大比例尺数字测图技术在三峡工程中的应用

何 雯 欧阳骏 徐小芹 陈瑜彬

(1.湖北省第二测绘院,湖北武汉 430071;2.长江水利委员会水文局,湖北武汉 430010)

大比例尺数字测图技术在三峡工程中的应用

何 雯1欧阳骏2徐小芹1陈瑜彬2

(1.湖北省第二测绘院,湖北武汉 430071;2.长江水利委员会水文局,湖北武汉 430010)

随着科学技术的发展,新的测绘仪器及测图技术越来越多地应用到生产实践中,水利工程建设与运用中使用 3S技术及数字测图技术后,生产效率与成果质量大大提高。水利工程测量使用现代测图技术与 3S技术相结合,可使测量效率及准确率更高,同时也使后期加工处理更为方便迅捷。介绍了大比例尺数字测图技术在三峡工程建设、坝体变形观测及水库水资源调配等方面的应用情况。可为类似的工程设计及运用提供参考。

工程地质勘察;测绘仪器;测绘技术;3S技术;测图技术;三峡水利枢纽

1 数字测绘仪器

随着电子科技的高度发展,尤其是计算机技术的迅猛发展,现代测量仪器正向着自动化、数字化方向发展,信息化测绘仪——全站仪是电子经纬仪和测距仪的集成,不仅具有电子测角和电子测距的功能,而且还具有自动记录、存储和运算的能力,有很高的作业效率,使得大比例尺地面数字测图技术日趋成熟,成为目前主要的成图方法,从而促使地形图测绘走向自动化、数字化、信息化[1]。

目前,大面积的一级控制测量已开始使用 GPS全球定位系统。用于控制测量的静态 GPS接收机已实现天线、接收机和电源一体化,操作已实现了完全自动化。将全站仪和 GPS集成一体,就出现了“超站仪”。超站仪改变了工程测量以外的作业模式,可以实现控制测量、碎部测量和施工放样的一体化和无缝衔接作业。现代测量仪器的内部大都带有存储器,用于记录、存储工程测量数据,并可用通用的掌上计算机(PDA)实现数据记录、处理和实时传输一体化。

2 数字测图技术

现代数字测图技术正向着高科技和数字化方向发展,其中的“3S”技术是现代数字测图的代表。“3S”是全球卫星定位系统(GPS)、遥感(RS)和地理信息系统(GIS)的合称。GPS是美国研制的精密卫星导航定位系统,该系统可向全球所有用户全天候地提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息;RS是一种远距离、大面积几何形态、位置以及相关物理特性的传感手段;GIS是地球空间信息的集成表达、统计分析、管理的信息系统。前两者是当代最先进的能实时快速获取数据和信息的采集工具,后者是数据和地球空间信息处理、分析乃至决策的平台。利用当代多种先进的数据通信技术,实现数据从采集工具到分析管理决策平台之间的自动交换,就可形成一个从信息获取到信息处理、分析决策,再到最后实现反馈控制的自动控制综合平台。“3S”集成技术提供了对地球系统进行长期的立体的监测能力,为收集、处理和分析地球系统变化的数量数据提供了工具。在大型水利工程中,“3S”技术是最基本、最有效的数据和信息采集、分析处理、表达决策的工具,它贯穿自勘测、设计、质量监控、安全监控、竣工验收到运行监控管理的所有阶段[2,3]。

3 数字测图技术在三峡工程中的应用

现代测绘技术深入到了三峡水利枢纽建设的各个阶段,其应用主要体现在以下几个方面。

3.1 勘测规划设计阶段

在三峡水利枢纽规划设计中,勘测施工坐标框架即控制网的建立,已采用 GPS定位代替传统的三角测量,勘测阶段已完全采用全数字摄影测量技术和野外数字测图技术获得数字地形图。利用数字地形图可以实现三维虚拟现实,在三维可视化可量测景观上呈现多种工程设计方案,实现各种工程设计仿真,库区淹没面积的统计以及及时计算出相应的土石方工程量,做出该区域的环境评估,在较短时间内提出多种设计方案,使设计更加合理、科学,最终获得最佳设计方案。

3.2 施工建设阶段

三峡水利枢纽在施工建设和现场管理中,除大量采用全站仪进行施工放样、土石方验收,采用数字水准仪测定挖填深度、测量坡度以外,还采用三维近地激光影像扫描、GPS-RTK实时测图与工程放样、航空摄影和卫星摄影测量等方法进行实时的工程进度管理,并可辅以移动通信和网络通信等手段,实现远程实时监控。在山体开挖、隧道开凿等危险施工中,运用智能全站仪或 GPS与 GIS集成技术,可实现工程机械的自动化运行和工程安全及质量的监控。智能全站仪可以控制机械掘进(隧道)的位置和方向,GPS可以实时定出施工车辆的位置和姿态,可实现现场土方自动挖掘控制和工程量精密计算,从而实现开挖和掘进的自动化。

3.3 工程竣工验收阶段

大型水利工程项目竣工之后,需要进行竣工测绘,三峡工程也不例外。现代测绘技术能够快速地获取多种工程运行期间的测试文档、图表资料等信息,实现数字化管理,并作为工程验收评估和今后长期安全运行的原始依据。

3.4 在变形监测中的应用

在三峡水利枢纽工程竣工之后,需要对水库大坝、大型桥梁等进行连续的、精密的监测。现代测绘技术提供了连续、实时的安全运行监控手段。如采用 GPS、智能全站仪和数字垂线仪等技术,综合其他工业传感器,即可实现全自动、无人或少人值守的工程运行方式。比如,利用三维激光影像扫描仪,可以对监测对象(大坝、桥梁)进行全方位的监测,几秒钟内即可对整体几百万个扫描数据进行毫米级的分析,并可以随时准确了解观测对象的整体模型变形情况。

3.5 水库水资源调配

利用全数字摄影测量或数字测图技术建立数字地面模型(DTM),应用 GIS的分析决策功能,利用水下地形测量系统(实时动态 GPS和数字测控仪集成),结合 DTM,能够建立水库库容数字模型。在已知某一水位的条件下,就能及时求出其水库容量。此外,遥感技术的应用,能够较准确地提供某一地区的干旱情况。根据库容和旱情,即可以合理精确地实施水资源的调配。

4 结 语

随着经济全球化、全球信息化的加速发展,测绘技术的发展也是日新月异。与此同时,地理空间数据基于 Internet的网上数据分发、数据查询、电子商务等方面也将得到迅速发展。在科技飞速发展的今天,传统意义上的工程测量己发生了巨大的变革,新仪器、新技术的应用,使测量行业具有了更高的科技含量,同时对测绘人员综合素质的要求也越来越高[4]。因此,我们还需不断深入地研究其理论和方法,使之在广泛的实践中得到创新和完善,结合水利工程建设中的实际问题,为实施"数字水利"作出贡献。

[1]贺丽娟,曹振一.数字化测绘技术在工程测量中的应用[J].西北水电,2002,(2):28-31.

[2]王文革,田春华.数字化测图的现状与发展[J].中国新技术新产品,2009,(17):80.

[3]杨德麟.大比例尺数字测图的原理方法与应用[M].北京:清华大学出版社,2001.

[4]边 微,李西灿.数字化测图实践与认识[J].山东农业大学学报(自然科学版),2004,(3):386-390.

P623

A

1006-0081(2010)12-0037-02

2010-09-28

何 雯,女,湖北省第二测绘院,助理工程师.

(编辑:赵秋云)