣泛用于大地測量、工程測量、地形測量及軍事的導(dǎo)航、定位上。該技術(shù)將測繪定位技術(shù)從靜態(tài)擴展到動態(tài)，從后處理擴展到實時定位與導(dǎo)航，絕對和相對精度擴展到厘米級甚至亞毫米級。基礎(chǔ)定位由差分GPS、主動式控制系統(tǒng)向?qū)崟rGPS發(fā)展。RTK測量技術(shù)是以載波相位觀測為根據(jù)的實時動態(tài)差分定位技術(shù)，它不僅具有GPS測量的優(yōu)點，同時具有觀測時間短、能實現(xiàn)坐標實時解算的優(yōu)點，大大提高了生產(chǎn)效率。

2.1.2 遙感技術(shù)(簡稱RS)。該技術(shù)是從人造衛(wèi)星、飛機或其他飛行器上收集地物或目標的電磁波信息，進行收集、提取、處理，并最后成像，對地面各種地物進行探測和識別的一種綜合性科學(xué)技術(shù)，主要用來對地球上大范圍自然環(huán)境變化進行長期的觀察和研究。

2.1.3 地理信息系統(tǒng)(簡稱GIS)。它是在計算機硬件、軟件系統(tǒng)的支持下，對整個或者部分地球表層空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)，它是將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)一體化管理、分析的技術(shù)系統(tǒng)。從技術(shù)和應(yīng)用的角度，GIS是解決空間問題的工具、方法和技術(shù)。

2.1.4 “3S”集成技術(shù)。該技術(shù)是將GPS、GIS、RS技術(shù)有機的結(jié)合，GPS與RS為GIS提供區(qū)域信息及空間定位信息，而GIS進行相應(yīng)的空間分析以便從GPS和RS提供的海量數(shù)據(jù)中提取有用的信息并進行綜合集成，使之成為科學(xué)的決策依據(jù)。三者之間的相互作用形成了“一個大腦，兩只眼睛”的框架。尤其在大型工程中，3S集成技術(shù)提供了最有效的數(shù)據(jù)及信息采集、分析處理、表達決策的工具。

2.2 數(shù)字攝影測量技術(shù)

數(shù)字攝影測量是基于數(shù)字影像與攝影測量的基本原理，對影像信息獲取、處理、提取和成果表達的信息科學(xué)技術(shù)，主要任務(wù)是用于測繪各種比例尺的地形圖。目前，通過在空中利用數(shù)字攝影機所獲得的數(shù)字影像，內(nèi)業(yè)使用專門的航測軟件處理。運用這種方法可以將許多外業(yè)測量工作轉(zhuǎn)移至室內(nèi)來完成。它具有許多的優(yōu)點，如成圖的時間短、精度值高而均勻、成本低，不受天氣因素的影響等。隨著無人機航拍技術(shù)的成熟，數(shù)字攝影測量技術(shù)將廣泛地應(yīng)用于大比例尺地形圖測繪。

2.3 三維激光掃描測量技術(shù)

三維激光掃描測量技術(shù)，是通過高速激光掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標數(shù)據(jù)，為快速建立被測物體的三維影像模型提供了一種全新的技術(shù)手段，具有快速性，不接觸性，實時、動態(tài)、主動性，高密度、高精度，數(shù)字化、自動化等特性。該技術(shù)特別適宜在分布于高山陡峭峽谷、植被較少的水電工程樞紐區(qū)域作業(yè)，可以解決危險目標、環(huán)境及人員難以企及區(qū)域的地形數(shù)據(jù)采集問題，大幅度提高工作效率，減輕測量技術(shù)人員的勞動強度。

