水利工程測(cè)量中3S技術(shù)的運(yùn)用

◎ 梁國(guó)　廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院

?

水利工程測(cè)量中3S技術(shù)的運(yùn)用

◎ 梁國(guó)廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院

摘要：本文首先對(duì)3S技術(shù)所指的內(nèi)容和自身的特點(diǎn)進(jìn)行概述，之后指出傳統(tǒng)河道水文測(cè)量方法的一些不足之處，最后再對(duì)3S技術(shù)在水利工程測(cè)量中的運(yùn)用分別進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：水利工程 測(cè)量 3S技術(shù)

1.引言

水利工程是國(guó)家十分重要的基礎(chǔ)設(shè)施，不僅影響到國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還會(huì)影響到公民日常生活的正常進(jìn)行，因此，對(duì)水利工程的測(cè)量和保護(hù)是一項(xiàng)十分重要的工作。然而傳統(tǒng)水利工程測(cè)量中使用的技術(shù)在保證測(cè)量的準(zhǔn)確性和及時(shí)性方面存在較大的問(wèn)題，對(duì)于維護(hù)水利工程的安全來(lái)講是不利的。3S技術(shù)出現(xiàn)后，因其自身的優(yōu)勢(shì)，逐漸被應(yīng)用于水利工程的測(cè)量中。

2.3S技術(shù)概述

2.1內(nèi)容

3S技術(shù)是RS（遙感技術(shù)），GPS（全球定位系統(tǒng)）和GIS（地理信息系統(tǒng)）的統(tǒng)稱(chēng)，它是一種融合多項(xiàng)學(xué)科和多種專(zhuān)業(yè)的現(xiàn)代化信息技術(shù)，主要被用于信息的收集，分析和處理；又因?yàn)槠淠軌颢@取測(cè)量對(duì)象和其周邊環(huán)境等空間信息，因此，還可以通過(guò)建立模型的方法對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行管理。

2.2特點(diǎn)

3S技術(shù)包括三種不同的技術(shù)，每種技術(shù)都有獨(dú)特的特點(diǎn)：

（1）遙感技術(shù)（RS）的特點(diǎn)：通過(guò)使用高空衛(wèi)星對(duì)測(cè)量的對(duì)象進(jìn)行探測(cè)，可以做到無(wú)接觸勘探，并將測(cè)量出來(lái)的信息進(jìn)行收集和分類(lèi)，以便于之后的分析和處理。因?yàn)槭褂玫氖歉呖招l(wèi)星，不必對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行實(shí)地接觸，因此，當(dāng)測(cè)量環(huán)境復(fù)雜時(shí)，就可以使用遙感技術(shù)，能夠降低測(cè)量難度，而且還可以代替人工測(cè)量，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度；

（2）全球定位系統(tǒng)（GPS）的特點(diǎn)：全球定位系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用需要依靠衛(wèi)星通信技術(shù)，因?yàn)槠涠ㄎ坏墓δ?，主要被?yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及軍事等方面。它可以在全球范圍內(nèi)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的定位，進(jìn)行速度測(cè)量以及為船舶，車(chē)輛等提供導(dǎo)航服務(wù)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全球定位系統(tǒng)能夠與其他技術(shù)相結(jié)合，提高定位系統(tǒng)工作的準(zhǔn)確度和精度。

（3）地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)的特點(diǎn)。地理信息系統(tǒng)需要遙感技術(shù)為其提供數(shù)據(jù)和信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行分析和處理。遙感技術(shù)將所收集到的圖像信息或數(shù)據(jù)信息傳遞給地理信息系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)利用相關(guān)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和一些軟件，對(duì)這些信息進(jìn)行編輯和分析，并建立出相對(duì)應(yīng)的三維空間模型，表示出測(cè)量對(duì)象的空間構(gòu)造。

