刍议测绘新技术在水利工程中的应用

2010-08-15于景杰

黑龙江水利科技 2010年1期

于景杰

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

目前水利工程测量使用较多的是:水准仪、经纬仪、平板仪和全站仪等仪器，或者使用航测仪器进行航测成图，其成果一般以图件的形式提交和使用，存在着工作量大，外业辛苦，成图周期长，精度难以保证等各种问题。随着人类科学技术的不断发展和进步，各种新的技术在测绘工作中起着显著的作用，这些测绘新技术不仅充实了水利工程测量科学理论，而且有很强的可操作性，大幅度地减少了测绘人员在野外的工作时间，节省了人、才、物，为水利工程建设提供了更好更快的服务。

1 采用新的测绘技术意义重大

测绘是经济社会发展和国防建设的一项基础性工作，加强测绘工作对于加强和改善宏观调控、促进区域协调发展、构建资源节约型和环境友好型社会、建设创新型国家等具有重要作用

测绘是准确掌握国情国力、提高管理决策水平的重要手段。提供测绘公共服务是各级政府的重要职能。同时，测绘工作涉及国家秘密，地图体现了国家主权和政治主张。全面提高测绘在国家安全战略中的保障能力，确保涉密测绘成果安全，维护国家版图尊严和地图的严肃性，对于维护国家主权、安全和利益至关重要。现代测绘技术已经成为国家科技水平的重要体现，地理信息产业正在成为新的经济增长点。全面提高测绘保障服务水平，对于经济社会又好又快发展具有积极的促进作用。

改革开放以来，我国测绘事业取得长足发展，测绘法律法规逐步完善，数字中国地理空间框架建设稳步推进，测绘科技水平不断提高，地理信息产业正在兴起，测绘保障作用明显增强。但是，在测绘事业发展中还存在着基础地理信息资源短缺、公共服务水平较低、成果开发利用不足和统一监

管薄弱等问题。随着经济社会的全面进步，各方面对测绘的需求不断增长，测绘滞后于经济社会发展需求的矛盾日益突出。

要想早日实现全系统“一张图、一个网、一个平台”，发挥测绘高新技术势在必行。

2 测绘新技术的应用

随着测绘技术的高速发展，形成了两个发展趋势:①在控制测量、地形测量、施工测量、竣工测量和变形监测等5个部分中不断出现新仪器、新方法和新手段;②工程测量的应用领域不断扩展，出现了工业测量和地下管线探测等新的领域，还将测量新技术应用到了建筑测绘中。下面从空间技术和信息技术两方面探讨新技术在测绘活动中的显著作用:

2.1 空间技术

2.1.1 GPS全球定位系统

目前有两套运行的卫星定位系统，一个是美国的GPS，是美国国防部在20世纪70年代初开始研制的新一代卫星导航和定位系统;另一个是俄罗斯的GLONASS。GPS已占领了大部分市场，被广泛应用，在空间定位技术方面引起了革命性的变化。随着差分GPS技术的发展，用GPS测定三维坐标的技术方法将测绘定位技术从静态扩展到动态，从事后处理扩展到实时(或准实时)定位与导航，绝对和相对精度扩展到米级、厘米级乃至亚毫米级。基础定位将由差分GPS、主动式控制系统、实时GPS甚至在不久的将来以手表式GPS代替传统的仪器服务。传统大地测量网正被日益摆脱，利用基于GPS主动式控制系统建立国家空间基准基础设施成为发展趋势，GPS还与多波束测深系统结合形成海底地形地貌测绘新技术手段。卫星定位系统拓展了传统大地测量的服务领域，为地球动力学和智能交通系统等方面提供了有效的技术支撑。

2.1.2 RS遥感技术

随着空间技术飞速发展，遥感卫星的分辨率有了很大的提高。遥感信息的应用已从单一遥感资料向多时相、多数据源融合，从静态分析向动态监测发展，如土地利用、土地覆盖、能源需求和潜力、灾难应急反应等。高分辨率卫星遥感成为除航空摄影外的又一重要测绘信息源，对测绘产品形式改变和地图更新有着极大的促进作用。

2.2 信息技术

计算机技术，是信息技术的核心，计算机技术使得测绘技术向数字化、自动化和智能化发展，计算机技术也成为测绘工作的重要技术手段，改变着传统测绘方式，如电子经纬仪、地图自动设计和电子制图及数据存储系统等等。

2.2.1 全自动测图系统

全自动测图系统是指在摄影测量中，采用GPS辅助空中三角测量、多片影像匹配转点、自检校光束平差和自动粗差探测技术，从数字影像自动重建空间三维表面，自动生成数字模型和影像的正射纠正，自动生成带等高线的影像图和三维透视景观影像，全自动测图系统的意义在于，极大地缩短了航测成图周期，减少或免除既费时又辛苦的航测外业工作，提高航测作业功效，充分满足用图的现时性。

2.2.2 GIS地理信息系统

地理信息系统，是将空间数据和属性数据一体化管理、分析的技术系统。随着JAVA、虚拟现实等技术的发展，目前地理信息系统从二维向多维动态发展，由单台套向网络发展，由简单向面向对象的矢栅一体化复杂数据结构发展。作为空间数据管理重要手段的地理信息系统技术是建立基础地理信息系统技术的关键，成为数字化测绘产品设计的技术依据，贯穿在空间信息数据获取、处理和管理的全过程。

