水利工程測量中3S技術(shù)的應(yīng)用探討

齊鑫

摘 要：隨著人類社會的發(fā)展，信息化、全球化已成為一種世界性的大趨勢。現(xiàn)狀已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字信息化的時代，3S技術(shù)不斷的發(fā)展更新，投入應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛。特別是在水利水電工程測量行業(yè)，其全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時性的精密三維導(dǎo)航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性等高效性能，為保證水利工程測量奠定了基礎(chǔ)。筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，主要針對水利工程測量中3S技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析和討論。

關(guān)鍵詞：水利工程；3S測量技術(shù)；應(yīng)用

1 3S技術(shù)的含義

3S技術(shù)是遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）及全球定位系統(tǒng)（GPS）的統(tǒng)稱。是多學(xué)科高度集成的對空間信息進(jìn)行采集、處理、管理、分析、表達(dá)、傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)。能夠?qū)臻g實(shí)體快速地進(jìn)行精確定位，同時宏觀地獲取信息，對所得到的特定位置空間信息進(jìn)行綜合分析。

2 3S技術(shù)的特點(diǎn)

遙感（RS）技術(shù)是一種衛(wèi)星遙感技術(shù)，不直接接觸目標(biāo)或現(xiàn)象就能收集信息，并據(jù)此進(jìn)行識別與分類。即在地球不同高度平臺上使用某種傳感器，收集地球各類地物反射或發(fā)射的電磁波信息，對這些電磁波信息進(jìn)行加工處理，用特殊方法判讀解譯，從而達(dá)到識別、分類的目的，為科研工程的生產(chǎn)應(yīng)用服務(wù)。

地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)是以空間數(shù)據(jù)為研究對象，在各種地理圖形的基礎(chǔ)上，以計(jì)算機(jī)為工具對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、編輯、判讀存儲、查詢、顯示和綜合分析應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)。

全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)是一種全新的現(xiàn)代定位方法，具有多功能、高效率、高精度的特點(diǎn)，可在全球任意地點(diǎn)，為任意多個用戶同時提供幾乎是瞬時的三維測速、三維定位服務(wù)，極大地改變了傳統(tǒng)的定位技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)，并已逐漸在越來越多的領(lǐng)域中取代了常規(guī)光學(xué)和電子儀器。

3 3S測量技術(shù)的運(yùn)用

3.1 通過遙感圖像得到河道水文數(shù)據(jù)信息

遙感技術(shù)得到的河道信息利用信息提取的方式，從而獲得所需專題圖像，利用計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行校正、增強(qiáng)以及分類變化等，把遙感數(shù)據(jù)信息提供給GIS，在遙感圖像判斷與分析之前，先對遙感圖像進(jìn)行處理，包括投影變化以及幾何糾正等，為確保遙感圖形和地形圖在地理幾何位置上確保一致，要對遙感圖像進(jìn)行投影變換的處理，把圖像處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成任何GIS可以接受的數(shù)據(jù)格式皆可。通過圖形資料的利用，特別是電子地圖等圖像資料，促進(jìn)高程數(shù)據(jù)提取的便利性，建立與完善數(shù)字高程模型，對遙感圖像進(jìn)行校正。數(shù)字高程模型建立之后，通過GIS軟件的分析功能進(jìn)行各種計(jì)算，包括高線計(jì)算、體積計(jì)算、沖淤量計(jì)算等。

3.2 遙感動態(tài)監(jiān)測

遙感動態(tài)監(jiān)測實(shí)際上是針對同個地區(qū)采用不同時相的遙感圖像，從而得到該地區(qū)改變的遙感圖像。動態(tài)變化監(jiān)測目前已經(jīng)成為一個主要技術(shù)，多時相、多類型的傳感器，持續(xù)不斷地對統(tǒng)一區(qū)域進(jìn)行資源與環(huán)境方面的調(diào)查，可以及時、準(zhǔn)確地獲取各種情況。并且，以多時相遙感影像技術(shù)為基礎(chǔ)，利用重點(diǎn)分析最佳組合波段等技術(shù)，結(jié)合水體信息特點(diǎn)得出的圖像處理辦法，統(tǒng)統(tǒng)為遙感技術(shù)在水環(huán)境相關(guān)研究的開展提供技術(shù)支持。除此之外，通過數(shù)字遙感器完成了在時間維度的水域動態(tài)監(jiān)測，從而為防洪減災(zāi)、河道規(guī)劃與治理提供技術(shù)支持。

