3S技術在水利工程管理和保護范圍劃界中的應用
——以蘭溪市為例

朱立松，鄭勇剛，趙 斌

(浙江藝佳地理信息技術有限公司，浙江 德清 313200)

隨著國民經濟和農村經濟的迅速發(fā)展，由于河湖、水利工程管理范圍和保護范圍界線不清，產權不明，違法占用水域和違法利用管理、保護范圍土地的現象愈發(fā)普遍，并出現了一系列的問題。如導致水域面積減少、水資源可利用量減少，水域庫容減小并影響到防洪調蓄能力，水庫水質變差水環(huán)境惡化，破壞了自然景觀等。鑒于這些問題，有必要對水庫管理進行劃界工作，以便加強對水庫及相關區(qū)域的管理，形成歸屬清晰、權責明確、監(jiān)管有效的自然資源資產產權制度[1]。

3S技術是遙感技術(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)的統(tǒng)稱。其中，RS可獲取地表的真實信息，GPS 可實現高精度定位，GIS可實現地理信息的動態(tài)管理和空間分析。3S技術的聯合應用可快速實現空間地理數據的高精度、全天候的采集、分析和展示,在水利信息化建設中可高效地完成數據采集、分析與處理，為水利工程圖紙設計、現場施測、動態(tài)監(jiān)測、空間管控等提供先進的技術支持，是水利實現空間資源信息化管理的重要手段和有效途徑[2-3]。

1 研究區(qū)域

1.1 測區(qū)概況

蘭溪市位于浙江省中西部，地處錢塘江中游，金衢盆地北緣。地理坐標為北緯29°5′20″～29°27′30″，東經119°13′30″～119°53′50″。東西長67.5 km，南北寬38.5 km，面積1 310 km2。境域地貌為浙中丘陵盆地地貌，東北群山環(huán)抱，西南低丘蜿蜒，中部平原舒展。

主要工作任務是：完成全市3座中型水庫、33座小型水庫、24座山塘、5座水廠及1處中型灌區(qū)的控制測量和控制樁埋設，1:1 000地形圖測繪，水利工程管理與保護范圍的劃定，界碑、界樁、水位尺的制作安裝，以及數據成果信息化處理。

1.2 測繪技術路線和工作流程

基于信息化數據管理技術，充分運用GPS、RS、GIS技術，以雙頻雙星GNSS接收機、全站儀、無人機航攝等先進空間數據采集為手段，以水利管理范圍和保護范圍劃界為重點，充分利用已有測量控制點、地形圖、遙感影像、圖件、文本等資料制作工作底圖，通過內業(yè)粗略劃定基準線、范圍線、界樁(牌)的位置，外業(yè)實地放樣勘測劃定范圍線的方法，完成內外業(yè)一體化的測繪數據采集和編輯等工作。工作流程如圖1所示。

圖1 水利工程管理和保護范圍劃定工作流程圖

2 3S技術的具體應用

2.1 RS技術的應用

遙感技術的應用可在水利項目工程現場施工前提供有效的指導，通過繪制出準確的施工現場地形平面圖指導施工設計，保證施工安全性、連續(xù)性與規(guī)范性[3]。 在水利工程管理與保護范圍劃線中應用遙感技術對作業(yè)場地做內業(yè)規(guī)劃設計、工程管理與保護范圍的初步粗略劃定，控制測量點位規(guī)劃和控制樁埋設預標注，有助于確定最合理的工作方案和施工放樣方案，提升外業(yè)作業(yè)效率。

本項目作業(yè)范圍分布在蘭溪市16個街道、鄉(xiāng)鎮(zhèn)，作業(yè)區(qū)范圍面廣且零散分布，在作業(yè)施工之前通過收集的水利基本信息、已有大比例尺地形圖資料和衛(wèi)星遙感影像資料，進行水庫的地形和水文分析，通過地形和影像的疊加，制作初步的水利管理與保護范圍劃線工作底圖。對于缺少大比例尺地形圖或者高分辨率影像資料的地區(qū)，采用無人機現場航飛的方式獲取測區(qū)范圍DOM影像資料，進行工作地圖的制作劃界。對于外業(yè)測繪人工難以到達的地區(qū)，同樣采用無人機航測遙感技[4]，輔以少量的測量控制點進行立體地形圖的編輯，獲取測區(qū)劃界數據。為了便于管理，在界樁埋設后增加無人機航拍，航拍時在界樁頂部放置明顯的標志(如紅色材料)，使界樁位置能從影像中直觀地反映。

2.2 GPS技術應用

GPS測量具有攜帶方便、高精度、高效率、全天候作業(yè)的特點，因此成為水利工程中精確高效測量的首選方法與技術，使用GPS-RTK技術可滿足水利工程項目中多種測繪工作的需要[5]。本項目主要目的是在內業(yè)初步方案設定后，通過外業(yè)實際測量和界樁放樣，精確確定水利管理范圍和保護范圍線，因此工作重點是利用GPS-RTK技術進行實地測繪。

首先，進行控制測量，利用金華市的JHCORS網，采用GNSS-RTK的技術組網，進行GNSS一級點施測，根據界線位置的走向及地形條件，布設132座GNSS一級控制點，每處水庫及山塘不少于二個控制點。

