3S測(cè)量技術(shù)用于水利工程測(cè)量的分析

李寧

摘 要：文章首先對(duì)3S技術(shù)的概念與特征進(jìn)行概況，對(duì)河道水文測(cè)量傳統(tǒng)方法的不足之處進(jìn)行總結(jié)，對(duì)3S測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行分析，對(duì)GIS技術(shù)用于河道測(cè)量進(jìn)行研究，對(duì)RTK技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：3S測(cè)量技術(shù)；水利工程；測(cè)量；河道；沖淤

1 3S技術(shù)的概念與特征

1.1 3S技術(shù)的概念

3S技術(shù)指的是遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）的一種綜合性技術(shù)，是在集成多學(xué)科的基礎(chǔ)上，與空間信息有關(guān)的一種現(xiàn)代信息技術(shù)，包括對(duì)其采集、處理、表達(dá)、傳播等，還可以發(fā)揮空間實(shí)體定位的功能，不僅能夠宏觀地獲得所需要的任何空間信息，還可以對(duì)于特定位置空間信息進(jìn)行分析與處理。

1.2 3S技術(shù)的特征

1.2.1 遙感技術(shù)（RS）

遙感技術(shù)具體指的是衛(wèi)星遙感技術(shù)，不必直接接觸到目標(biāo)就可以對(duì)與其相關(guān)的空間信息進(jìn)行搜集，按照資料信息進(jìn)行識(shí)別與分類(lèi)。也就是可以實(shí)現(xiàn)在地球各個(gè)高度平臺(tái)上僅僅是對(duì)傳感器的應(yīng)用，即可對(duì)地形物反射的電磁波信息進(jìn)行收集，遙感技術(shù)就是針對(duì)這些電磁波進(jìn)行處理、判讀，以此發(fā)揮識(shí)別數(shù)據(jù)的作用，可以更好地用于各種科研工作。

1.2.2 地理信息系統(tǒng)（GIS）

地理信息系統(tǒng)是針對(duì)空間信息數(shù)據(jù)，在地理圖形的前提下，運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)空間信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、分析的一種綜合性技術(shù)系統(tǒng)。

1.2.3 全球定位系統(tǒng)（GPS）

全球定位系統(tǒng)是一種定位方法，不僅功能豐富、效率高，而且精度比較高，可以在地球上任意地點(diǎn)、任意客戶提供測(cè)速、定位等相關(guān)服務(wù)，從而對(duì)常規(guī)定位技術(shù)而言是一個(gè)比較大的技術(shù)飛躍，逐漸替代了普通光學(xué)、電子儀器。

2 河道水文測(cè)量傳統(tǒng)方法的不足之處

河道水文測(cè)量主要是為河道治理、水量調(diào)度等應(yīng)用提供技術(shù)支持，其中包括對(duì)水下泥表面及附近周邊地帶的物理特性進(jìn)行測(cè)量和描述的一種技術(shù)。以往對(duì)于河道水文進(jìn)行測(cè)量只能選擇六分儀、水準(zhǔn)儀等儀器設(shè)備測(cè)量，常規(guī)的測(cè)量方法一方面測(cè)量周期比較長(zhǎng)，精度不高；另一方面就是需要耗費(fèi)較大的勞動(dòng)強(qiáng)度，測(cè)量標(biāo)志的耗費(fèi)也超乎想象，隨著技術(shù)的發(fā)展，這種測(cè)量方法已經(jīng)被淘汰，無(wú)法滿足河道治理以及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的最新需求。對(duì)河道水下地形進(jìn)行測(cè)量，對(duì)沖淤量進(jìn)行計(jì)算，都屬于水文測(cè)量的重要內(nèi)容，我們需要及時(shí)準(zhǔn)確地掌握河道的最新變化，從而為水資源進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)度，以及泥沙管控、防洪減災(zāi)等工作提供正確的技術(shù)支持。河道主流改變與河勢(shì)改變有直接關(guān)系，一般包括河道平面形態(tài)改變、縱剖面改變等。河道沖淤分析是針對(duì)河道演變分析的一個(gè)重要內(nèi)容，工程中較多地使用斷面法，也就是通過(guò)對(duì)河道槽蓄量的改變對(duì)河道沖淤進(jìn)行判斷，這個(gè)方法必須以斷面間距可以準(zhǔn)確測(cè)量為基礎(chǔ)，斷面間水底地形與河床的變化不好判斷，沒(méi)有支流。實(shí)際地形變化比較繁瑣，河床參差不齊，因此這種方法也沒(méi)有辦法準(zhǔn)確地反映河道沖淤變化。

