師維娟，劉 勤

(1.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院測(cè)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(jì)院，四川 都江堰，611830)

淺談測(cè)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(cè)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(jì)院，四川 都江堰，611830)

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

測(cè)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(xiàng)目的大小，都離不開測(cè)繪技術(shù)。測(cè)量在工程項(xiàng)目建設(shè)各階段起著重要的作用。在工程規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，測(cè)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(cè)和水文測(cè)量的數(shù)據(jù)；在工程建設(shè)施工階段，通過測(cè)量把平面圖紙上的設(shè)計(jì)變?yōu)閷?shí)地建設(shè)的依據(jù)；在工程運(yùn)營管理階段，通過測(cè)量工程建筑物的運(yùn)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(cè)繪成果的精度和速度直接影響水利工程建設(shè)的實(shí)施。

傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)具有外業(yè)辛苦、測(cè)繪工作量大、成圖精度低、成圖時(shí)間較長等缺陷。隨著計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步、測(cè)繪儀器的智能化，致使數(shù)字化測(cè)繪先進(jìn)技術(shù)不斷發(fā)展。測(cè)繪新技術(shù)不僅有效地提升了測(cè)繪質(zhì)量與測(cè)繪進(jìn)度，而且降低了測(cè)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(cè)繪技術(shù)的新發(fā)展和應(yīng)用。

2 測(cè)繪新技術(shù)的發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步、測(cè)繪儀器的不斷智能化，測(cè)繪技術(shù)也由傳統(tǒng)測(cè)繪、數(shù)字化測(cè)繪體系向著信息化和智能化方向發(fā)展?！?S”技術(shù)、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)、三維激光掃描測(cè)量技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，使測(cè)量數(shù)據(jù)采集和處理逐漸自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化和數(shù)字化。

2.1 “3S”技術(shù)

“3S”技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)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(jìn)行空間點(diǎn)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(diǎn)，被廣泛用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、地形測(cè)量及軍事的導(dǎo)航、定位上。該技術(shù)將測(cè)繪定位技術(shù)從靜態(tài)擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)，從后處理擴(kuò)展到實(shí)時(shí)定位與導(dǎo)航，絕對(duì)和相對(duì)精度擴(kuò)展到厘米級(jí)甚至亞毫米級(jí)?；A(chǔ)定位由差分GPS、主動(dòng)式控制系統(tǒng)向?qū)崟r(shí)GPS發(fā)展。RTK測(cè)量技術(shù)是以載波相位觀測(cè)為根據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)，它不僅具有GPS測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有觀測(cè)時(shí)間短、能實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)實(shí)時(shí)解算的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)或其他飛行器上收集地物或目標(biāo)的電磁波信息，進(jìn)行收集、提取、處理，并最后成像，對(duì)地面各種地物進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別的一種綜合性科學(xué)技術(shù)，主要用來對(duì)地球上大范圍自然環(huán)境變化進(jìn)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(jì)算機(jī)硬件、軟件系統(tǒng)的支持下，對(duì)整個(gè)或者部分地球表層空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(gè)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(dá)決策的工具。

2.2 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)

數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量是基于數(shù)字影像與攝影測(cè)量的基本原理，對(duì)影像信息獲取、處理、提取和成果表達(dá)的信息科學(xué)技術(shù)，主要任務(wù)是用于測(cè)繪各種比例尺的地形圖。目前，通過在空中利用數(shù)字?jǐn)z影機(jī)所獲得的數(shù)字影像，內(nèi)業(yè)使用專門的航測(cè)軟件處理。運(yùn)用這種方法可以將許多外業(yè)測(cè)量工作轉(zhuǎn)移至室內(nèi)來完成。它具有許多的優(yōu)點(diǎn)，如成圖的時(shí)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(jī)航拍技術(shù)的成熟，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)將廣泛地應(yīng)用于大比例尺地形圖測(cè)繪。

2.3 三維激光掃描測(cè)量技術(shù)

三維激光掃描測(cè)量技術(shù)，是通過高速激光掃描測(cè)量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，為快速建立被測(cè)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(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、主動(dòng)性，高密度、高精度，數(shù)字化、自動(dòng)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(xiǎn)目標(biāo)、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(cè)量技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 測(cè)繪新技術(shù)在水利工程中的具體應(yīng)用

3.1 控制測(cè)量

水利工程大多建設(shè)在困難偏遠(yuǎn)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(diǎn)又少，利用傳統(tǒng)測(cè)繪儀器進(jìn)行控制測(cè)量難度較大。GPS能較好地解決這些問題，由于GPS信號(hào)接收機(jī)測(cè)量不再受到地形地勢(shì)等條件的影響，通過控制測(cè)量的觀測(cè)方法和布局類型，大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量中的傳算點(diǎn)和過度點(diǎn)的測(cè)量工作，使控制選點(diǎn)變得較為靈活。并且控制測(cè)量可以不受時(shí)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(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)得更為明顯。應(yīng)用GPS高精度的特點(diǎn)，測(cè)量工作可以大量節(jié)省人力資源，減小工作時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了工作效率。