3.3 水深遙感沖淤變化分析

水深遙感是通過可見光在水體內(nèi)的穿透性，利用飛機(jī)、衛(wèi)星等遙感技術(shù)平臺，通過輻射計(jì)、攝影機(jī)等裝置，把水下一定深度的立體單元信息根據(jù)一定的采集規(guī)則，利用信息處理軟件對可見光透的水體厚度信息進(jìn)行分離，從而獲取水深。通過入睡輻射強(qiáng)度和水深、水體渾濁度之間的關(guān)系，對輻射強(qiáng)度進(jìn)行測定與處理，得到水深數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)獲取數(shù)據(jù)信息更加方便，水深遙感的相關(guān)研究已經(jīng)開始投入應(yīng)用，所以如果真有實(shí)測數(shù)據(jù)缺失，可以通過歷史階段遙感資料對水深進(jìn)行推測，從而完成沖淤分析的作用。除此之外，還考慮某一時相遙感資料精度不準(zhǔn)的問題，實(shí)測地形和遙感獲得的數(shù)值存在較大差別，因此可以采用兩個時相的遙感水深對河床沖淤情況進(jìn)行計(jì)算，可以達(dá)到要求精度。

具體原因是因?yàn)檫b感水深存在比較大的誤差，然而斷面圖分析發(fā)現(xiàn)，遙感水深誤差大的影響因素比較多，兩個時相的遙感水深誤差的表現(xiàn)形式大體一致，因此，差值降低了系統(tǒng)誤差。這個方法獲得的結(jié)果和實(shí)測地形資料得出的結(jié)果保持一致，可以達(dá)到河床演變分析與沖淤量計(jì)算的要求。因此，水深遙感方法能夠在地形資料確實(shí)的前提下對長時間河床演變分析。如果把GIS和水深遙感技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，能夠完成水下地形圖數(shù)字化，也能更加便捷地對所測水域不同時間段與不同沖刷深度的沖淤分布進(jìn)行探測。

4 水利行業(yè)中3S技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

當(dāng)下是一個信息化、數(shù)據(jù)化和網(wǎng)絡(luò)化集為一體的時代，3S技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)化時代的重要產(chǎn)物之一，必定會實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，這就要求水利部門要充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)資源，來實(shí)現(xiàn)水利方面的資源共享，即實(shí)現(xiàn)3S系統(tǒng)的B/S和C/S模式支持。

4.2 集成化發(fā)展

通過對3S技術(shù)在水利行業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用了解到，RS系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的聯(lián)合不但要通過數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)，以保證三者之間的嚴(yán)格性、緊密性和系統(tǒng)性，還需要將三個系統(tǒng)集成一個應(yīng)用價(jià)值最大的3S綜合系統(tǒng)，并且三個系統(tǒng)的聯(lián)合的過程中，會將其它系統(tǒng)融入其中，如MIS系統(tǒng)和OA系統(tǒng)等，以最大限度的滿足水利行業(yè)發(fā)展需要，進(jìn)一步證實(shí)3S技術(shù)集成化發(fā)展是必然趨勢。

4.3 數(shù)學(xué)模型和決策分析一體化發(fā)展

水利工作者都了解，用3S技術(shù)單獨(dú)對瀏覽、查詢和分析采集數(shù)據(jù)形成的圖形，對水利行業(yè)發(fā)展是沒有太多意義的，只有將3S技術(shù)中的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建功能及決策分析功能一起應(yīng)用到水利工作中，才能有效提高水利工作效率和質(zhì)量，進(jìn)而促進(jìn)水利行業(yè)發(fā)展，所以3S技術(shù)中數(shù)學(xué)模型和決策分析一體化已然成為一種必然發(fā)展趨勢。

4.4 實(shí)時三維和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的逐步實(shí)現(xiàn)

水利工程在建設(shè)過程中往往會涉及到時間的序列問題、動態(tài)的監(jiān)測問題及施工過程監(jiān)測問題等，所以水利工程對具有時間維性質(zhì)的3S技術(shù)需求很大，而實(shí)時三維3S系統(tǒng)則能夠很有效和很直觀的提供一切相關(guān)水利信息，并將信息表現(xiàn)出來。另外，3S技術(shù)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對蓄滯區(qū)洪水的演進(jìn)監(jiān)測、水利工程的布置規(guī)劃、工情信息的表達(dá)、地質(zhì)構(gòu)造的描述、、庫區(qū)的描述等，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的成熟奠定了良好基礎(chǔ)。

結(jié)束語

3S技術(shù)在水利建設(shè)上的應(yīng)用越來越廣泛和深入，要想在水利工程建設(shè)管理中更好地應(yīng)用和發(fā)展3S技術(shù)，首先要在標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的基礎(chǔ)上，大力開展水利工程建設(shè)管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)。此外還要加快提高3S技術(shù)的應(yīng)用水平，充分發(fā)揮3S現(xiàn)有的和潛在的功能，并且與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)以及水利工程建設(shè)本身的技術(shù)緊密地結(jié)合在一起，更好的服務(wù)于水利工程建設(shè)。

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