2.2.3 “三S”技术集成

GPS全球定位系统、RS遥感技术和GIS地理信息系统的集成，即“三S”技术集成。GPS主要用于实时、快速地提供目标的空间位置;RS用于实时快速地提供大面积地表物体及其环境的几何与物理信息及各种变化;GIS为对多种来源的时空数据的综合处理分析和应用的平台。“三S”技术集成带来了地球表面的时空模型，它不仅提供地面物体及其环境的几何信息，而且给出了空间位置，并通过应用平台对模型进行综合处理和分析，满足应用者的各种要求。

3 测绘新技术在水利工程中的应用

3.1 GPS在水利工程中的应用

水利工程一般选址于深山沟壑之中，对测量来说，地形复杂，地表植被覆盖较多，通视条件较差，国家控制点稀少，光学仪器控制测量难度较大，利用GPS就能较好地解决这些问题，因为GPS接收机不受地形条件、气候、时间的限制和影响，能够及时准确地完成控制测量和其它定位工作，能大幅度减少或者免做像控点，减少测绘工作量，提高效率。

水利施工测量的根本任务是点位的测设，其基本工作是已知长度、角、高程的测设，施工测量对地形图精度和放样的精度要求较高。因此大中型水利工程都要在施工区域内布设施工控制网，以网内控制点为基础进行由整体到局部的施工放样，使用GPS可以大量减少施工控制网中的中间过渡控制点。

在测设水工建筑物中，如果使用已包含有设计建筑物的数字地图，配合全站仪，测设某一点时只需用鼠标点定数字地图上的设计点就能得到该点的三维坐标，然后根据全站仪上的坐标显示，指挥棱镜移动直至坐标显示与设计点一致，就完成了该点的放样。从这一过程不难看出，应用数字地图施工放样，省去了从图纸上量取测设点的坐标等数值的过程既减少了工作量，又避免了产生人为误差。在操作中，数字地图自动完成测设点数值的运算提取，由计算机控制全站仪等仪器，自动完成放样工作。这样的工作方式，具有快速准确和避免人为误差影响，提高放样精度和效率等特点。

传统的水库库容计算一般采用手工计算，主要缺点是工作量大，计算时间长，精度差。而采用数字地图，由于数字地图可加大采集点的密度，能提高图上面积计算的精度，同时还可插绘等高线，增加计算机库容的层次，提高容积计算精度.较手工计算，只需要极少的时间就能计算出高精度的水库容量，供水库实时运行管理使用，实现水库的自动化管理。在大坝的变形监测中，用GPS代替经纬仪，对监测基准点的选点条件大为改善，用经纬仪必须保证基准点和国家控制点及观测点的通视，而GPS不需要点之间的通视条件，故避免了地形条件的影响，显得布点灵活方便。另一方面，GPS不受气候和时间的限制，可以随时进行观测，在遇到突发事件(如自然灾害)时，可实现实时监测。再者GPS的高精度定位，完全满足大坝监测精度要求。观测数据的自动处理直接给出大坝水平位移和垂直位移等数值，从而便于分析，及时处理。

3.2 RS技术在水利工程勘测中的应用

利用遥感像片已成为编制和订正小比例尺地形图、像片图和专用图的重要手段，可直接进行水利工程的流域规划，根据象片判读进一步研究流域的地形特点、地质构造，以选择合适的坝址，确定水库淹没、浸润和坍塌范围，以及库区搬迁、淹没损失和经济赔偿等，即便在无人烟的地放，遥感像片也能提供信息。由此可见，利用遥术可明显减少野外工作量，提高成图速度，缩短成图时间。

3.3 GIS技术在水利工程中的应用

在大型的水利水电工程建设方面，遥感技术可以快速、经济和客观地为大型水利水电工程选址提供所需要的地理、地质、环境以及人文等各类信息，从而提高工作的效率和质量。GIS是水利水电工程选址、规划乃至设计、施工管理中十分重要的分析工具，例如移民安置地环境容量调查、调水工程选线及环境影响评价、梯级开发的淹没调查、水库高水位运行的淹没调查、大中型水利工程的环境影响评价、防洪规划、大型水利水电工程抗震安全、河道管理、大型水利水电工程物料贮运管理、蓄滞洪区规划与建设等等。

水管部门通过利用GIS来绘制流域水系分布并把他们链接为数据库同时把每个元素，包括水库，管线节点以及系统附属物等定义。遥感是最重要的水资源监测手段之一，GIS则是重要的管理平台。通过遥感手段采集水资源数据，GIS技术进行分析可以监测水资源的污染程度。例如利用TM图像确定水生物(藻类)、赤潮的范围等。另外利用卫星遥感信息监测河口、河道、湖泊和水库泥沙淤积，可预测河道变化、河道发展趋势。

3.4 “三S”技术在水利工程中的应用

RS遥感技术、GPS技术与GIS的结合使测绘功能更加强大。通过卫星遥感技术监测流域内情况，结合GIS数据库形成实时监控系统，地理信息系统可以通过历史资料和有效的数字模型对区域内水资源数量、质量、供需预测分析、水土保持等方面进行及时的地质山洪灾害监测、预报和推测。

“三S”技术集成为水资源普查、流域规划提供科学依据水资源普查、流域规划是水利建设的前提，它不仅提供流域地表及其环境的几何信息，而且能给出空间位置，根据需要建立水利建设地理信息系统，对水利建设所需的各种数据进行系统的输入、分析和处理，从而得到当地水资源的详尽资料。在此基础上建设者和决策者可进行较为科学的、更具有指导意义的流域规划。