3.2 勘測(cè)地形圖

數(shù)據(jù)庫由規(guī)劃目標(biāo)與完成情況兩部分構(gòu)成。其中，規(guī)劃目標(biāo)來源于全國各省五年規(guī)劃綱要。規(guī)劃綱要中皆會(huì)回顧過去五年指標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況，并對(duì)未來五年的指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行制定。

當(dāng)前水利工程中，地形圖測(cè)繪主要還是常規(guī)數(shù)字化測(cè)量。利用全站儀在野外進(jìn)行地形地物點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，然后內(nèi)業(yè)成圖，比起傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)，測(cè)繪工作省略了讀數(shù)、計(jì)算、展點(diǎn)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(cè)往往具有時(shí)間緊、任務(wù)重、范圍廣、通視差的工作特點(diǎn)，同時(shí)也影響了全站儀數(shù)字化測(cè)圖的應(yīng)用。

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

對(duì)于小面積地區(qū)地形測(cè)量，當(dāng)前常規(guī)測(cè)量占有優(yōu)勢(shì)。但對(duì)于大面積水利工程建設(shè)地形測(cè)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(cè)量技術(shù)能發(fā)揮它的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。由無人機(jī)拍照水電站區(qū)域的航空攝像片，通過數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)，繪制地形圖。在數(shù)字地形圖測(cè)繪完后，及時(shí)進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪。這種測(cè)繪模式可減少大量野外工作，提高勞動(dòng)效率，減少勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)可以將大量的外業(yè)測(cè)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(cè)量對(duì)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(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)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(diǎn)。在水工建筑物點(diǎn)位測(cè)設(shè)時(shí)，可在數(shù)字地形圖上直接得到設(shè)計(jì)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，然后將三維坐標(biāo)輸人全站儀，配合棱鏡移動(dòng)，就可完成該點(diǎn)的放樣；或者直接利用移動(dòng)動(dòng)態(tài)GPS進(jìn)行實(shí)時(shí)放樣，既省去了從圖紙上量取測(cè)設(shè)點(diǎn)坐標(biāo)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(cè)

在大壩變形監(jiān)測(cè)中，用GPS代替經(jīng)緯儀，對(duì)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的選點(diǎn)條件大為改善。GPS不受地形條件復(fù)雜的影響，各測(cè)站點(diǎn)之間無需通視，布點(diǎn)靈活方便;不受氣候和時(shí)間的限制，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；GPS的高精度定位，能完全滿足大壩監(jiān)測(cè)精度要求。實(shí)際操作中，可用1臺(tái)GPS接收機(jī)，多天線布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)技術(shù)完成大壩安全監(jiān)測(cè)；也可用GPS連續(xù)運(yùn)行參考站，對(duì)大壩工程建設(shè)進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效、長期的變形監(jiān)測(cè)。

除此之外，當(dāng)前一些新的測(cè)繪儀器，如三維激光掃描儀、測(cè)量機(jī)器人等也可以進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集。用測(cè)量機(jī)器人可固定的測(cè)站上架設(shè)儀器，由遠(yuǎn)程在線監(jiān)控管理，自動(dòng)完成大壩觀測(cè)點(diǎn)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(jìn)行大壩的變形監(jiān)測(cè)，可克服GPS及測(cè)量機(jī)器人的點(diǎn)少、不能全覆蓋的缺點(diǎn)，能高效快速得到高密度高精度的觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行復(fù)制式的大壩變形監(jiān)測(cè)。這些新技術(shù)的使用，將實(shí)現(xiàn)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取的自動(dòng)化、變形監(jiān)測(cè)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(shí)處理，保證大壩安全運(yùn)營。

3.5 工程規(guī)劃設(shè)計(jì)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(huì)經(jīng)濟(jì)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(shí)時(shí)的地形、地質(zhì)信息疊加并輸入到GIS中，進(jìn)行可視化的規(guī)劃設(shè)計(jì)、管理、監(jiān)測(cè)。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(jìn)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(jì)、管理提供形象、直觀、詳實(shí)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(cè)區(qū)地形、地貌等空間數(shù)據(jù)，由GIS進(jìn)行水電站測(cè)區(qū)的空間分析、預(yù)測(cè)、決策，完成水電站工程規(guī)劃設(shè)計(jì)及管理工作。

4 結(jié)語

伴隨著測(cè)繪新技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代工程測(cè)量正朝著測(cè)量內(nèi)外作業(yè)一體化、數(shù)據(jù)獲取及處理自動(dòng)化、測(cè)量過程控制和系統(tǒng)行為智能化、測(cè)量成果和產(chǎn)品數(shù)字化、測(cè)量信息管理可視化、信息共享和傳播網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)發(fā)展?，F(xiàn)代測(cè)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(jìn)的測(cè)繪儀器、測(cè)繪技術(shù)和測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量技術(shù)及測(cè)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(cè)量教學(xué)工作。