其次，依據施測的控制測量數據為起算數據，利用GPS-RTK 技術對河湖周邊缺失1:1 000地形圖資料的進行平面與高程數據測繪，配合專業(yè)數字地形軟件CASS9.1完成數字地形圖的編輯，對已有1:1 000比例尺地形圖的地區(qū)，進行變化的修補測。實測時利用GPS定位技術完善已建GNSS網絡，初測階段測繪規(guī)劃線路沿線1:1 000地形圖，同時調查繪圖范圍內相關屬性信息。

再次,進行界碑、界樁點、水位尺放樣，為了滿足界樁(碑)點精度要求所有界樁(碑)點按圖根點要求進行施測，觀測采用JHCORS網模式，方法是先把界樁(碑)的圖解坐標輸入RTK內，根據JHCORS系統(tǒng)進行界樁(碑)放樣，待界樁(碑)埋完后再利用RTK施測其解析坐標。對于不易采用RTK施測的界樁(碑)，以GNSS一級點及已用RTK測好的界樁作為起算數據，采用全站儀極坐標法施測。界碑、界樁及水位尺的高程以界樁頂部為準，其高程測定采用GPS-RTK技術方法。

最后，利用測定的1:1 000比例尺地形圖和界樁(碑)點、界址點坐標，進行管理范圍和保護范圍線的劃定，界碑、界樁、水位尺的埋設。

2.3 GIS技術應用

水利工程項目的規(guī)劃、選址、圖紙設計、管理分析離不開GIS技術的高效應用[3]，利用 GIS技術對各種比例尺的水利數據和專題數據進行統(tǒng)一存儲和管理，集中展示、分析應用一直是GIS的優(yōu)勢。

本項目中在工程規(guī)劃設計階段，利用GIS技術結合遙感影像技術，快速地完成了內業(yè)地圖的制作和界址點位方案規(guī)劃布設，在內業(yè)即提前對現場及周圍環(huán)境進行了全面的考察，做好了相應的防范措施，為外業(yè)施測提供了便捷方式[3]。在缺少設計洪水位資料，無法確定庫區(qū)管理范圍線高程的地區(qū)，應用GPS結合GIS分析技術完成庫區(qū)設計洪水位的確定。在項目測繪工作完成后，利用GIS空間分析和地圖制圖技術完成山塘、水庫、水廠等水系專題圖的繪制。

在完成地形圖測量和管理范圍劃界、界碑、界樁、水位標準實際埋設后，為了更好的對成果數據進行管理，便于數據更新和修改。借助GIS入庫軟件，將完成的數據成果按照基礎地理信息要素分類與代碼的標準，對劃界數據成果進行錄入、編輯、整理、修改、上傳入庫[6]。成果包含以JHCORS系統(tǒng)為基礎，利用GPS-RTK等現場采集的基礎測量數據、內業(yè)編輯處理的劃界成果數據，以及權屬范圍的屬性信息。具體數據成果包括界樁點、界址點、控制點、界樁移位點、告示牌位置點等點狀要素成果；管理范圍界線、保護范圍界線、地形圖要素線等線狀要素成果，管理范圍面，權屬范圍面，保護范圍面，地形圖要素面等面要素成果。

此外，通過GIS技術與遙感技術RS的配合建立精確的地理信息系統(tǒng)管理服務平臺，依靠建設的水利劃界范圍和保護范圍數據庫以及基礎測繪數據庫，可實現水利工程管理和保護范圍劃定工作的標準化管理，為建立水利工程信息化運管平臺提供基礎數據支持，有利于對劃界信息化成果實時動態(tài)管理，使水利信息化成果更好地服務水利現代化管理。

2.4 成果范圍線劃定

通過3S集成技術，在JHCORS(金華CORS)系統(tǒng)的支持下，應用GNSS-RTK接收機進行一級平面控制測量和四等高程控制測量，作為圖根點、界樁放樣及地形測量的施測起算依據。通過收集當地水利水文資料、遙感影像資料、圖紙資料等制作工作地圖，依據水庫、山塘劃界原則，結合現場GPS-RTK實測確認，確定庫區(qū)管理范圍線高程(原有校核洪水位資料的，以原有資料為依據,原來沒有校核洪水位資料的，以現有溢洪道寬度進行調洪演算，計算校核洪水位)，對水庫管理和保護范圍進行精確劃線。為了便于水利管理部門開展工作，根據收集的原始資料、水文、地名等資料完成1:1 000地形圖繪制，根據地形圖數據及實地測制的界線坐標形成最終的面積計算，并結合基礎地形圖制作界線圖、界樁分布圖，為各類范圍線的標界設樁提供基礎位置，部分成果如圖2所示。

圖2 小型水庫界線、界樁分布示意圖(內線表示管理范圍、外線表示保護范圍)

3 結 語

隨著我國各地水利管理與保護范圍線劃定工作的逐步開展，3S技術已成為水利劃界工作的主要技術方法和手段，結合GPS、GIS、RS技術可以快速獲取地面真實影像和高程模型，用于水利劃界的工作地圖和界樁點布設，GPS可提供界樁點的精確位置，應用GIS技術可對成果數據進行屬性編輯處理，還可開發(fā)數據庫管理系統(tǒng)。蘭溪市水利管理與保護范圍劃定項目中的應用表明，把3S技術應用于水利測繪劃界中，在為水利管理與保護范圍線劃定提供強大技術支持的同時，大大提高了工作效率和成果精度，高效地解決了水利管理與保護范圍劃線的問題，為更好地開展水利管理與保護范圍線劃定工作打下堅實基礎。