運用3S技術進行水利工程建設管理的探討

摘 要:近年來3S技術在水利現代化中應用越來越廣，本文就如何運用3S技術手段，對水利工程建設實行科學的管理進行了粗略的探討。

關鍵詞:3S技術 水利工程建設管理 可行性 測繪手段采集信息 仿真技術 數字化管理

中圖分類號:TV221.1文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)01(a)-0204-01

3S技術是遙感技術(RS)、地理信息系統(GIS)和全球定位系統(GPS)的統稱，是空間技術、傳感器技術、衛星定位與導航技術和計算機技術、通訊技術相結合，多學科高度集成的對空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應用的現代信息技術。隨著3S技術的不斷發展，3S一體化技術在水利數字信息化中越來越顯現出其至關重要的地位。

1 運用3S技術進行水利工程建設管理的可行性

隨著國家未來發展的需要，我國的水利工程建設也進入了一個高速發展階段。高效的信息采集、科學的分析決策是現代水利工程建設管理的必然趨勢，這是3S技術在水利建設管理中能充分發揮優勢的前提條件。計算機技術的飛速進步，為3S技術在水利工程建設管理上的運用奠定了堅實的基礎。

水利工程建設管理具有時效性強、信息量大，多為動態監測、過程監測的特點。同時，對工程建設信息數據需要進行深層次的分析，為管理層提供科學的計算結果和決策依據。而實時的三維3S系統就能滿足這些需求，并且更為直觀。

2 利用3S技術測繪手段進行數據信息采集處理

由于GPS定位系統具有定位精度高，實時定位速度快，提供三維坐標，操作簡便，全天候作業及全球地面連續覆蓋等特點，在測繪上首先得到了廣泛的應用。

實時動態(RTK)技術是在GPS基礎上發展起來的、能夠實時提供流動站在指定坐標系中的三維定位結果，并在一定范圍內達到厘米級精度的一種新的GPS定位測量方式。RTK測量可以不布設各級控制點，僅依據一定數量的基準控制點，便可以高精度、快速地測定圖根控制點、界址點、地形點、地物點的坐標，利用測圖軟件可以在野外一次生成電子地圖。同時，也可以根據已有的數據成果快速的進行施工放樣。

正是因為這些新技術的運用淘汰了常規的導線控制測量的方式、施工放樣的高程測量方法，同時也為水利工程數字化管理奠定了數據信息采集的基礎。

3S技術的結合，取長補短，三者之間的相互作用行成了信息采集、處理的框架。將地形原始數據輸入到GIS系統，經過數據過濾后轉化為三維矢量數據，進而生成三維地面模型DTM(利用內插手段，可以生成更高精度的DTM)。通過生成的數字地形模型，與虛擬技術形成的建筑物疊加整合，可以實現整個工程布置的動態可視化。

3 與仿真技術相結合實現水利工程建設數字化管理

在項目實施管理階段，為了及時了解項目的實施進展情況，防患于未然，把3S技術作為一種高效的信息采集、處理、分析手段，把水利工程的設計、管理主要涉及到設計工作過程、相互之間的關系和結果，通過的計算機平臺及輔助設備以可視化的形式展現出來，達到虛擬設計、虛擬制造的目的。

實現水利工程建設數字化管理的基礎是建立一個統一的數據庫，包括地質地形的空間數據、水工建筑物(大壩、廠房等)的三維實體數據、施工計劃組織的實時數據以及真實條件下的計算機仿真和實時監測數據等。在統一的數據庫平臺之上，任何修改都將及時地反饋給整個工程的相關部門和人員，并及時地通過三維圖形的方式展現出來。下面我就水利工程建設管理中常見的幾個課題方案進行探討，僅供大家參考。

在地質勘探方面:可以利用航拍、地質鉆探，結合3s技術得到的地形、地質數據，直接生成地形的三維模型包括地下三維地質情況的分布，便于直接了解復雜的地質構造情況，方便地進行地形模型的建立，作為水利樞紐建筑物、引水工程管線等設計的原始依據。

工程進度、質量等多方面的控制:在三維地形表述的基礎上，建立水利水電工程的全三維模型，使水工建筑物、機電設備等與地形數據完全相關，從而構成一個復雜的水利工程建設管理系統，真實反映工程建成以后的面貌。再將實時采集的數據信息進行處理，形成實時的工程三維模型，與之前建立的全三維模型進行比對分析，動態展示水利工程施工全過程，得出詳細的施工強度、施工順序和施工質量等重要指標。使工程的項目管理做到實時控制與動態管理，以便科學指導工程施工，輔助業主和監理工程師進行有效的決策。從而實現進度、質量等多方面的控制管理。

設計方案選擇及設計變更:建立的三維模型還能夠輸出到有限元分析軟件中，進行結構強度的預測。三維模型不僅可以與地形模型很好地關聯，而且工程模型是參數化的，一旦設計有新的更改，只需要修改相應部分的三維模型，與此相關的設備、管線布置以及由三維模型自動投影生成的二維工程圖(圖形交換)都會得到相應的修改，從而保證了設計的唯一性和相關性，快速地完成多個設計方案的對比和選擇。

工程支付計量和材料管理:通過建立水利工程真實全三維實體數字仿真模型，能夠完全精確模擬水工建筑物的各個細節。計算機輔助設計能夠精確計算需要的各截面的面積、各點的坐標以及體積，其精度能夠滿足水利工程量計量要求。將水工建筑物各構件的材料構成及使用范圍輸入到水工建筑物的三維數值仿真模型中，精確計量程序不僅能夠計算工程量，而且還能夠計算各種材料的用量，為施工期業主支付計量和材料供應計劃提供科學的依據。

施工方案動態分析及查詢:利用計算機模擬系統模擬施工過程，不僅可全面、周密地反映各種影響施工的因素，而且改變施工參數、修改方案比較及敏感性分析均比較容易，可完全彌補傳統工程類比法的缺點。采用計算機模擬施工方案能成功解決過去依靠人工手段無法解決的許多難題，能極大的提高工作效率，取得巨大的技術經濟效益。根據數字化工程施工過程中的一般規律、施工工藝和流程、合同文件、技術規范以及實體特定的結構形式、施工條件的特定要求，利用預先設計的模塊建立系統分析模型和模擬計算數學模型。設計相應的數據庫管理、數據錄入及編輯、模擬施工過程計算、圖形處理、報表自動生成及分析、查詢以及菜單控制等系統，集成在統一界面下完成所有的功能。

4 結語

3S技術在水利建設上的應用越來越廣泛和深入，要想在水利工程建設管理中更好地應用和發展3S技術，首先要在標準化、規范化的基礎上，大力開展水利工程建設管理的基礎數據庫建設。此外還要加快提高3S技術的應用水平，充分發揮3S現有的和潛在的功能，并且與網絡計算機等高新技術以及水利工程建設本身的技術緊密地結合在一起，更好的服務于水利工程建設。