水利工程测绘中水下测量的设备与测量方式选择探讨

2022-02-11王帅

科技与创新 2022年2期

王帅

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春 130000）

工程测绘也叫工程测量，是工程施工阶段所有测量工作的总称，是施工的重要依据，对控制工程的施工质量具有非常重要的参考作用。对水利工程来说，在施工中需要开展的测量工作包括水下测量、地形测量、变形测量、施工测量、控制测量和竣工测量等，每项测量工作都是工程顺利施工的保障。随着科学技术的不断发展，很多新型的仪器、测量理念被不断地应用到水利工程的测绘工作中，极大程度地提升了工程测绘的工作效率和测绘数据的准确性，使得中国水利工程建设水平获得了大幅提升。下文对水利工程测绘中的水下测量方式和设备进行详细论述。

1 浅谈水下测量的意义

水下测量是水利工程中一种特定测量，是对施工现场所在的水库、港湾、江河、湖泊、近海水底等环境的高程和平面位置进行测量，并精准地绘制出水下地形图，以方便后续施工中精准地设计工程结构和施工计划，对水利工程的建设具有非常重要的意义[1]。工程测量贯穿于工程建设的规划、设计、施工和管理的全过程，为工程的顺利开展提供重要的数据参考，水利工程测量则会涉及控制、施工、水下测量、地形数据、竣工监控及竣工后监控等多项环节。与常规建筑工程不同，水利工程的施工环境复杂程度更高，需要在施工中进行大量的实地考察与测量，才能为技术人员提供必要的数据参考。

2 水利工程中水下工程测量的重要原则

在开展水下测量工作时，应秉承严谨认真的工作态度，确保测量数据的准确度，根据工程要求认真完成相关测量工作，为工程的开展提供更加精准、全面的参考数据。

水下测量应严格遵守设计规划建模的要求进行数据反馈，为水利工程的设计、施工、规划等过程提供准确的数据，便于设计人员和现场管理人员能根据水下测量数据对工程的实际施工标准和设计要求进行比对，及时发现施工中可能存在的问题，并进行针对性的整改，以保证水利工程的建设工作能有序地推进[2]。

应根据施工现场的实际环境和工程的实际需求灵活地选择测量设备和测量方式，以从多个角度获得景区的数据，使设计人员和管理人员能更好地了解工程的实际情况，方便其更好地对工程设计和施工进行规划。

由于水下测量工作的难度比普通建筑工程的测量工作难度更高，影响因素更多，技术人员在进行水下测量工作时，应对获取的数据进行反复的核对与验证，确保测量数据的准确性，更好地为水利工程的设计、施工等提供准确的数据参考。

3 水利工程测绘中水下测量的设备与测量方式

随着科技的进步与发展，水洗测绘技术不断获得升级与优化，当前水利工程测绘工作正处于向数字化转型的时期，水下测量工具也发生了较为显著的变化，测量设备和测量方式的种类和数量都在不断提升。在传统水下测量工作中，多采用GPS-RTK全球卫星定位系统，后逐渐发展为测探仪，当下更有先进的测量船，测量设备的先进程度越来越高，测量方式越来越多样，同时，测量数据的准确性也逐步提升，人们对水下环境和水下地形地貌的了解更加全面，使得中国水利工程的建设能得到全工程的精准数据支持[3]。下文节选GPS-RTK全球卫星定位系统、测探仪及测量船简单介绍水下测量设备的测量方式的变更。

