芻議測繪新技術在水利工程中的應用

于景杰

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

目前水利工程測量使用較多的是:水準儀、經緯儀、平板儀和全站儀等儀器，或者使用航測儀器進行航測成圖，其成果一般以圖件的形式提交和使用，存在著工作量大，外業辛苦，成圖周期長，精度難以保證等各種問題。隨著人類科學技術的不斷發展和進步，各種新的技術在測繪工作中起著顯著的作用，這些測繪新技術不僅充實了水利工程測量科學理論，而且有很強的可操作性，大幅度地減少了測繪人員在野外的工作時間，節省了人、才、物，為水利工程建設提供了更好更快的服務。

1 采用新的測繪技術意義重大

測繪是經濟社會發展和國防建設的一項基礎性工作，加強測繪工作對于加強和改善宏觀調控、促進區域協調發展、構建資源節約型和環境友好型社會、建設創新型國家等具有重要作用

測繪是準確掌握國情國力、提高管理決策水平的重要手段。提供測繪公共服務是各級政府的重要職能。同時，測繪工作涉及國家秘密，地圖體現了國家主權和政治主張。全面提高測繪在國家安全戰略中的保障能力，確保涉密測繪成果安全，維護國家版圖尊嚴和地圖的嚴肅性，對于維護國家主權、安全和利益至關重要。現代測繪技術已經成為國家科技水平的重要體現，地理信息產業正在成為新的經濟增長點。全面提高測繪保障服務水平，對于經濟社會又好又快發展具有積極的促進作用。

改革開放以來，我國測繪事業取得長足發展，測繪法律法規逐步完善，數字中國地理空間框架建設穩步推進，測繪科技水平不斷提高，地理信息產業正在興起，測繪保障作用明顯增強。但是，在測繪事業發展中還存在著基礎地理信息資源短缺、公共服務水平較低、成果開發利用不足和統一監

管薄弱等問題。隨著經濟社會的全面進步，各方面對測繪的需求不斷增長，測繪滯后于經濟社會發展需求的矛盾日益突出。

要想早日實現全系統“一張圖、一個網、一個平臺”，發揮測繪高新技術勢在必行。

2 測繪新技術的應用

隨著測繪技術的高速發展，形成了兩個發展趨勢:①在控制測量、地形測量、施工測量、竣工測量和變形監測等5個部分中不斷出現新儀器、新方法和新手段;②工程測量的應用領域不斷擴展，出現了工業測量和地下管線探測等新的領域，還將測量新技術應用到了建筑測繪中。下面從空間技術和信息技術兩方面探討新技術在測繪活動中的顯著作用:

2.1 空間技術

2.1.1 GPS全球定位系統

目前有兩套運行的衛星定位系統，一個是美國的GPS，是美國國防部在20世紀70年代初開始研制的新一代衛星導航和定位系統;另一個是俄羅斯的GLONASS。GPS已占領了大部分市場，被廣泛應用，在空間定位技術方面引起了革命性的變化。隨著差分GPS技術的發展，用GPS測定三維坐標的技術方法將測繪定位技術從靜態擴展到動態，從事后處理擴展到實時(或準實時)定位與導航，絕對和相對精度擴展到米級、厘米級乃至亞毫米級。基礎定位將由差分GPS、主動式控制系統、實時GPS甚至在不久的將來以手表式GPS代替傳統的儀器服務。傳統大地測量網正被日益擺脫，利用基于GPS主動式控制系統建立國家空間基準基礎設施成為發展趨勢，GPS還與多波束測深系統結合形成海底地形地貌測繪新技術手段。衛星定位系統拓展了傳統大地測量的服務領域，為地球動力學和智能交通系統等方面提供了有效的技術支撐。

2.1.2 RS遙感技術

隨著空間技術飛速發展，遙感衛星的分辨率有了很大的提高。遙感信息的應用已從單一遙感資料向多時相、多數據源融合，從靜態分析向動態監測發展，如土地利用、土地覆蓋、能源需求和潛力、災難應急反應等。高分辨率衛星遙感成為除航空攝影外的又一重要測繪信息源，對測繪產品形式改變和地圖更新有著極大的促進作用。