3 測繪新技術(shù)在水利工程中的具體應(yīng)用

3.1 控制測量

水利工程大多建設(shè)在困難偏遠的山區(qū)，地形復(fù)雜，地表植被覆蓋多，通視條件差，國家控制點又少，利用傳統(tǒng)測繪儀器進行控制測量難度較大。GPS能較好地解決這些問題，由于GPS信號接收機測量不再受到地形地勢等條件的影響，通過控制測量的觀測方法和布局類型，大大減少了傳統(tǒng)測量中的傳算點和過度點的測量工作，使控制選點變得較為靈活。并且控制測量可以不受時間、天氣等自然條件的影響，特別是在中小型水利水電工程中，GPS測量技術(shù)的優(yōu)點體現(xiàn)得更為明顯。應(yīng)用GPS高精度的特點，測量工作可以大量節(jié)省人力資源，減小工作時間和勞動強度，大大提高了工作效率。

3.2 勘測地形圖

數(shù)據(jù)庫由規(guī)劃目標與完成情況兩部分構(gòu)成。其中，規(guī)劃目標來源于全國各省五年規(guī)劃綱要。規(guī)劃綱要中皆會回顧過去五年指標實現(xiàn)情況，并對未來五年的指標進行預(yù)測，對發(fā)展目標進行制定。

當(dāng)前水利工程中，地形圖測繪主要還是常規(guī)數(shù)字化測量。利用全站儀在野外進行地形地物點的三維坐標數(shù)據(jù)采集和存儲，然后內(nèi)業(yè)成圖，比起傳統(tǒng)的測繪技術(shù)，測繪工作省略了讀數(shù)、計算、展點繪圖等外業(yè)工序，外業(yè)工效大大提高。然而，水利工程中地形圖勘測往往具有時間緊、任務(wù)重、范圍廣、通視差的工作特點，同時也影響了全站儀數(shù)字化測圖的應(yīng)用。

RTK技術(shù)能勝任水利工程中地形圖勘測任務(wù)。RTK技術(shù)在測量作業(yè)中所提供的三維坐標能達到厘米級精度，觀測點間不受通視條件限制，速度快，精度高，且各測量結(jié)果之間誤差不累積。工程實例表明，RTK技術(shù)應(yīng)用于庫區(qū)1∶1000地形圖測繪中，精度較高，時間較短，減輕了作業(yè)人員的勞動強度，使生產(chǎn)周期大大縮短，能及時滿足用戶的要求。

對于小面積地區(qū)地形測量，當(dāng)前常規(guī)測量占有優(yōu)勢。但對于大面積水利工程建設(shè)地形測量，如山區(qū)水庫庫區(qū)、河流及其大型水利樞紐工程等，航空攝影測量技術(shù)能發(fā)揮它的絕對優(yōu)勢。由無人機拍照水電站區(qū)域的航空攝像片，通過數(shù)字攝影測量系統(tǒng)，繪制地形圖。在數(shù)字地形圖測繪完后，及時進行外業(yè)調(diào)繪。這種測繪模式可減少大量野外工作，提高勞動效率，減少勞動強度。同時可以將大量的外業(yè)測量工作移到室內(nèi)完成，成圖速度快且成本低，不受氣候和季節(jié)限制。

3.3 施工放樣

水利工程施工測量對放樣的精度要求較高。在大中型水利工程中，都要在施工區(qū)域內(nèi)布設(shè)施工控制網(wǎng)，以網(wǎng)內(nèi)控制點為基礎(chǔ)進行施工放樣。使用GPS，可大量減少施工控制網(wǎng)中的中間過渡控制點。在水工建筑物點位測設(shè)時，可在數(shù)字地形圖上直接得到設(shè)計點的三維坐標，然后將三維坐標輸人全站儀，配合棱鏡移動，就可完成該點的放樣；或者直接利用移動動態(tài)GPS進行實時放樣，既省去了從圖紙上量取測設(shè)點坐標的過程，減少了工作量，還避免了人為誤差，提高了放樣精度和效率。