3.傳統(tǒng)河道水文測(cè)量方法的不足

（1）強(qiáng)度大，耗費(fèi)多。為了對(duì)河道進(jìn)行治理和調(diào)度水量，在進(jìn)行河道水文測(cè)量時(shí)需要涉及到對(duì)水下泥表面和其相鄰地帶的物理特性的測(cè)量和描述。而在傳統(tǒng)河道水文測(cè)量方法中，需要使用經(jīng)緯儀，六分儀和水準(zhǔn)儀等測(cè)量工具，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，因?yàn)橐貜?fù)不斷的利用多種工具進(jìn)行測(cè)量，就會(huì)延長(zhǎng)測(cè)量的周期，長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量使測(cè)量人員承受著較高的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)人力和物力的消耗大，并且最終測(cè)量的結(jié)果也不一定準(zhǔn)確，會(huì)影響河流水文測(cè)量的效率和準(zhǔn)確度，不能夠滿足對(duì)河流進(jìn)行治理的要求，影響防洪減災(zāi)的效率。

圖1　3S技術(shù)中各部分之間的聯(lián)系

（2）需要掌握的資料多。進(jìn)行河道水文測(cè)量時(shí)，涉及到對(duì)水下地形的測(cè)量，容積和沖淤量的計(jì)算，除此之外，還要對(duì)往年河道變化情況的記錄，以及往年沖淤量變化的記錄等相關(guān)資料的收集，還要收集和分析河道平面的形態(tài)以及河道的縱剖面的變化。只有具備這些豐富的資料，進(jìn)行準(zhǔn)確全面的分析，才能夠?qū)λY源的有效管理，為泥沙的控制和防洪減災(zāi)，以及水資源的灌溉提供充足的數(shù)據(jù)支持。

（3）分析難度大，難以保證準(zhǔn)確度。傳統(tǒng)的河道水文測(cè)量方法必須在一定的條件下才能夠保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。舉例來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)會(huì)使用斷面法，而斷面法必須在保證斷面間距能夠準(zhǔn)確測(cè)定，斷面間水底地形和河床變化平穩(wěn)，或者變化有規(guī)律可言，而且沒(méi)有支流的情況下，才能夠使用。但是在實(shí)際工作中，河道地形復(fù)雜，難以把握河床的變化規(guī)律，這樣就使得河道測(cè)量分析的難度加大，不能保證測(cè)量出來(lái)的結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.3S技術(shù)在水利工程測(cè)量中的運(yùn)用

4.1對(duì)遙感技術(shù)的運(yùn)用

（1）通過(guò)遙感圖像獲取水文信息：在進(jìn)行水利工程的測(cè)量時(shí)使用遙感技術(shù)，能夠得到測(cè)量對(duì)象的遙感圖像，再利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和相關(guān)軟件，對(duì)得到的遙感圖像進(jìn)行校正和分類(lèi)，增強(qiáng)圖像的分辨率和地理位置對(duì)照的準(zhǔn)確度等。在完成對(duì)遙感圖像的一系列處理工作后，將圖像傳給地理分析系統(tǒng)進(jìn)行分析，能夠進(jìn)行體積，高線和沖淤量等的計(jì)算，獲取需要的水文信息；

（2）通過(guò)遙感影像進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：通過(guò)設(shè)置多臺(tái)傳感器，獲取測(cè)量區(qū)域在不同時(shí)段的遙感圖像，再利用遙感影像技術(shù)，把這些遙感圖像合成為遙感影像，從而能夠獲取測(cè)量區(qū)域在不同時(shí)段的變化情況，便于對(duì)水利工程進(jìn)行定期或不定期的調(diào)查和測(cè)量，及時(shí)準(zhǔn)確地反映出水利工程的實(shí)際情況，提高水利工程測(cè)量的準(zhǔn)確度。而且因?yàn)槟軌蜃龅綄?duì)水利工程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可以延長(zhǎng)對(duì)水利工程的監(jiān)測(cè)時(shí)間，在不同的季節(jié)和不同的天氣狀況下，都可以維持對(duì)水利工程的監(jiān)測(cè)，當(dāng)有異常情況發(fā)生時(shí)，可以做出及時(shí)的處理和解決措施的調(diào)整，并且因?yàn)槟軌虬巡煌瑫r(shí)段的水利工程數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，能夠進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的分析，這對(duì)于及時(shí)了解豐水期和枯水期水域的變化情況，對(duì)提出防洪減災(zāi)對(duì)策，以及規(guī)劃水資源的合理使用措施提供數(shù)據(jù)支持，提高水利工程管理的科學(xué)性和及時(shí)性；

