芻議測(cè)繪新技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

于景杰

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

目前水利工程測(cè)量使用較多的是:水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、平板儀和全站儀等儀器，或者使用航測(cè)儀器進(jìn)行航測(cè)成圖，其成果一般以圖件的形式提交和使用，存在著工作量大，外業(yè)辛苦，成圖周期長(zhǎng)，精度難以保證等各種問(wèn)題。隨著人類科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，各種新的技術(shù)在測(cè)繪工作中起著顯著的作用，這些測(cè)繪新技術(shù)不僅充實(shí)了水利工程測(cè)量科學(xué)理論，而且有很強(qiáng)的可操作性，大幅度地減少了測(cè)繪人員在野外的工作時(shí)間，節(jié)省了人、才、物，為水利工程建設(shè)提供了更好更快的服務(wù)。

1 采用新的測(cè)繪技術(shù)意義重大

測(cè)繪是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，加強(qiáng)測(cè)繪工作對(duì)于加強(qiáng)和改善宏觀調(diào)控、促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展、構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家等具有重要作用

測(cè)繪是準(zhǔn)確掌握國(guó)情國(guó)力、提高管理決策水平的重要手段。提供測(cè)繪公共服務(wù)是各級(jí)政府的重要職能。同時(shí)，測(cè)繪工作涉及國(guó)家秘密，地圖體現(xiàn)了國(guó)家主權(quán)和政治主張。全面提高測(cè)繪在國(guó)家安全戰(zhàn)略中的保障能力，確保涉密測(cè)繪成果安全，維護(hù)國(guó)家版圖尊嚴(yán)和地圖的嚴(yán)肅性，對(duì)于維護(hù)國(guó)家主權(quán)、安全和利益至關(guān)重要?，F(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)家科技水平的重要體現(xiàn)，地理信息產(chǎn)業(yè)正在成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。全面提高測(cè)繪保障服務(wù)水平，對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快發(fā)展具有積極的促進(jìn)作用。

改革開放以來(lái)，我國(guó)測(cè)繪事業(yè)取得長(zhǎng)足發(fā)展，測(cè)繪法律法規(guī)逐步完善，數(shù)字中國(guó)地理空間框架建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，測(cè)繪科技水平不斷提高，地理信息產(chǎn)業(yè)正在興起，測(cè)繪保障作用明顯增強(qiáng)。但是，在測(cè)繪事業(yè)發(fā)展中還存在著基礎(chǔ)地理信息資源短缺、公共服務(wù)水平較低、成果開發(fā)利用不足和統(tǒng)一監(jiān)

管薄弱等問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面進(jìn)步，各方面對(duì)測(cè)繪的需求不斷增長(zhǎng)，測(cè)繪滯后于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求的矛盾日益突出。

要想早日實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)“一張圖、一個(gè)網(wǎng)、一個(gè)平臺(tái)”，發(fā)揮測(cè)繪高新技術(shù)勢(shì)在必行。

2 測(cè)繪新技術(shù)的應(yīng)用

隨著測(cè)繪技術(shù)的高速發(fā)展，形成了兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì):①在控制測(cè)量、地形測(cè)量、施工測(cè)量、竣工測(cè)量和變形監(jiān)測(cè)等5個(gè)部分中不斷出現(xiàn)新儀器、新方法和新手段;②工程測(cè)量的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，出現(xiàn)了工業(yè)測(cè)量和地下管線探測(cè)等新的領(lǐng)域，還將測(cè)量新技術(shù)應(yīng)用到了建筑測(cè)繪中。下面從空間技術(shù)和信息技術(shù)兩方面探討新技術(shù)在測(cè)繪活動(dòng)中的顯著作用:

2.1 空間技術(shù)