2.2 信息技術

計算機技術，是信息技術的核心，計算機技術使得測繪技術向數字化、自動化和智能化發展，計算機技術也成為測繪工作的重要技術手段，改變著傳統測繪方式，如電子經緯儀、地圖自動設計和電子制圖及數據存儲系統等等。

2.2.1 全自動測圖系統

全自動測圖系統是指在攝影測量中，采用GPS輔助空中三角測量、多片影像匹配轉點、自檢校光束平差和自動粗差探測技術，從數字影像自動重建空間三維表面，自動生成數字模型和影像的正射糾正，自動生成帶等高線的影像圖和三維透視景觀影像，全自動測圖系統的意義在于，極大地縮短了航測成圖周期，減少或免除既費時又辛苦的航測外業工作，提高航測作業功效，充分滿足用圖的現時性。

2.2.2 GIS地理信息系統

地理信息系統，是將空間數據和屬性數據一體化管理、分析的技術系統。隨著JAVA、虛擬現實等技術的發展，目前地理信息系統從二維向多維動態發展，由單臺套向網絡發展，由簡單向面向對象的矢柵一體化復雜數據結構發展。作為空間數據管理重要手段的地理信息系統技術是建立基礎地理信息系統技術的關鍵，成為數字化測繪產品設計的技術依據，貫穿在空間信息數據獲取、處理和管理的全過程。

2.2.3 “三S”技術集成

GPS全球定位系統、RS遙感技術和GIS地理信息系統的集成，即“三S”技術集成。GPS主要用于實時、快速地提供目標的空間位置;RS用于實時快速地提供大面積地表物體及其環境的幾何與物理信息及各種變化;GIS為對多種來源的時空數據的綜合處理分析和應用的平臺。“三S”技術集成帶來了地球表面的時空模型，它不僅提供地面物體及其環境的幾何信息，而且給出了空間位置，并通過應用平臺對模型進行綜合處理和分析，滿足應用者的各種要求。

3 測繪新技術在水利工程中的應用

3.1 GPS在水利工程中的應用

水利工程一般選址于深山溝壑之中，對測量來說，地形復雜，地表植被覆蓋較多，通視條件較差，國家控制點稀少，光學儀器控制測量難度較大，利用GPS就能較好地解決這些問題，因為GPS接收機不受地形條件、氣候、時間的限制和影響，能夠及時準確地完成控制測量和其它定位工作，能大幅度減少或者免做像控點，減少測繪工作量，提高效率。

水利施工測量的根本任務是點位的測設，其基本工作是已知長度、角、高程的測設，施工測量對地形圖精度和放樣的精度要求較高。因此大中型水利工程都要在施工區域內布設施工控制網，以網內控制點為基礎進行由整體到局部的施工放樣，使用GPS可以大量減少施工控制網中的中間過渡控制點。

在測設水工建筑物中，如果使用已包含有設計建筑物的數字地圖，配合全站儀，測設某一點時只需用鼠標點定數字地圖上的設計點就能得到該點的三維坐標，然后根據全站儀上的坐標顯示，指揮棱鏡移動直至坐標顯示與設計點一致，就完成了該點的放樣。從這一過程不難看出，應用數字地圖施工放樣，省去了從圖紙上量取測設點的坐標等數值的過程既減少了工作量，又避免了產生人為誤差。在操作中，數字地圖自動完成測設點數值的運算提取，由計算機控制全站儀等儀器，自動完成放樣工作。這樣的工作方式，具有快速準確和避免人為誤差影響，提高放樣精度和效率等特點。

