测量技术在人畜饮水工程设计中的应用

赵飞燕， 赵兴勤

(1.杨凌职业技术学院， 陕西 杨凌 712100； 2.长安大学， 陕西 西安 710054；

3.陕西水利水电工程集团公司， 陕西 渭南 714000)



测量技术在人畜饮水工程设计中的应用

赵飞燕1，2， 赵兴勤3

(1.杨凌职业技术学院， 陕西 杨凌 712100； 2.长安大学， 陕西 西安 710054；

3.陕西水利水电工程集团公司， 陕西 渭南 714000)

摘要：在人畜饮水工程的设计中，需要借助测量技术提供详细的地形图资料。通过介绍GPS-RTK测量技术和南方CASS8.0绘图软件，引用陕西省武功县人畜饮水工程为例，以测区内原有的扫描矢量化的图为底图，以新测量的数字化的图为参照图， 说明测量技术在人畜饮水工程中的应用及前景。

关键词：人畜饮水； GPS-RTK； 数字化图

0前言

国家和各级政府在"十五"期间投入大笔的资金有效地解决了人畜饮水问题[1]。在人畜饮水工程的前期设计中，需要参照整个测区的地形测量图，来进行自来水管线的布设、水压大小的计算、水塔位置的选择等水利方面的设计。目前测量地形图最常用的手段是GPS-RTK测量技术，在WGS-84坐标系下，首先用GPS接收机采集需要解决饮水区域的管线原始数据，然后借助计算机将数据进行下载和整理后，导入到南方开思CASS8.0绘图软件中，绘制成管线图，最后结合测区内扫描矢量化的原有地形图，进行计算机的图像处理，所得到的成果为设计者提供直观的管线测量图。

1GPS采集原始地形图数据的方法

GPS定位原理是：通过GPS接收机锁定空中的GPS卫星来进行解算地面点的实时坐标，地面上的GPS测量仪器之间不需要互相同视，因此根据测区范围的大小，安排几台GPS接收机，开机锁定空中的GPS卫星后，直接进行原始管线图测量数据的采集。

GPS-RTK测量(实时动态定位测量)的作业方法为：在基准站安置1台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将基准站的观测数据通过无线电传输设备实时的发送给流动站用户站[2]。考虑到RTK测量以上的特性[3]。因此需要在整个测区范围之内，地势较高、上空开阔的地方架设GPS基准站，以便基准站把接收到的GPS卫星信号通过电台发送给工作的GPS流动站，其原理如图1所示。以中海达V8型号的GPS接收机为例，采集到的原始地形测量的数据如表1所示。从表1可以看出，每个测量点包含的信息有：点号、采集日期、WGS-84坐标系下的三维空间直角坐标(X、Y、Z)及大地坐标(L、B、H)。

2数字化绘图

2.1绘图软件南方CASS8.0介绍

CASS8.0数字化地形地籍测量成图系统是南方测绘仪器有限公司基于AutoCAD平台技术开发的GIS前端数据处理系统，广泛应用于地形测量、地籍测量等领域，具有全面面向GIS，彻底打通数字化成图系统与GIS接口，是市场上比较流行的数字化地形测量成图软件。

2.2数字化绘图

在GPS接收机完成采集整个测区的原始管线测量数据之后，将所采集的如表1中的原始测量数据进行下载整理后，即得到文件名为*.dat的碎步测量文件，如图2所示。

图1　GPS-RTK实时动态定位测量的原理

点号日期XYH4139532.20635527452.4091419.36zw192009-12-19|09:28:17纬度(B)经度(L)椭球高(H)37:23:12.68126N105:18:37.13473E1368.03

图2　GPS-RTK碎步测量整理后的数据

在图2 所示的文件中，数据的格式是以点号,Y,X,H的形式导入到南方测CASS8.0的绘图软件之中，在绘图的过程中，把地物点的属性标注出来，经过整理即可得到数字化的碎步测量图。用以上的方法绘制的部分管线图的截图如图3所示。

图3　数字化绘制的管线图

3应用实例

3.1工程介绍

陕西省武功县的地理位置位于东经108°1′～108°19′，北纬34°12′～34°26′之间，处于关中平原西部地带，南北宽18 km,，东西长22 km，总面积392 km2，海拔高程411 m～603 m。全县共有212个行政村，总人口44万多。其中农业人口占全县人口百分之70以上[4]，武功县农村人畜饮水的安全问题突出，为了响应国家安全饮水政策的号召，需要解决全县自来水的普及和到位问题[5]。在人畜饮水工程的前期设计中，测量技术手段是一项必不可少的工作。下面以陕西省武功县河道乡皇甫村的的人畜饮水工程为例，说明测量技术在人畜饮水工程设计中的应用。