3.1 GPS-RTK全球卫星定位系统

随着全球卫星定位技术与数据通信技术的发展，GPS与RTK技术进行了有机的融合，大幅提升了水下测量工作的精准度，目前水下测量已经能实时地定位水下工程的三维结果[4]。通过GPS测算获得数据的时间较晚，而RTK则可实时获取到水下地形地貌等信息的精准数据。随着数据测绘技术的不断发展，众多拥有大比例尺地图的数字测绘方式被研发出来，也出现很多优秀的数字成图软件，使水下测量数据的准确度更高。在当前水利工程的水下测量工作中，最常见的测量方式是将测量船、测量仪及RTK技术进行有机的结合，共同完成对水下环境的测量。相较于传统测量方式来说，通过RTK技术能获得更加精准的测量数据，但是测量结果受设备的影响程度较深，为保证测量结果的准确性，应在测量工作开始前，对设备的性能进行全面的检查，确认测量工具无破损，及时更换老旧设备，并在必要条件下对相同数据进行反复核验。RTK技术对5 000 m以外的环境测量效果不佳，通过将CORS与RTK技术进行有机的结合，能有效地改变RTK技术的局限性，使RTK技术更加成熟，显著地提高水下测量的范围，减少对基站的依赖程度[5]。

3.2 测量仪

随着测量技术的不断成熟，测量仪的种类也更加多样，技术人员应根据现场环境和工作内容的不同，灵活地选择合适的测量仪器[6]。在目前水利工程测绘的水下测量工作中，较为常见的测量仪有常规单频测量仪、双频测量仪和便携式测量仪等，不同种类的测量仪具有各自的优势。常规单频和双频测量仪具有较好的耐腐蚀性，比同类产品具有更好的防水性能，并且由于性能更高的CPU使其对数据的处理能力更强，但是需要自备电源，多用于测量深海水下环境。便携式测量仪小巧且便于携带、自带电源、便捷程度高，但是得到的测量数据不及常规单频或双频测量仪得到的测量数据精准度高。

3.3 测量船

测量船的种类较多，有渔船和渡船、气垫船、智能无人测量船等，技术人员可根据测量条件确定不同的测量船[7]。渔船和渡船都是在测量工作开始前预先征用当地的船只，便捷程度不及气垫船和智能无人测量船，但是当地渔民和水手往往对测量环境的了解程度高，能根据经验更好地把控船舶的行进方向，具有更高的安全性；气垫船便携度高，方便测量工作的开展，但是安全性低于渔船和渡船，技术人员在承担测量任务的前提下还要对船只进行操作，容易分心引发安全事故，不建议使用；智能无人测量船既小巧方便，又能充分保证技术人员的安全，但是目前在技术上还存在一定不足，不能适应所有的测量环境。

3.4 数字化摄影技术

数字化摄影技术是一种提高数字线画图精准度的可靠方式，是依托全数字测算技术，直接从数据影像中完成数据的采集工作。该技术在测绘目标和相关要求规定下建立高精度数字化模型，利用多维空间数据采集优势，完成水利工程建设所需水文环境数据采集工作。随着全数字摄影技术的不断发展，该技术在水利工程测绘中的应用更加广泛，应用该技术能对工程拟建设位置的土层横纵面断面情况、变形监测情况、定线和放样情况等进行快速测量，并且能应用数字影像数据库对数字化图像进行长期保存。从现有水利工程施工经验来看，数字化测量技术在实际水利工程建设过程中，能在水利工程施工中通过采集各类构件的参数数据判断工程施工质量，对提高工程建设质量具有良好的实用价值。

3.5 数字化测绘技术

传统水利工程测绘制图是以人工的方式完成，需要投入大量时间成本和精力，对制图人员专业素养的要求非常高，并且工作量较大。数字化测绘技术是一种基于数字化技术而应用的测绘方法，可进一步细分为数字化成图和原图两种方法，详细操作流程如图1所示。

图1 数字化测绘技术操作流程

数字化测绘技术具体应用原理是依托信息技术和互联网技术，对复杂水文地质测绘图进行绘制，与传统人工测量技术相比，不仅能实现自动化操作，减少人工制图的工作量，还能有效提高测量工作对恶劣自然环境的适应能力，规避人工采集数据存在的数据误差情况，提高测绘结果的准确性。同时，采用数字化测绘技术能提高水文地质测绘图的层次感，通过对关键结点进行注释，有效降低非专业人员对水文地质测绘图的解读难度，有助于提高工程建设质量。