傳統的水庫庫容計算一般采用手工計算，主要缺點是工作量大，計算時間長，精度差。而采用數字地圖，由于數字地圖可加大采集點的密度，能提高圖上面積計算的精度，同時還可插繪等高線，增加計算機庫容的層次，提高容積計算精度.較手工計算，只需要極少的時間就能計算出高精度的水庫容量，供水庫實時運行管理使用，實現水庫的自動化管理。在大壩的變形監測中，用GPS代替經緯儀，對監測基準點的選點條件大為改善，用經緯儀必須保證基準點和國家控制點及觀測點的通視，而GPS不需要點之間的通視條件，故避免了地形條件的影響，顯得布點靈活方便。另一方面，GPS不受氣候和時間的限制，可以隨時進行觀測，在遇到突發事件(如自然災害)時，可實現實時監測。再者GPS的高精度定位，完全滿足大壩監測精度要求。觀測數據的自動處理直接給出大壩水平位移和垂直位移等數值，從而便于分析，及時處理。

3.2 RS技術在水利工程勘測中的應用

利用遙感像片已成為編制和訂正小比例尺地形圖、像片圖和專用圖的重要手段，可直接進行水利工程的流域規劃，根據象片判讀進一步研究流域的地形特點、地質構造，以選擇合適的壩址，確定水庫淹沒、浸潤和坍塌范圍，以及庫區搬遷、淹沒損失和經濟賠償等，即便在無人煙的地放，遙感像片也能提供信息。由此可見，利用遙術可明顯減少野外工作量，提高成圖速度，縮短成圖時間。

3.3 GIS技術在水利工程中的應用

在大型的水利水電工程建設方面，遙感技術可以快速、經濟和客觀地為大型水利水電工程選址提供所需要的地理、地質、環境以及人文等各類信息，從而提高工作的效率和質量。GIS是水利水電工程選址、規劃乃至設計、施工管理中十分重要的分析工具，例如移民安置地環境容量調查、調水工程選線及環境影響評價、梯級開發的淹沒調查、水庫高水位運行的淹沒調查、大中型水利工程的環境影響評價、防洪規劃、大型水利水電工程抗震安全、河道管理、大型水利水電工程物料貯運管理、蓄滯洪區規劃與建設等等。

水管部門通過利用GIS來繪制流域水系分布并把他們鏈接為數據庫同時把每個元素，包括水庫，管線節點以及系統附屬物等定義。遙感是最重要的水資源監測手段之一，GIS則是重要的管理平臺。通過遙感手段采集水資源數據，GIS技術進行分析可以監測水資源的污染程度。例如利用TM圖像確定水生物(藻類)、赤潮的范圍等。另外利用衛星遙感信息監測河口、河道、湖泊和水庫泥沙淤積，可預測河道變化、河道發展趨勢。

3.4 “三S”技術在水利工程中的應用

RS遙感技術、GPS技術與GIS的結合使測繪功能更加強大。通過衛星遙感技術監測流域內情況，結合GIS數據庫形成實時監控系統，地理信息系統可以通過歷史資料和有效的數字模型對區域內水資源數量、質量、供需預測分析、水土保持等方面進行及時的地質山洪災害監測、預報和推測。

“三S”技術集成為水資源普查、流域規劃提供科學依據水資源普查、流域規劃是水利建設的前提，它不僅提供流域地表及其環境的幾何信息，而且能給出空間位置，根據需要建立水利建設地理信息系統，對水利建設所需的各種數據進行系統的輸入、分析和處理，從而得到當地水資源的詳盡資料。在此基礎上建設者和決策者可進行較為科學的、更具有指導意義的流域規劃。

4 結語

測繪新技術得到越來越多地應用，為水利工程帶來了高效、節省、精準的服務。因地制宜，在水利工程建設和管理工作中，如何更好地發揮新技術的作用，是每個測繪工作者努力的方向。

［1］ 饒碧玉，彭爾瑞.測繪新技術在水利工程建設和管理中的應用初探［J］.云南農業大學學報，1999，14(2):233－237.

［2］ 國務院.國務院關于加強測繪工作的意見［EB/OL］.(2007－09－29).http//news.qq.com.

［3］ 徐德明.抓住新機遇，鞏固好勢頭［R］.北京:國家測繪局，2010.

［4］ 秦珂.淺析現代測繪技術的發展趨勢［J］.山西建筑，2008，34 (23):358－359.