3.2外业数据采集及数字化成图

在测量工作前期的勘察中，皇甫村周围没有国家等级控制点。为了测量地形图，可以采用GPS-RTK技术，在WGS-84坐标系下，直接采集地形点位的三维坐标，不用和国家的等级控制点联测，减轻外业测量的工作量，提高效率。GPS-RTK测量技术也是最快速得到测区内地形数据的手段[6]。具体的测量方法是：准备(1+2)台GPS接收机，包括1套基准站，2套移动站的GPS仪器设备，在测区范围之内，地势较高、上空开阔的地方架设GPS基准站，确保基准站接收到的GPS卫星信号通过电台发送给工作的GPS流动站，2台GPS移动站同时锁定空中的GPS卫星和接收基准站的卫星信号，经过差分解算，实时的得到地面点的坐标，移动站可以逐步完成整个测区内地形点原始坐标的采集。在采集碎步点的过程中，只考虑管线的布设路线，至于其他的地物要素，可以做相应的忽略，这样能减轻外业的工作量。

整个皇甫村的外业数据采集结束后，将如表1所示的数据下载整理后，导入南方开思CASS8.0绘图软件中，进行内业图的编辑。得到如图3所示的管线图。这样的管线图，只包括了点位信息，地物要素信息比较简单，为了方便水利设计人员的参照，测量技术人员可以考虑将测区内原有的地形图，作为底图附着在新测图的下面，扩充图面的信息量。

3.3扫描矢量化的图与地形测量图的重叠

在人畜饮水工程的设计中，会参照当地原有的地形图的资料。由于早期的测量图基本是纸质资料，没法和计算机技术数字化图相配合进行使用，因此对原有的纸质的地形图资料进行扫描并且矢量化。对于武功县皇甫村1998年所测量的地形图资料扫描矢量化之后的结果见图4。

图4　武功县皇甫村扫描矢量化的部分截图

在扫描矢量化的图上，可以很清楚的了解到测区内的交通、植被、村庄的大小、村落的分布等详细信息，但是可参照的高程点的个数太少，不方便做人畜饮水工程的设计。借助测量技术，在南方CASS8.0绘图软件中，可以将扫描矢量化的图和地形测量图两种不同的图重叠在一起，最终生成的AutoCAD效果图，如图5所示。新生成的图，结合了两种图的特性，具有详细的地物点坐标信息，地物要素的特征信息，同时坐标系统也被转化过来，为下一步做水利工程的设计提供资料参照。

图5　扫描矢量化的图和地形测量图重叠的效果

根据图5的资料，水利设计人员可以清楚的在上面布设自来水管线、水塔等的位置和其他方面的参照。

3.4测量技术在人畜饮水工程设计中的应用前景

测量技术包含外业数据的采集和内业数据的处理，其中外业数据采集的方法有全站仪测量、GPS测量、航空摄影测量、无人飞机拍摄测量等，内业数据处理的软件和手段有平差易、南方CASS8.0绘图、Excel表格计算、GPS静态数据处理软件等。在人畜饮水工程设计中，经常使用到GPS-RTK测量技术和南方CASS8.0绘图软件。除此之外，其他测量技术也有广阔的应用前景。

4结语

测量技术随着科学技术的进步发生着突飞猛进的变化，在传统测量方法的基础上，灵活运用现代化的测量手段，并将两种方法有机的结合起来，在人畜饮水工程的建设中，做好前期设计资料中测量资料的整理，来推进国家人畜饮水工程的全面普及，提高全民的生活水平。

参考文献：

[1]李 贞，任创社.对人畜饮水工程建设的几点建议[J].水利科技与经济, 2007, 13(11):836-837.

[2]黄文斌.GPS测量技术[M].北京：测绘出版社，2011:72.

[3]尚鹏飞.GPS测量技术在渠道工程中的应用[J].中国新技术新产品, 2014, 5(10):10-10.

[4]赵秋利，苏少林，周 伟.武功县农村饮用水水质分析及安全保障对策[J].陕西农业科学, 2012, 58(5):239-240.

[5]牛新烨.武功县农村安全饮水存在的问题及对策[J].陕西水利, 2011,(3):156-157.

[6]艾斯克儿˙努儿.全球定位系统(GPS)技术在水里工程中的应用[J].信息化, 2011,(2):30-31.

Application of Measurement Technology to the Project Design of

Drinking Water for Human and Animal

ZHAO Fei-yan1，2， ZHAO Xing-qin3

(1.Yangling Vocational and Technical College, Yangling, Shaanxi 712100, China；

2.Chang'an University, Xi'an, Shaanxi 710054, China；3. Shaanxi Water Resources and

Hydropower Engineering Group Co. Ltd.,Weinan, Shaanxi 714000, China)

Abstract:In the design of drinking water project for human and animal, detailed topographic map data provided by means of measuring technology is needed. Through the introduction of GPS-RTK measurement technology and south CASS8.0 drawing software, with the drinking water engineering in Wugong County of Shaanxi Province for an example, this paper takes original scan vector diagram as base map, and new digital map as reference map to illustrate the application prospects of measurement technology in drinking water engineering.

Key words:drinking water for human and animal；GPS-RTK; digital map

中图分类号：S277

文献标识码：A

文章编号：1671-9131(2015)04-0038-04

作者简介：赵飞燕(1978-)，女，陕西富平人，讲师，主要从事测绘工程方面的理论和实践教学工作。