3 3S測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用

3.1 通過(guò)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(zhuān)題圖像，利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行校正、增強(qiáng)以及分類(lèi)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(duì)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(duì)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(guò)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(duì)遙感圖像進(jìn)行校正。數(shù)字高程模型建立之后，通過(guò)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)際上是針對(duì)同個(gè)地區(qū)采用不同時(shí)相的遙感圖像，從而得到該地區(qū)改變的遙感圖像。動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)目前已經(jīng)成為一個(gè)主要技術(shù)，多時(shí)相、多類(lèi)型的傳感器，持續(xù)不斷地對(duì)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(shí)、準(zhǔn)確地獲取各種情況。并且，以多時(shí)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(kāi)展提供技術(shù)支持。除此之外，通過(guò)數(shù)字遙感器完成了在時(shí)間維度的水域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，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

水深遙感是通過(guò)可見(jiàn)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(tái)，通過(guò)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(duì)可見(jiàn)光透的水體厚度信息進(jìn)行分離，從而獲取水深。通過(guò)入睡輻射強(qiáng)度和水深、水體渾濁度之間的關(guān)系，對(duì)輻射強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)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(kāi)始投入應(yīng)用，所以如果真有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)缺失，可以通過(guò)歷史階段遙感資料對(duì)水深進(jìn)行推測(cè)，從而完成沖淤分析的作用。除此之外，還考慮某一時(shí)相遙感資料精度不準(zhǔn)的問(wèn)題，實(shí)測(cè)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(gè)時(shí)相的遙感水深對(duì)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(gè)時(shí)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(gè)方法獲得的結(jié)果和實(shí)測(cè)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(duì)長(zhǎng)時(shí)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(duì)所測(cè)水域不同時(shí)間段與不同沖刷深度的沖淤分布進(jìn)行探測(cè)。

4 GIS技術(shù)用于河道測(cè)量

GIS是水文資料管理的一個(gè)重要手段，GIS中能夠發(fā)揮距離計(jì)算、曲率、周長(zhǎng)等方法，如有需要可以隨時(shí)使用，通過(guò)DEM模型能夠便捷地獲取某點(diǎn)的高程。河道演變分析針對(duì)的是沖淤分析。GIS通過(guò)DEM模型數(shù)據(jù)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地獲取兩沖淤檢測(cè)斷面之間產(chǎn)生的沖淤量，而且測(cè)量精度也有所提升。

河道斷面圖進(jìn)行繪制、某地沖淤過(guò)程的相關(guān)類(lèi)型圖等，也能直接在圖上提取數(shù)據(jù)信息，并且自動(dòng)繪制成圖。這些GIS功能針對(duì)河道演變的原因進(jìn)行分析，而且可以得出該河道演變的規(guī)律，這些才是GIS技術(shù)的重要表現(xiàn)。GIS技術(shù)在水下地形、沖淤變化分析方面和常規(guī)技術(shù)相比，更加科學(xué)合理，而且準(zhǔn)確度也更高。

5 RTK技術(shù)的運(yùn)用

GPS技術(shù)逐漸向更深層次發(fā)展的同時(shí)，應(yīng)用范圍也更為廣泛，一方面克服了普通測(cè)量要求點(diǎn)間通視、耗費(fèi)工時(shí)、精度低、外業(yè)無(wú)法實(shí)時(shí)測(cè)量等缺點(diǎn)；另一方面，防止因?yàn)镚PS靜態(tài)定位和快速靜態(tài)相對(duì)定位產(chǎn)生的后處理，而導(dǎo)致精度不合規(guī)造成返工等情況，RTK實(shí)時(shí)三維精度能夠達(dá)到厘米級(jí)，在一定程度上減少測(cè)量作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提升了作業(yè)效率。為水下地形測(cè)量和GIS數(shù)據(jù)的獲取提供技術(shù)支持。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，3S技術(shù)的應(yīng)用使得河道、水庫(kù)檢測(cè)管理、水文測(cè)量勘察等變得更加簡(jiǎn)便、精度高的同時(shí)，所需勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，為河道水文動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與管理打開(kāi)一扇嶄新的大門(mén)。

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