（3）通過(guò)水深遙感分析沖淤變化：可見(jiàn)光在水體內(nèi)具有穿透性，水深遙感根據(jù)這一特點(diǎn)，安裝輻射計(jì)和攝影機(jī)，再利用衛(wèi)星等遙感技術(shù)平臺(tái)，能夠?qū)λ乱欢ㄉ疃葍?nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理。當(dāng)信息傳遞到計(jì)算機(jī)后，可以通過(guò)相關(guān)的處理軟件，將可見(jiàn)光透的水體厚度信息分離，能夠推測(cè)出水的深度。而且還可以通過(guò)對(duì)入水強(qiáng)度輻射和水深以及水體渾濁度之間的關(guān)系分析，以及對(duì)輻射強(qiáng)度的測(cè)定和處理，得到水深數(shù)據(jù)。水深遙感技術(shù)因?yàn)榭梢蕴綔y(cè)到水下，經(jīng)常被用于河床沖淤的研究，在進(jìn)行河床沖淤研究時(shí)，會(huì)出現(xiàn)難以得到部分?jǐn)?shù)據(jù)信息的現(xiàn)象，為了繼續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，不影響工作進(jìn)程，可以根據(jù)以往的遙感資料進(jìn)行謹(jǐn)慎的推測(cè)，完成對(duì)河床沖淤狀況的分析。

因?yàn)橛绊懰钸b感測(cè)量數(shù)據(jù)的因素有很多，為了保證河床沖淤狀況分析的準(zhǔn)確性，可以對(duì)不同時(shí)段的水深遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以降低誤差。同時(shí)，還可以將水深遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)水下地形圖數(shù)字化，并對(duì)水下河床沖淤狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。

4.2對(duì)地理信息系統(tǒng)技術(shù)的運(yùn)用

（1）提高沖淤分析的準(zhǔn)確度：地理信息系統(tǒng)技術(shù)能夠進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)分析，比如，能夠進(jìn)行水深距離的計(jì)算，水底某點(diǎn)的高程計(jì)算等，并且可以根據(jù)遙感或者全球定位系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，進(jìn)行模型的建立，因?yàn)橛心Ｐ涂梢?，就可以大大提高河床沖淤分析的準(zhǔn)確度；

（2）有利于科學(xué)的河道分析：地理信息系統(tǒng)能夠進(jìn)行不同圖形的繪制，以及相關(guān)模型的建立。因?yàn)槠淠軌驅(qū)?shù)據(jù)進(jìn)行不間斷地分析，就能夠?qū)λこ痰淖兓闆r進(jìn)行繪制和觀察，有利于找出河床的變化規(guī)律，有利于提高河道分析的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

4.3對(duì)全球定位系統(tǒng)技術(shù)的運(yùn)用

應(yīng)用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法（RTK）是對(duì)全球定位系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展和提高，能夠避免常規(guī)測(cè)量要求點(diǎn)間通視，精度不均勻，費(fèi)工費(fèi)時(shí)等問(wèn)題。因?yàn)镚PS靜態(tài)定位和相對(duì)定位之后還需要進(jìn)行后處理，而使用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法可以避免后處理的過(guò)程，還可以解決因后處理失誤而造成的水利工程測(cè)量失誤。通過(guò)應(yīng)用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法可以對(duì)水利工程狀況進(jìn)行及時(shí)和持續(xù)的分析，提高水利工程測(cè)量的質(zhì)量。

將3S技術(shù)應(yīng)用于水利工程測(cè)量中，對(duì)于提高測(cè)量準(zhǔn)確度，節(jié)省人力物力，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的水利工程維護(hù)，以及防洪減災(zāi)措施的制定具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］臺(tái)文彬.淺析水利工程測(cè)量中的3S技術(shù)［J］.《大科技》，2015（9）∶123-124.

［2］賈志軍.水利工程測(cè)量中3S技術(shù)的應(yīng)用分析［C］.//5月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會(huì)，2013∶213-214.

［3］李寧.3S測(cè)量技術(shù)用于水利工程測(cè)量的分析［J］.《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》，2015（32）∶238.