2.1.1 GPS全球定位系統(tǒng)

目前有兩套運(yùn)行的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，一個(gè)是美國(guó)的GPS，是美國(guó)國(guó)防部在20世紀(jì)70年代初開始研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng);另一個(gè)是俄羅斯的GLONASS。GPS已占領(lǐng)了大部分市場(chǎng)，被廣泛應(yīng)用，在空間定位技術(shù)方面引起了革命性的變化。隨著差分GPS技術(shù)的發(fā)展，用GPS測(cè)定三維坐標(biāo)的技術(shù)方法將測(cè)繪定位技術(shù)從靜態(tài)擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)，從事后處理擴(kuò)展到實(shí)時(shí)(或準(zhǔn)實(shí)時(shí))定位與導(dǎo)航，絕對(duì)和相對(duì)精度擴(kuò)展到米級(jí)、厘米級(jí)乃至亞毫米級(jí)。基礎(chǔ)定位將由差分GPS、主動(dòng)式控制系統(tǒng)、實(shí)時(shí)GPS甚至在不久的將來(lái)以手表式GPS代替?zhèn)鹘y(tǒng)的儀器服務(wù)。傳統(tǒng)大地測(cè)量網(wǎng)正被日益擺脫，利用基于GPS主動(dòng)式控制系統(tǒng)建立國(guó)家空間基準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施成為發(fā)展趨勢(shì)，GPS還與多波束測(cè)深系統(tǒng)結(jié)合形成海底地形地貌測(cè)繪新技術(shù)手段。衛(wèi)星定位系統(tǒng)拓展了傳統(tǒng)大地測(cè)量的服務(wù)領(lǐng)域，為地球動(dòng)力學(xué)和智能交通系統(tǒng)等方面提供了有效的技術(shù)支撐。

2.1.2 RS遙感技術(shù)

隨著空間技術(shù)飛速發(fā)展，遙感衛(wèi)星的分辨率有了很大的提高。遙感信息的應(yīng)用已從單一遙感資料向多時(shí)相、多數(shù)據(jù)源融合，從靜態(tài)分析向動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)展，如土地利用、土地覆蓋、能源需求和潛力、災(zāi)難應(yīng)急反應(yīng)等。高分辨率衛(wèi)星遙感成為除航空攝影外的又一重要測(cè)繪信息源，對(duì)測(cè)繪產(chǎn)品形式改變和地圖更新有著極大的促進(jìn)作用。

2.2 信息技術(shù)

計(jì)算機(jī)技術(shù)，是信息技術(shù)的核心，計(jì)算機(jī)技術(shù)使得測(cè)繪技術(shù)向數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)也成為測(cè)繪工作的重要技術(shù)手段，改變著傳統(tǒng)測(cè)繪方式，如電子經(jīng)緯儀、地圖自動(dòng)設(shè)計(jì)和電子制圖及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)等等。

2.2.1 全自動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)

全自動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)是指在攝影測(cè)量中，采用GPS輔助空中三角測(cè)量、多片影像匹配轉(zhuǎn)點(diǎn)、自檢校光束平差和自動(dòng)粗差探測(cè)技術(shù)，從數(shù)字影像自動(dòng)重建空間三維表面，自動(dòng)生成數(shù)字模型和影像的正射糾正，自動(dòng)生成帶等高線的影像圖和三維透視景觀影像，全自動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)的意義在于，極大地縮短了航測(cè)成圖周期，減少或免除既費(fèi)時(shí)又辛苦的航測(cè)外業(yè)工作，提高航測(cè)作業(yè)功效，充分滿足用圖的現(xiàn)時(shí)性。

2.2.2 GIS地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)，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)。隨著JAVA、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的發(fā)展，目前地理信息系統(tǒng)從二維向多維動(dòng)態(tài)發(fā)展，由單臺(tái)套向網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，由簡(jiǎn)單向面向?qū)ο蟮氖笘乓惑w化復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)展。作為空間數(shù)據(jù)管理重要手段的地理信息系統(tǒng)技術(shù)是建立基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)技術(shù)的關(guān)鍵，成為數(shù)字化測(cè)繪產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)依據(jù)，貫穿在空間信息數(shù)據(jù)獲取、處理和管理的全過(guò)程。

2.2.3 “三S”技術(shù)集成

GPS全球定位系統(tǒng)、RS遙感技術(shù)和GIS地理信息系統(tǒng)的集成，即“三S”技術(shù)集成。GPS主要用于實(shí)時(shí)、快速地提供目標(biāo)的空間位置;RS用于實(shí)時(shí)快速地提供大面積地表物體及其環(huán)境的幾何與物理信息及各種變化;GIS為對(duì)多種來(lái)源的時(shí)空數(shù)據(jù)的綜合處理分析和應(yīng)用的平臺(tái)?！叭齋”技術(shù)集成帶來(lái)了地球表面的時(shí)空模型，它不僅提供地面物體及其環(huán)境的幾何信息，而且給出了空間位置，并通過(guò)應(yīng)用平臺(tái)對(duì)模型進(jìn)行綜合處理和分析，滿足應(yīng)用者的各種要求。

