測(cè)量技術(shù)在人畜飲水工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

趙飛燕， 趙興勤

(1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100； 2.長(zhǎng)安大學(xué)， 陜西 西安 710054；

3.陜西水利水電工程集團(tuán)公司， 陜西 渭南 714000)

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測(cè)量技術(shù)在人畜飲水工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

趙飛燕1，2， 趙興勤3

(1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100； 2.長(zhǎng)安大學(xué)， 陜西 西安 710054；

3.陜西水利水電工程集團(tuán)公司， 陜西 渭南 714000)

摘要：在人畜飲水工程的設(shè)計(jì)中，需要借助測(cè)量技術(shù)提供詳細(xì)的地形圖資料。通過介紹GPS-RTK測(cè)量技術(shù)和南方CASS8.0繪圖軟件，引用陜西省武功縣人畜飲水工程為例，以測(cè)區(qū)內(nèi)原有的掃描矢量化的圖為底圖，以新測(cè)量的數(shù)字化的圖為參照?qǐng)D， 說明測(cè)量技術(shù)在人畜飲水工程中的應(yīng)用及前景。

關(guān)鍵詞：人畜飲水； GPS-RTK； 數(shù)字化圖

0前言

國(guó)家和各級(jí)政府在"十五"期間投入大筆的資金有效地解決了人畜飲水問題[1]。在人畜飲水工程的前期設(shè)計(jì)中，需要參照整個(gè)測(cè)區(qū)的地形測(cè)量圖，來進(jìn)行自來水管線的布設(shè)、水壓大小的計(jì)算、水塔位置的選擇等水利方面的設(shè)計(jì)。目前測(cè)量地形圖最常用的手段是GPS-RTK測(cè)量技術(shù)，在WGS-84坐標(biāo)系下，首先用GPS接收機(jī)采集需要解決飲水區(qū)域的管線原始數(shù)據(jù)，然后借助計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行下載和整理后，導(dǎo)入到南方開思CASS8.0繪圖軟件中，繪制成管線圖，最后結(jié)合測(cè)區(qū)內(nèi)掃描矢量化的原有地形圖，進(jìn)行計(jì)算機(jī)的圖像處理，所得到的成果為設(shè)計(jì)者提供直觀的管線測(cè)量圖。

1GPS采集原始地形圖數(shù)據(jù)的方法

GPS定位原理是：通過GPS接收機(jī)鎖定空中的GPS衛(wèi)星來進(jìn)行解算地面點(diǎn)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，地面上的GPS測(cè)量?jī)x器之間不需要互相同視，因此根據(jù)測(cè)區(qū)范圍的大小，安排幾臺(tái)GPS接收機(jī)，開機(jī)鎖定空中的GPS衛(wèi)星后，直接進(jìn)行原始管線圖測(cè)量數(shù)據(jù)的采集。

GPS-RTK測(cè)量(實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測(cè)量)的作業(yè)方法為：在基準(zhǔn)站安置1臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并將基準(zhǔn)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備實(shí)時(shí)的發(fā)送給流動(dòng)站用戶站[2]?？紤]到RTK測(cè)量以上的特性[3]。因此需要在整個(gè)測(cè)區(qū)范圍之內(nèi)，地勢(shì)較高、上空開闊的地方架設(shè)GPS基準(zhǔn)站，以便基準(zhǔn)站把接收到的GPS衛(wèi)星信號(hào)通過電臺(tái)發(fā)送給工作的GPS流動(dòng)站，其原理如圖1所示。以中海達(dá)V8型號(hào)的GPS接收機(jī)為例，采集到的原始地形測(cè)量的數(shù)據(jù)如表1所示。從表1可以看出，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)包含的信息有：點(diǎn)號(hào)、采集日期、WGS-84坐標(biāo)系下的三維空間直角坐標(biāo)(X、Y、Z)及大地坐標(biāo)(L、B、H)。

2數(shù)字化繪圖

2.1繪圖軟件南方CASS8.0介紹

CASS8.0數(shù)字化地形地籍測(cè)量成圖系統(tǒng)是南方測(cè)繪儀器有限公司基于AutoCAD平臺(tái)技術(shù)開發(fā)的GIS前端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于地形測(cè)量、地籍測(cè)量等領(lǐng)域，具有全面面向GIS，徹底打通數(shù)字化成圖系統(tǒng)與GIS接口，是市場(chǎng)上比較流行的數(shù)字化地形測(cè)量成圖軟件。

