淺談3S技術在水利工程測量中的應用

李亞新

（長春市水利勘測設計研究院，吉林 長春 130062）

水利不僅是國民經濟中的基礎設施，而且在基礎設施中處于首位。作為國民經濟基礎設施的水利行業同樣面臨著信息化建設的問題，水利信息化是水利現代化的基礎和重要標志。從國家到地方，從領導到大眾，水利行業信息化確實引起了重視，并建立了眾多的水利信息系統，但普遍存在著網絡功能弱、數據共享能力弱、數據更新手段受限、數據可視化手段單一、系統各自為政和缺乏決策支持分析能力等弱點。

GPS是一種可以定時與測距的空間交匯的導航系統，通過接收衛星信息來給出（記錄）地球上任意地點的三維坐標以及載體的運行速度，同時它還可給出準確的時間信息，具有記錄地物屬性的功能。90年代以后，GPS技術開始應用在水利行業中。“3S”技術是英文遙感技術（Remote Sensing RS）、地理信息系統（Geographical information System GIS）、全球定位系統（Global Positioning System GPS）這三種技術名詞中最后一個單詞字頭的統稱，是數字水利的支撐技術。

1 什么是3S技術

3S技術是遙感(RS)、地理信息系統(GIS)及全球定位系統(GPS)的統稱。是一門具有信息采集、分析、處理、管理等功能的多學科、多專業的現代新技術。已經在很多行業被廣泛應用，通過此項技術可以很輕松得到待測位置的環境空間信息，并可以分析建立相關數學模型，進而起到管理的功能。

2 3S技術的特點

3S技術中的衛星遙感技術，簡稱RS，通過高空衛星可以實現遠程無接觸的勘測，并采集相關信息，獲取其分類的信息。這項技術的優點就在于不管待測環境有多復雜，勘測可以替代人的現場勘測，直接利用電磁波的多普勒效應，利用波的反射，可以產生待測地區的相關信息，并通過模型進行識別、分類，最后能夠對后續的科學研究服務。

3S技術中的地理信息系統，簡稱GIS，主要的作用是對衛星遙感勘測空間數據進行分析處理，分析地理圖形，利用計算機相關的專門軟件，可以編輯、分析數據，一般是能夠得到一些空間構造，或者是三維的空間地理圖形。

GPS是全球定位系統技術的英文縮寫，是建立在衛星通信技術上的一個應用，被廣泛應用與軍事、工農業生產等等領域，它的特點就是可以在全球范圍內，提供快速的定位、測速和導航等功能服務，在軍事前沿，GPS技術已經演化的更加全面，而且變得無所不能了。結合現代光學，GPS技術大大改善了傳統定位導航不精確的缺點，將定位導航還有高清晰成像相結合，成為目前軍事、工業生產等方面的高精尖技術。

隨著3S技術在測繪科學中的應用日趨成熟并廣泛應用到水文測量中，傳統河道的水文監測，既費時費力，也不準確，采用新技術后其效率和準確度有了很大提高

3 水利測量傳統方法存在的缺陷

傳統的河道檢測，我們采用經緯儀、六分儀、水準測試儀等，這些儀器手工測量，勞動強度很大，而且受地理環境影響，待測位置有很大限制，因此在測量待測地帶的物理性質時，就會產生很多的困難，比如山洪、泥石流等自然災害發生時，傳統測試方法就顯得費工費力，不出力，無效率。

分析流量的變化主要反映河道的變化情況。通常包括一對河道形態變化，河流縱剖面變化和深泓線變化。水下地形、體積的測量，以沖淤量計算水文測量為基礎，可以及時了解沖淤變化的河流情況，通過此項分析可以做到水資源的合理調度，沉積物控制，為科學管理工作提供了決策依據。