4 优化水利工程测量质量的有效对策

4.1 建立科学的管理制度

缺乏完善的管理制度是水利工程测绘技术发展缓慢的根本原因，当前针对水利工程测绘的评价方法还不精确，需要配合技术手段对其进行完善。水下测量作为水利工程施工的必备前提条件，只有保证测量结果的准确性，才能为建设单位提供全面的水文条件参数，使其能根据水文条件参数对水利工程的结构、施工方案进行设计，保证工程与当地水文环境的适应性，提高水利工程的施工质量和使用寿命。另外，完善的测绘管理制度有助于推动数字化管理方式在行业中的应用，在大数据时代下，应用全面、完善的数据参数，配合先进的水下测量技术，使工作人员能应用相关设备进行数据整合，最大化发挥测量技术的应用价值。因此，应用完善的水利工程测绘管理制度，提高水下测量的准确性，扩大对测绘数据的采集量，才能为水利工程的建设提供全面可靠的数据支持。

4.2 提高测绘技术的应用质量

水利工程测绘中水下测量涵盖的内容非常广泛，具体包括地形测量、地层横纵断面测量、定线和放样测量、施工控制测量等。水下测量工作开始后，需要采集大量水文环境数据，应用先进的水下测量设备，提高水下测量结果的准确性。水利工程测绘工作展开过程中，当地的地理环境、水文条件、天气情况等环境因素都会对测绘结果的准确性产生影响，因此，应采用科学方法提高测绘技术的应用质量。首先，应在实际测量前对拟测量环境和周边环境的实际情况进行了解，避免测量结果的片面性；然后应用GPS技术进行测量位置坐标确认，使用摄像设备对测量位置中相关数据进行拍摄采集；最后对采集数据进行分析和应用。在测量过程中，若光线亮度较高，可使用人工造影的方式降低光线亮度和反光情况，避免影响测量结果的准确性；若光线亮度过低，则应适当添加辅助照明设备，保证读数的准确性。若测量过程中当地风力较强，可适当调整测量仪器高度，同时增加单项测量内容的次数，通过多次对比减少误差。在对地面高程进行检测之前，应做好水准仪规范工作，避免在测绘过程中发生仪器倾斜等问题。

4.3 加大相关仪器的投入

测量工具的应用质量会对现代水利工程的建设质量产生巨大影响，应用先进的测量设备对提高测绘结果的准确性、降低制图难度、减少工作强度、优化工程建设质量来说都具有重要意义。GPS、RS等先进测量设备，不仅具有良好的精准度，对不同环境的适应能力强，而且能显著提高水利工程测绘效率，但是需要在测量过程中重视对相关设备的保养、调试、检修等，避免应用故障设备影响测绘结果的准确性。

4.4 数据分析与处理

水利工程测绘作业中需要采集大量信息和数据，需要结合当地自然属性和经济属性对相关信息和数据进行有效的数字化分析和处理，提高对数据的管理能力，为科学应用测绘数据提供有利条件。水利工程正式施工前，设计单位影响施工单位准确传达施工测量基准点，方便施工单位合理布控工程水准、导线点等，提高测绘数据的应用效率，以满足工程施工标准。

4.5 提高测量人员的专业素养

测量人员作为水利工程测绘技术的一线执行与应用人员，其专业素养的高低会直接影响测量设备与测量方式的应用质量。在社会发展需求的导向下，国内水利工程的建设规模、工程建造难度都在不断提高，只有在对工程结构和施工方法进行设计前，对工程建设环境的水文地质情况进行深入测量，得到准确的工程测绘结果，才能为后续工程建设提供保障。因此，测量人员需积极学习并拓展自身业务水平，积极关注新型测量技术和测量设备的发展，第三方测量单位也应定期为测量人员开展专业培训，及时为其补充新的专业知识，分享复杂水文地质环境中的测量案例，从专业技术和经验两方面提高测量人员的专业素养，保证其能在实际工作中从容应对不同水文地质环境的测绘工作需求。