2.2數(shù)字化繪圖

在GPS接收機(jī)完成采集整個(gè)測(cè)區(qū)的原始管線測(cè)量數(shù)據(jù)之后，將所采集的如表1中的原始測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行下載整理后，即得到文件名為*.dat的碎步測(cè)量文件，如圖2所示。

圖1　GPS-RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測(cè)量的原理

點(diǎn)號(hào)日期XYH4139532.20635527452.4091419.36zw192009-12-19|09:28:17緯度(B)經(jīng)度(L)橢球高(H)37:23:12.68126N105:18:37.13473E1368.03

圖2　GPS-RTK碎步測(cè)量整理后的數(shù)據(jù)

在圖2 所示的文件中，數(shù)據(jù)的格式是以點(diǎn)號(hào),Y,X,H的形式導(dǎo)入到南方測(cè)CASS8.0的繪圖軟件之中，在繪圖的過程中，把地物點(diǎn)的屬性標(biāo)注出來，經(jīng)過整理即可得到數(shù)字化的碎步測(cè)量圖。用以上的方法繪制的部分管線圖的截圖如圖3所示。

圖3　數(shù)字化繪制的管線圖

3應(yīng)用實(shí)例

3.1工程介紹

陜西省武功縣的地理位置位于東經(jīng)108°1′～108°19′，北緯34°12′～34°26′之間，處于關(guān)中平原西部地帶，南北寬18 km,，東西長(zhǎng)22 km，總面積392 km2，海拔高程411 m～603 m。全縣共有212個(gè)行政村，總?cè)丝?4萬多。其中農(nóng)業(yè)人口占全縣人口百分之70以上[4]，武功縣農(nóng)村人畜飲水的安全問題突出，為了響應(yīng)國(guó)家安全飲水政策的號(hào)召，需要解決全縣自來水的普及和到位問題[5]。在人畜飲水工程的前期設(shè)計(jì)中，測(cè)量技術(shù)手段是一項(xiàng)必不可少的工作。下面以陜西省武功縣河道鄉(xiāng)皇甫村的的人畜飲水工程為例，說明測(cè)量技術(shù)在人畜飲水工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

3.2外業(yè)數(shù)據(jù)采集及數(shù)字化成圖

在測(cè)量工作前期的勘察中，皇甫村周圍沒有國(guó)家等級(jí)控制點(diǎn)。為了測(cè)量地形圖，可以采用GPS-RTK技術(shù)，在WGS-84坐標(biāo)系下，直接采集地形點(diǎn)位的三維坐標(biāo)，不用和國(guó)家的等級(jí)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，減輕外業(yè)測(cè)量的工作量，提高效率。GPS-RTK測(cè)量技術(shù)也是最快速得到測(cè)區(qū)內(nèi)地形數(shù)據(jù)的手段[6]。具體的測(cè)量方法是：準(zhǔn)備(1+2)臺(tái)GPS接收機(jī)，包括1套基準(zhǔn)站，2套移動(dòng)站的GPS儀器設(shè)備，在測(cè)區(qū)范圍之內(nèi)，地勢(shì)較高、上空開闊的地方架設(shè)GPS基準(zhǔn)站，確?；鶞?zhǔn)站接收到的GPS衛(wèi)星信號(hào)通過電臺(tái)發(fā)送給工作的GPS流動(dòng)站，2臺(tái)GPS移動(dòng)站同時(shí)鎖定空中的GPS衛(wèi)星和接收基準(zhǔn)站的衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)過差分解算，實(shí)時(shí)的得到地面點(diǎn)的坐標(biāo)，移動(dòng)站可以逐步完成整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)地形點(diǎn)原始坐標(biāo)的采集。在采集碎步點(diǎn)的過程中，只考慮管線的布設(shè)路線，至于其他的地物要素，可以做相應(yīng)的忽略，這樣能減輕外業(yè)的工作量。

整個(gè)皇甫村的外業(yè)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，將如表1所示的數(shù)據(jù)下載整理后，導(dǎo)入南方開思CASS8.0繪圖軟件中，進(jìn)行內(nèi)業(yè)圖的編輯。得到如圖3所示的管線圖。這樣的管線圖，只包括了點(diǎn)位信息，地物要素信息比較簡(jiǎn)單，為了方便水利設(shè)計(jì)人員的參照，測(cè)量技術(shù)人員可以考慮將測(cè)區(qū)內(nèi)原有的地形圖，作為底圖附著在新測(cè)圖的下面，擴(kuò)充圖面的信息量。