在傳統的檢測是忽視河流動力學方面研究的。在許多檢測方法中，我們經常用截面法，即利用河道槽蓄量變化判斷河床。該方法的前提是部分間距可以準確測量，部分之間的海底地形和河床變化規則沒有區分。而實際地形變化復雜，河床不平，所以這種方法計算的沖淤量無法準確反映河床變化。

4 3S技術應用前景與展望

3S技術在水利信息化中的發展不僅與計算機硬件和操作系統、原數據庫的建設，數據倉庫、數據挖掘、網絡、數據庫管理與自動成像等技術的發展是緊密相關的，而且與水利行業信息化的進程，尤其是數字化的進程緊密相關。在技術上已經發展并逐步成熟，而且在水利行業開始應用的主要有以下幾個趨勢：

4.1 網絡化

將計算機技術與網絡技術緊密結合，實現分部的計算分析，實時的資源共享和信息查詢服務等功能，建立水利測量信息化平臺，實現檢測聯動和信息共享。

4.2 集成化

水利信息化進程中的3S技術在實際應用中不僅要通過數據接口將RS、GIS、GPS嚴格地、緊密地、系統地集合起來，成為一個大規模的應用系統。當然還要與MIS或OA系統緊密結合，才可以達到各個功能的完美實現。因此，3S技術與外部系統無縫集成是必然的發展趨勢。

4.3 以數學模型和決策分析為支撐

要讓新的測量技術發揮最大功能，僅僅得到一些圖片或者是數據這是遠遠不夠的，因此我們的水利測量人員要發揮軟件的所有功能，利用特有分析功能，建立相關數學模型，利用這些很專業的算法和更深入的比對分析，最后可以得到較準確地計算結果，這些結果對于相關部門的決策實施起到了重要的指導作用。

4.4 實時三維和虛擬現實技術

水利問題不是一塵不變的，往往需要我們有前瞻性，很多時間序列和動態問題，需要技術人員實現能夠通過各種技術手段能夠得到相關信息。因此，加上時間維的3S技術應用需求很廣。三維尤其是災時的三維3S系統為各種水利信息提供了更為直觀的表現方式。在調水線路沿線貫穿飛行，城市及蓄滯區洪水演進，水利工程布置，大壩及堤防等工情信息的表達、地面與地下結合的地質構造描述、水流流動的i維表現、廠房或結構內部的描述、庫區的描述、宏觀地形地貌表現、通視性分析等等方面使用得特別多或者是特別有前景，而且它也是虛擬或仿真的基礎。

5 GIS技術在河道測量中的應用

GIS是作為重要應用工具還具有計算距離、表面積、周長等功能，使用方便，簡單易學。GIS利用dem模型數據能立即計算出兩沖淤監測斷面間的沖淤量，不僅便捷且精度大為提高。利用dem模型可以很方便得到某點的高程。河道演變分析主要是沖淤分析。河道某斷面圖的繪制、某地沖淤過程的累積圖等，可直接從圖上提取數據并自動繪制成圖。

6 RTK技術的應用

促進GPS技術向更深、更廣、更新的方向發展，它既克服了常規測量要求點間通視、費工費時而且精度不均勻、外業不能實時了解測量成果和測量精度的缺點，同時又避免了GPS靜態定位及快速靜態相對定位需要進行后處理，避免了業后處理中發現精度不合乎要求，需進行返工的困擾，RTK實時三維精度可以達到厘米級，大大減輕了測量作業的勞動強度并提高了作業效率。

要在水利行業更好地應用和發展3S技術，必須加強標準化、規范化的基礎建設，大力開展基礎數據庫的建設。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行業本身的技術緊密地結合在一起。為水利信息化和現代化作出它應有的貢獻。

[1]閆 新，楊永輝.3S技術在水利建設領域中的應用討論[J].黑龍江水利科技，2008（02）.

[2]3S技術在河道測量中的應用.水科學與工程技，2007（02）.

[3]黎三喜.水利工程中GPS靜態測量探討[J].甘肅水利水電技術，2009（10）.