探討水利工程測(cè)量中3S 測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

嚴(yán)傳勇

(惠州市華禹水利水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東 惠州 516000）

1.引言

在信息技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代，水利工程的前期施工測(cè)量都是靠人們親自進(jìn)行測(cè)量，由于水利施工現(xiàn)場(chǎng)一般水流湍急，一般無法進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，大多都只能通過初步判斷后，進(jìn)行粗略的施工，再進(jìn)一步的進(jìn)行測(cè)量，并再次施工，十分麻煩，且導(dǎo)致了大量的失敗的水利工程案例，隨著現(xiàn)代高科技和后人的不斷努力，方方面面運(yùn)用到了科技信息化技術(shù)，3S 測(cè)繪技術(shù)在現(xiàn)代水利工程中起到了重要的作用。

2.3S 技術(shù)介紹

3S 技術(shù)由GIS 技術(shù)、GPS 定位系統(tǒng)、RS 技術(shù)組成（如圖2），三者的結(jié)合很好地改善了水利工程測(cè)量的技術(shù)性弱點(diǎn)，且實(shí)現(xiàn)了空間中部分?jǐn)?shù)據(jù)的收集和處理，在世界很多工程中都使用。相比于以往的測(cè)繪技術(shù)相比，從人工成本和時(shí)間上都得到了大大的縮短，且不受一些惡劣環(huán)境和天氣因素，受到廣泛應(yīng)用。

圖1 3S技術(shù)的組成及聯(lián)系

2.1 地理信息系統(tǒng)簡介。地理信息系統(tǒng)簡稱GIS，顧名思義，其包含了地表上空間中的一些資料信息，下至一些森林江河分布信息，或者某一個(gè)地區(qū)的人口建筑分布，上到大氣云層流向變化等。地理信息系統(tǒng)將這些信息進(jìn)行收集儲(chǔ)存，并且經(jīng)過一系列操作將信息傳導(dǎo)到使用者的手中（如圖2）。

地理信息系統(tǒng)依靠計(jì)算機(jī)和基礎(chǔ)地理的支持，形成了以地理信息為主的學(xué)科，被廣泛應(yīng)用。而且，經(jīng)過經(jīng)計(jì)算機(jī)的演算技術(shù)，可以進(jìn)行一定范圍內(nèi)的科學(xué)性預(yù)測(cè)，現(xiàn)代的很多關(guān)于海平面沉降，冰山融化等都是通過地理信息技術(shù)預(yù)測(cè)的。而且通過計(jì)算機(jī)的顯示技術(shù)，將難以理解的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化成通俗易懂的圖像，從而能夠較為直觀的預(yù)測(cè)到水利工程的未來變化，改善水利工程施工的效率。

圖2 地理信息系統(tǒng)

2.2 遙感技術(shù)簡介。遙感技術(shù)簡稱RS 技術(shù)，在水利工程測(cè)量的3S技術(shù)中承擔(dān)信息數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用載體功能。遙感技術(shù)通過對(duì)數(shù)據(jù)信息的采集獲取處理應(yīng)用對(duì)相應(yīng)的物體進(jìn)行測(cè)量的。其主要原理是通過太陽或其他物體的電磁波對(duì)地表物體反射情況不同，而能夠獲取的不同物體的具體信息并通過計(jì)算機(jī)對(duì)信息分析處理（如圖3）。而相比與以往的工程測(cè)量需要按期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，遙感技術(shù)可以實(shí)時(shí)進(jìn)行分析監(jiān)控，并且具有監(jiān)測(cè)，預(yù)警等功能。為后期的水利工程測(cè)量和施工提供了充分且具體的數(shù)據(jù)。

圖3 遙感的工作過程

2.3 全球定位系統(tǒng)簡介。全球定位系統(tǒng)，簡稱GPS，是現(xiàn)代人們的生活最熟悉的應(yīng)用系統(tǒng)之一，也是3S 技術(shù)的最重要的部分之一。其原理是借助地球衛(wèi)星對(duì)某個(gè)位置上的一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行定位，并明確了其精準(zhǔn)的坐標(biāo)位置（如圖4）。在圍繞地球的24 顆衛(wèi)星中，通過不同的排布方式，而實(shí)現(xiàn)每個(gè)時(shí)刻都可以有四個(gè)以上的衛(wèi)星對(duì)地區(qū)進(jìn)行全覆蓋，并提供相應(yīng)的位置信息。地面也是由多個(gè)基站和一個(gè)總站組成，對(duì)衛(wèi)星傳回的位置和其他信息進(jìn)行處理分析，并且匯總到主站，生成一些具體的指令和信息，主站再通過總控制臺(tái)傳回衛(wèi)星，形成一個(gè)完整的信息鏈。