3.3掃描矢量化的圖與地形測(cè)量圖的重疊

在人畜飲水工程的設(shè)計(jì)中，會(huì)參照當(dāng)?shù)卦械牡匦螆D的資料。由于早期的測(cè)量圖基本是紙質(zhì)資料，沒法和計(jì)算機(jī)技術(shù)數(shù)字化圖相配合進(jìn)行使用，因此對(duì)原有的紙質(zhì)的地形圖資料進(jìn)行掃描并且矢量化。對(duì)于武功縣皇甫村1998年所測(cè)量的地形圖資料掃描矢量化之后的結(jié)果見圖4。

圖4　武功縣皇甫村掃描矢量化的部分截圖

在掃描矢量化的圖上，可以很清楚的了解到測(cè)區(qū)內(nèi)的交通、植被、村莊的大小、村落的分布等詳細(xì)信息，但是可參照的高程點(diǎn)的個(gè)數(shù)太少，不方便做人畜飲水工程的設(shè)計(jì)。借助測(cè)量技術(shù)，在南方CASS8.0繪圖軟件中，可以將掃描矢量化的圖和地形測(cè)量圖兩種不同的圖重疊在一起，最終生成的AutoCAD效果圖，如圖5所示。新生成的圖，結(jié)合了兩種圖的特性，具有詳細(xì)的地物點(diǎn)坐標(biāo)信息，地物要素的特征信息，同時(shí)坐標(biāo)系統(tǒng)也被轉(zhuǎn)化過來，為下一步做水利工程的設(shè)計(jì)提供資料參照。

圖5　掃描矢量化的圖和地形測(cè)量圖重疊的效果

根據(jù)圖5的資料，水利設(shè)計(jì)人員可以清楚的在上面布設(shè)自來水管線、水塔等的位置和其他方面的參照。

3.4測(cè)量技術(shù)在人畜飲水工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用前景

測(cè)量技術(shù)包含外業(yè)數(shù)據(jù)的采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理，其中外業(yè)數(shù)據(jù)采集的方法有全站儀測(cè)量、GPS測(cè)量、航空攝影測(cè)量、無人飛機(jī)拍攝測(cè)量等，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的軟件和手段有平差易、南方CASS8.0繪圖、Excel表格計(jì)算、GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)處理軟件等。在人畜飲水工程設(shè)計(jì)中，經(jīng)常使用到GPS-RTK測(cè)量技術(shù)和南方CASS8.0繪圖軟件。除此之外，其他測(cè)量技術(shù)也有廣闊的應(yīng)用前景。

4結(jié)語

測(cè)量技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步發(fā)生著突飛猛進(jìn)的變化，在傳統(tǒng)測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，靈活運(yùn)用現(xiàn)代化的測(cè)量手段，并將兩種方法有機(jī)的結(jié)合起來，在人畜飲水工程的建設(shè)中，做好前期設(shè)計(jì)資料中測(cè)量資料的整理，來推進(jìn)國(guó)家人畜飲水工程的全面普及，提高全民的生活水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]李 貞，任創(chuàng)社.對(duì)人畜飲水工程建設(shè)的幾點(diǎn)建議[J].水利科技與經(jīng)濟(jì), 2007, 13(11):836-837.

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[3]尚鵬飛.GPS測(cè)量技術(shù)在渠道工程中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品, 2014, 5(10):10-10.

[4]趙秋利，蘇少林，周 偉.武功縣農(nóng)村飲用水水質(zhì)分析及安全保障對(duì)策[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 58(5):239-240.

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[6]艾斯克兒˙努兒.全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)在水里工程中的應(yīng)用[J].信息化, 2011,(2):30-31.

Application of Measurement Technology to the Project Design of

Drinking Water for Human and Animal

ZHAO Fei-yan1，2， ZHAO Xing-qin3

(1.Yangling Vocational and Technical College, Yangling, Shaanxi 712100, China；

2.Chang'an University, Xi'an, Shaanxi 710054, China；3. Shaanxi Water Resources and

Hydropower Engineering Group Co. Ltd.,Weinan, Shaanxi 714000, China)

Abstract:In the design of drinking water project for human and animal, detailed topographic map data provided by means of measuring technology is needed. Through the introduction of GPS-RTK measurement technology and south CASS8.0 drawing software, with the drinking water engineering in Wugong County of Shaanxi Province for an example, this paper takes original scan vector diagram as base map, and new digital map as reference map to illustrate the application prospects of measurement technology in drinking water engineering.

Key words:drinking water for human and animal；GPS-RTK; digital map

中圖分類號(hào)：S277

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-9131(2015)04-0038-04

作者簡(jiǎn)介：趙飛燕(1978-)，女，陜西富平人，講師，主要從事測(cè)繪工程方面的理論和實(shí)踐教學(xué)工作。