3 測(cè)繪新技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

3.1 GPS在水利工程中的應(yīng)用

水利工程一般選址于深山溝壑之中，對(duì)測(cè)量來(lái)說(shuō)，地形復(fù)雜，地表植被覆蓋較多，通視條件較差，國(guó)家控制點(diǎn)稀少，光學(xué)儀器控制測(cè)量難度較大，利用GPS就能較好地解決這些問(wèn)題，因?yàn)镚PS接收機(jī)不受地形條件、氣候、時(shí)間的限制和影響，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地完成控制測(cè)量和其它定位工作，能大幅度減少或者免做像控點(diǎn)，減少測(cè)繪工作量，提高效率。

水利施工測(cè)量的根本任務(wù)是點(diǎn)位的測(cè)設(shè)，其基本工作是已知長(zhǎng)度、角、高程的測(cè)設(shè)，施工測(cè)量對(duì)地形圖精度和放樣的精度要求較高。因此大中型水利工程都要在施工區(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)行由整體到局部的施工放樣，使用GPS可以大量減少施工控制網(wǎng)中的中間過(guò)渡控制點(diǎn)。

在測(cè)設(shè)水工建筑物中，如果使用已包含有設(shè)計(jì)建筑物的數(shù)字地圖，配合全站儀，測(cè)設(shè)某一點(diǎn)時(shí)只需用鼠標(biāo)點(diǎn)定數(shù)字地圖上的設(shè)計(jì)點(diǎn)就能得到該點(diǎn)的三維坐標(biāo)，然后根據(jù)全站儀上的坐標(biāo)顯示，指揮棱鏡移動(dòng)直至坐標(biāo)顯示與設(shè)計(jì)點(diǎn)一致，就完成了該點(diǎn)的放樣。從這一過(guò)程不難看出，應(yīng)用數(shù)字地圖施工放樣，省去了從圖紙上量取測(cè)設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)等數(shù)值的過(guò)程既減少了工作量，又避免了產(chǎn)生人為誤差。在操作中，數(shù)字地圖自動(dòng)完成測(cè)設(shè)點(diǎn)數(shù)值的運(yùn)算提取，由計(jì)算機(jī)控制全站儀等儀器，自動(dòng)完成放樣工作。這樣的工作方式，具有快速準(zhǔn)確和避免人為誤差影響，提高放樣精度和效率等特點(diǎn)。

傳統(tǒng)的水庫(kù)庫(kù)容計(jì)算一般采用手工計(jì)算，主要缺點(diǎn)是工作量大，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，精度差。而采用數(shù)字地圖，由于數(shù)字地圖可加大采集點(diǎn)的密度，能提高圖上面積計(jì)算的精度，同時(shí)還可插繪等高線，增加計(jì)算機(jī)庫(kù)容的層次，提高容積計(jì)算精度.較手工計(jì)算，只需要極少的時(shí)間就能計(jì)算出高精度的水庫(kù)容量，供水庫(kù)實(shí)時(shí)運(yùn)行管理使用，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)的自動(dòng)化管理。在大壩的變形監(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，用經(jīng)緯儀必須保證基準(zhǔn)點(diǎn)和國(guó)家控制點(diǎn)及觀測(cè)點(diǎn)的通視，而GPS不需要點(diǎn)之間的通視條件，故避免了地形條件的影響，顯得布點(diǎn)靈活方便。另一方面，GPS不受氣候和時(shí)間的限制，可以隨時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，在遇到突發(fā)事件(如自然災(zāi)害)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。再者GPS的高精度定位，完全滿足大壩監(jiān)測(cè)精度要求。觀測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理直接給出大壩水平位移和垂直位移等數(shù)值，從而便于分析，及時(shí)處理。

3.2 RS技術(shù)在水利工程勘測(cè)中的應(yīng)用

利用遙感像片已成為編制和訂正小比例尺地形圖、像片圖和專用圖的重要手段，可直接進(jìn)行水利工程的流域規(guī)劃，根據(jù)象片判讀進(jìn)一步研究流域的地形特點(diǎn)、地質(zhì)構(gòu)造，以選擇合適的壩址，確定水庫(kù)淹沒(méi)、浸潤(rùn)和坍塌范圍，以及庫(kù)區(qū)搬遷、淹沒(méi)損失和經(jīng)濟(jì)賠償?shù)?，即便在無(wú)人煙的地放，遙感像片也能提供信息。由此可見(jiàn)，利用遙術(shù)可明顯減少野外工作量，提高成圖速度，縮短成圖時(shí)間。

