分析三维实体地形在水利水电工程测量中的应用

郭立鹏

【摘要】水利水电工程作为国家基础设施，其质量的好与坏直接关乎国计民生。特别是大型水利工程，系统设计复杂且施工周期长，覆盖范围广。要确保水利水电工程质量，就要确保工程测量数据准确。但是，水利工程的信息量庞大，要做到测量准确、计算结果精确，难度是非常大的。在对水利水电工程测量中，应用三维实体技术可以弥补传统的工程测量技术中所存在的弊端。本论文针对三维实体地形在水利水电工程测量中的应用进行探究。

【关键词】水利水电工程；三维实体地形；工程测量

传统的水利水电工程测量方法是采用断面法作出方量统计，然后做出计算结果。但是断面的切取方法不同，所获得的计算结果也会存在差异。随着三维立体制图软件的不断升级，更为适合水利水电工程测量的软件系统功能更为全面，系统的开放性让越来越多的工程测量人员所接受，且在复杂的施工环境中操作方便。

一、三维实体地形的绘制程序

（一）投影基准面的确定

在水利水电工程测量中，采用三维实体地形技术，就建立三维实体地形模型。将投影基准面确定下来是建模的基本条件。投影基准面的高程包括两部分，即投影底面高程和投影顶面高程，其中的投影底面高程为基础高程。在工程测量中应用三维实体地形技术，对投影底面高程和投影顶面高程的取值原理都有所规定，要求基础高程要比水利水电工程的最低高程还要低，且底面高程要统一。按照投影顶面高程的取值原理，是要求取值要高于水利水电工程的最大高程。

（二）三角形网的建立

水利水电工程测量中，运用三维实体地形技术将三角形网建立起来，以对各项数据进行计算。三角形网的建立是基于碎部点数据而生成的，基本操作上，是在碎部点中确定一个点，为第一个点；以计算的方式将距离碎部点最近的一个点找出来，为第二个点；之后的工作就是将两点之间可以形成最大夹角的点寻找出来，为第三个点，三点构成一个三角形。第三个点的确定利用余弦定理计算出来，公式：c2=a2+b2-2abCosc。当三角形构成之后，将三角形的三边向外延伸，对各边的利用次数进行判断，其是否大于2次，之后所有的碎部点都连接起来，三角形网构成[1]。

在三维实体地形技术的应用中，基础高程计算所获得的结果可以实现三维实体地形与实际地形一致，顶面高程计算所获得的结果可以实现三维实体地形与实际地形相反的结果。

二、水利工程测量中三维实体地形的应用

水利工程所发挥的重要功能是调节当地的水资源，防止出现洪涝灾害。水利工程施工中，要对各种水利建筑，诸如大坝、渠道、隧洞、水闸等设计方案有所考虑，不仅需要在施工之前对施工设计方案进行研究，还要充分了解施工现场周围环境，特别是河道周边的地理环境，需要以详细的数据体现。目前水利工程的勘察测量中，可以采用三维实体地形技术，将工程施工现场的地形、地貌、地质情况等等元素都融入到三维实体地形中，运用三维实体地形结构算法将地形设计出来。

三维实体结构算法的选择，要根据水利工程设计需要确定采用相应的算法。剖面成面法可以将处于帷幕轴线上的第四系厚度做出计算结果，水层的分布范围也可以做出判断。所有的这些判断，都是通过计算，将地质剖面图绘制出来运用DEM生成技术将各个层面绘制出来，形成三维实体模型。运用直接点面法对三维实体结构进行计算，运用了原始的线状数据，将数层分开，且确定标高位置，各个层面的绘制则采用了曲面构造方法。通常水利工程施工地形复杂，会采用直接点面法进行测量。拓扑分析法是建立在不同层面的离散关系的基础上的，对离散点间的空间关系加以确定，构建地质过程中，则是根据空间拓扑距离来完成[2]。与剖面成面法和直接点面法相比较，拓扑分析法的运用相对复杂，所获得的计算结果也是最为准确的，对水利工程质量更有保证。

三、水电工程测量中三维实体地形技术的应用

水电工程的功能是发电，主要的构成为挡水建筑物和排水建筑物、發电系统、引水系统等。水电站建设的根本条件就是要求附近有水源地。这就需要采用三维实体地形技术对工程施工所在地进行地形测量。水电工程测量中，除了要对地质结构有所考虑之外，还要对周围环境的变化规律进行分析。水电测量中，运用三维实体地形技术，不仅要对施工所在地的地质情况和地形以测量，还要对水电工程的总体布局进行判断，并做出剖面图。

水电工程测量中主要考虑的问题包括测量工作所在环境条件、地形地质情况、困难地形对三维实体地形技术所存在的制约等等。

水电工程的三维实体地形测量中，由于测量工作环境复杂，必然会对设计选型、施工建造等产生一定的影响。当水电工程投入使用后，也会受到环境影响而引发事故。因此，水电工程建设要做好地形测量，并对地质状况做出准确的判断。运用三维实体地形技术将数字化三维立体地形构建出来，根据工程施工情况还要对地形图不断更新，以确保工程施工中对现场的地貌、地形和地质状况随时掌握。此外，运用三维实体地形技术还能够在工程施工任意一个环节对工程表面积、体积等等数据准确计算出来，并建立三维立体架构模式，以满足多个专业技术协同作业[3]。

水电施工中遇到困难地形是必然的。运用三维实体技术对困难地形的制约条件进行观察、分析，做出计算结果，以制定必要解决方案，做到水电工程合理施工。三维实体地形技术所构建的三维立体模型，能够对各种施工方案的可行性进行分析，以调整施工方案，提高施工进度。

结论：

综上所述，计算机技术的发展，推动工程技术不断更新。水利水电工程测量是确保工程施工质量的重要环节。为了弥补这一弊端，三维立体技术被运用于水利水电工程测量中，测量人员使用三维立体设计常用软件，不仅可以将工程测量模型立体呈现，还能够对工程设计的细节之处进行计算。鉴于传统的工程测量方法即便是经验丰富的技术人员也难以作出精确的计算结果，采用三维实体地形技术，可以获得更为准确的测量结果。

参考文献：

[1]胡燚， 张运东， 张强.三维CAD技术在水利水电工程设计中的应用分析[J].硅谷，2013（23）：66.

[2]杨超.基于水利水电工程施工技术及注意问题的分析[J].广东科技，2013（20）：133、85.

[3]宫世伟.Delaunay三角剖分方法在三维地形可视化中的应用[D].辽宁科技大学，2011.