圖4 GPS工作原理公式

3.水利工程中3S 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 獲取水利工程中河流的水文信息。關(guān)于河流的相關(guān)信息，包括流速大小、水流量的快慢、隨著季節(jié)水量的變化，泥沙量的大小、以及汛期，結(jié)冰期等。在信息技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是需要人力進(jìn)行走訪勘測(cè)，對(duì)歷年的水文資料進(jìn)行翻閱研究，還要對(duì)勘測(cè)的數(shù)據(jù)與歷年的情況對(duì)比，避免出現(xiàn)較大的誤差。水對(duì)于水量的測(cè)算就更為復(fù)雜，需要乘船對(duì)河流的深度逐一地進(jìn)行測(cè)量，并且采用公式進(jìn)行水量的初步測(cè)算，而水量在每個(gè)季節(jié)都是不同的，這就需要在一年中進(jìn)行多次測(cè)算。所以，傳統(tǒng)的水利測(cè)量工作費(fèi)時(shí)，費(fèi)力，還存在著較大的誤差，這就導(dǎo)致了以前的水利工程進(jìn)展緩慢，無法按時(shí)交工的原因。所以，現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)步直接帶動(dòng)了整個(gè)水利工程行業(yè)的發(fā)展，具有里程碑式的意義。3S 技術(shù)作為現(xiàn)代水利工程中最為實(shí)用的現(xiàn)代科技技術(shù)，先是通過遙感技術(shù)，對(duì)水底的地形等信息進(jìn)行檢測(cè)分析，再通過以往此河道的相關(guān)信息，對(duì)此河流進(jìn)行模擬分析預(yù)測(cè)，來判斷旱澇、汛期等。

3.2 水流大小的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。受到外界因素的一些影響，使得水流流量、流速等一直在一個(gè)動(dòng)態(tài)的波動(dòng)的狀態(tài)，在沒有計(jì)算機(jī)的年代，這些變化和波動(dòng)根本不可能進(jìn)行詳細(xì)的記錄，并且進(jìn)行測(cè)算的也是具有較大誤差的。而通過3S 技術(shù)中的全球定位系統(tǒng)，可以將水流流量、流速的一些波動(dòng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)實(shí)時(shí)記錄，并且可以自動(dòng)對(duì)以往的水流情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)存在異常狀況會(huì)及時(shí)反饋給監(jiān)控人員，將一些自然災(zāi)害進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)并提前預(yù)警。并且經(jīng)過各種演算過程，將數(shù)據(jù)簡單化處理后流向其他方面進(jìn)行使用。此外，此技術(shù)還可以對(duì)全球的水資源，冰川情況進(jìn)行監(jiān)控與預(yù)測(cè)，做出了不少關(guān)于氣候變暖，冰川融化的科學(xué)性預(yù)測(cè)來警示人們。

4.3S 技術(shù)分別在水利測(cè)量中的具體應(yīng)用

4.1 地理信息系統(tǒng)應(yīng)用。通俗的講，水利工程是可以將河流的水資源進(jìn)行合理的利用，在進(jìn)行3S 技術(shù)水利工程測(cè)量中，在施工前期相關(guān)單位需要對(duì)河道進(jìn)行詳細(xì)的考察了解，并對(duì)以往的水文信息進(jìn)行查錄。首先，通過地理信息系統(tǒng)對(duì)該水域的現(xiàn)狀進(jìn)行采集分析，像一些水利工程施工的河流長度，河道的寬度，以及深度等一些數(shù)據(jù)。通過對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的進(jìn)行完善，為水利工程施工和后期的維護(hù)方面提供可靠的數(shù)據(jù)信息，相關(guān)技術(shù)人員還可以在對(duì)信息進(jìn)行分析后，提出一些水利工程的建設(shè)意見，將水利工程在后期抵御洪澇災(zāi)害方面起到關(guān)機(jī)鍵性的作用，并且能夠有一些真獨(dú)行的方案，減少災(zāi)害帶來的財(cái)產(chǎn)損失。

4.2 GPS 定位系統(tǒng)。在進(jìn)行水利工程施工時(shí)，首先是需要對(duì)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行精確定位檢測(cè)，并采用統(tǒng)一的計(jì)量單位進(jìn)行后期的計(jì)算，有利于計(jì)算進(jìn)行測(cè)量圖像的生成。3S 技術(shù)大大減少了在水利工程測(cè)量的誤差，全球定位系統(tǒng)可以精確到毫米級(jí)別，從而避免了因?yàn)檎`差而對(duì)工程項(xiàng)目產(chǎn)生不利影響。利用GPS 進(jìn)行定位后再利用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行水位的實(shí)時(shí)變化，獲取到較為準(zhǔn)確且實(shí)時(shí)水文信息，對(duì)推動(dòng)水利工程的建設(shè)具有積極地意義。

4.3 RS 技術(shù)應(yīng)用。在進(jìn)行3S 技術(shù)的應(yīng)用過程中，RS因其為基礎(chǔ)應(yīng)用而具有很高的利用價(jià)值。通過遙感技術(shù)對(duì)水利工程進(jìn)行區(qū)域圖形化監(jiān)控，并將實(shí)時(shí)的水位深度變化反饋給技術(shù)人員，為水利工程測(cè)量提供信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。該技術(shù)還可以將數(shù)據(jù)與圖像串聯(lián)，是技術(shù)人員能夠更直觀的監(jiān)測(cè)水位變化。通過對(duì)采集處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析，并且調(diào)用地理信息系統(tǒng)將信息進(jìn)行進(jìn)一步處理。此應(yīng)用可以對(duì)水源的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，并且也可以對(duì)災(zāi)情之后對(duì)水利工程的損傷情況進(jìn)行評(píng)估。

5.結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水利工程測(cè)量技術(shù)也在不斷的升級(jí)，而3S 技術(shù)應(yīng)用的高效簡潔性確保其在短時(shí)間內(nèi)很難被超越。而近些年來，隨著水利工程的建設(shè)規(guī)模的增長，使得在進(jìn)行3S 技術(shù)操作時(shí)也提出了更高的要求。水利工程對(duì)測(cè)量的精準(zhǔn)度也是具有很高的要求的。雖然3S 技術(shù)在水利工程測(cè)量的才剛剛起步，但已經(jīng)受到廣泛的使用。這也推動(dòng)了3S 技術(shù)的不斷革新。