3.3 GIS技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

在大型的水利水電工程建設(shè)方面，遙感技術(shù)可以快速、經(jīng)濟(jì)和客觀地為大型水利水電工程選址提供所需要的地理、地質(zhì)、環(huán)境以及人文等各類信息，從而提高工作的效率和質(zhì)量。GIS是水利水電工程選址、規(guī)劃乃至設(shè)計(jì)、施工管理中十分重要的分析工具，例如移民安置地環(huán)境容量調(diào)查、調(diào)水工程選線及環(huán)境影響評(píng)價(jià)、梯級(jí)開發(fā)的淹沒(méi)調(diào)查、水庫(kù)高水位運(yùn)行的淹沒(méi)調(diào)查、大中型水利工程的環(huán)境影響評(píng)價(jià)、防洪規(guī)劃、大型水利水電工程抗震安全、河道管理、大型水利水電工程物料貯運(yùn)管理、蓄滯洪區(qū)規(guī)劃與建設(shè)等等。

水管部門通過(guò)利用GIS來(lái)繪制流域水系分布并把他們鏈接為數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)把每個(gè)元素，包括水庫(kù)，管線節(jié)點(diǎn)以及系統(tǒng)附屬物等定義。遙感是最重要的水資源監(jiān)測(cè)手段之一，GIS則是重要的管理平臺(tái)。通過(guò)遙感手段采集水資源數(shù)據(jù)，GIS技術(shù)進(jìn)行分析可以監(jiān)測(cè)水資源的污染程度。例如利用TM圖像確定水生物(藻類)、赤潮的范圍等。另外利用衛(wèi)星遙感信息監(jiān)測(cè)河口、河道、湖泊和水庫(kù)泥沙淤積，可預(yù)測(cè)河道變化、河道發(fā)展趨勢(shì)。

3.4 “三S”技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

RS遙感技術(shù)、GPS技術(shù)與GIS的結(jié)合使測(cè)繪功能更加強(qiáng)大。通過(guò)衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)流域內(nèi)情況，結(jié)合GIS數(shù)據(jù)庫(kù)形成實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)可以通過(guò)歷史資料和有效的數(shù)字模型對(duì)區(qū)域內(nèi)水資源數(shù)量、質(zhì)量、供需預(yù)測(cè)分析、水土保持等方面進(jìn)行及時(shí)的地質(zhì)山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和推測(cè)。

“三S”技術(shù)集成為水資源普查、流域規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)水資源普查、流域規(guī)劃是水利建設(shè)的前提，它不僅提供流域地表及其環(huán)境的幾何信息，而且能給出空間位置，根據(jù)需要建立水利建設(shè)地理信息系統(tǒng)，對(duì)水利建設(shè)所需的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的輸入、分析和處理，從而得到當(dāng)?shù)厮Y源的詳盡資料。在此基礎(chǔ)上建設(shè)者和決策者可進(jìn)行較為科學(xué)的、更具有指導(dǎo)意義的流域規(guī)劃。

4 結(jié)語(yǔ)

測(cè)繪新技術(shù)得到越來(lái)越多地應(yīng)用，為水利工程帶來(lái)了高效、節(jié)省、精準(zhǔn)的服務(wù)。因地制宜，在水利工程建設(shè)和管理工作中，如何更好地發(fā)揮新技術(shù)的作用，是每個(gè)測(cè)繪工作者努力的方向。

［1］ 饒碧玉，彭爾瑞.測(cè)繪新技術(shù)在水利工程建設(shè)和管理中的應(yīng)用初探［J］.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，14(2):233－237.

［2］ 國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)測(cè)繪工作的意見(jiàn)［EB/OL］.(2007－09－29).http//news.qq.com.

［3］ 徐德明.抓住新機(jī)遇，鞏固好勢(shì)頭［R］.北京:國(guó)家測(cè)繪局，2010.

［4］ 秦珂.淺析現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)［J］.山西建筑，2008，34 (23):358－359.