3.4 變形監(jiān)測

在大壩變形監(jiān)測中，用GPS代替經(jīng)緯儀，對監(jiān)測基準點的選點條件大為改善。GPS不受地形條件復(fù)雜的影響，各測站點之間無需通視，布點靈活方便;不受氣候和時間的限制，可以實時監(jiān)測；GPS的高精度定位，能完全滿足大壩監(jiān)測精度要求。實際操作中，可用1臺GPS接收機，多天線布置監(jiān)測點技術(shù)完成大壩安全監(jiān)測；也可用GPS連續(xù)運行參考站，對大壩工程建設(shè)進行實時、有效、長期的變形監(jiān)測。

除此之外，當(dāng)前一些新的測繪儀器，如三維激光掃描儀、測量機器人等也可以進行變形監(jiān)測數(shù)據(jù)采集。用測量機器人可固定的測站上架設(shè)儀器，由遠程在線監(jiān)控管理，自動完成大壩觀測點的采集、傳輸、處理、分析、變形危害預(yù)警等工作。用激光掃描儀進行大壩的變形監(jiān)測，可克服GPS及測量機器人的點少、不能全覆蓋的缺點，能高效快速得到高密度高精度的觀測數(shù)據(jù)，進行復(fù)制式的大壩變形監(jiān)測。這些新技術(shù)的使用，將實現(xiàn)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取的自動化、變形監(jiān)測設(shè)備的多層次集成化、變形數(shù)據(jù)處理與分析網(wǎng)絡(luò)化；便于水利工作者分析大壩變形原因，并及時處理，保證大壩安全運營。

3.5 工程規(guī)劃設(shè)計及管理

水利工程規(guī)劃需大量地形、地貌、水文、地質(zhì)及社會經(jīng)濟等各方面信息，利用遙感技術(shù)獲得的遙感像片，可以有效地判讀與研究水利工程施工流域的地質(zhì)構(gòu)造、地形特征。將RS和GPS技術(shù)所獲大量實時的地形、地質(zhì)信息疊加并輸入到GIS中，進行可視化的規(guī)劃設(shè)計、管理、監(jiān)測。如水電站工程的總體布局方案比選、論證、分析，模擬水電站工程的環(huán)境、生態(tài)影響，也可進行水電站工程景觀地規(guī)劃、水電站工程交通規(guī)劃等。三維GIS技術(shù)可為水電站規(guī)劃、設(shè)計、管理提供形象、直觀、詳實的地理信息。

3S集成技術(shù)把GPS技術(shù)、遙感技術(shù)、地理信息技術(shù)融為一體，由GPS和RS向GIS輸送海量的水電站測區(qū)地形、地貌等空間數(shù)據(jù)，由GIS進行水電站測區(qū)的空間分析、預(yù)測、決策，完成水電站工程規(guī)劃設(shè)計及管理工作。

4 結(jié)語

伴隨著測繪新技術(shù)的不斷進步，現(xiàn)代工程測量正朝著測量內(nèi)外作業(yè)一體化、數(shù)據(jù)獲取及處理自動化、測量過程控制和系統(tǒng)行為智能化、測量成果和產(chǎn)品數(shù)字化、測量信息管理可視化、信息共享和傳播網(wǎng)絡(luò)化的趨勢發(fā)展?，F(xiàn)代測繪技術(shù)以其高精度、高效率，在水利工程建設(shè)中起著關(guān)鍵性的作用。如何利用先進的測繪儀器、測繪技術(shù)和測繪方法，為水利工程建設(shè)和管理工作提供優(yōu)質(zhì)、高效的服務(wù)，是測繪工作者努力的方向。

〔1〕呂寶雄，巨天力.三維激光掃描技術(shù)在水電大比例尺地形測量中的應(yīng)用研究[J].西北水電，2011，(1)：14～16.

〔2〕蔣國飛.RTK-GPRS模塊技術(shù)在地形圖測繪中的應(yīng)用[J].河南水利與南水北調(diào)，2015，(1)：30～31.

〔3〕龔振文.論水電站工程測量技術(shù)及測繪新技術(shù)應(yīng)用[J].山西建筑.2015，(5)：180～181.

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2095-1809(2016)04-0091-03

師維娟(1981-)，女，陜西眉縣人，講師、碩士，主要從事工程測量教學(xué)工作。