水利工程施工新技術(shù)的應(yīng)用探討

吳飛飛

(南昌市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，南昌 330009)

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水利工程施工新技術(shù)的應(yīng)用探討

吳飛飛

(南昌市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，南昌 330009)

水利工程施工技術(shù)是否先進(jìn)直接影響整個(gè)工程質(zhì)量及工程經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益的發(fā)揮，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的背景下，水利工程施工新技術(shù)也得到長足發(fā)展，文章對(duì)GIS技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)、GPS定位技術(shù)等在水利工程施工中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，以期對(duì)新技術(shù)與水利工程施工的高效結(jié)合提供借鑒指導(dǎo)。

水利工程；施工；GIS技術(shù)；GPS定位技術(shù)

0 前 言

水利工程施工規(guī)模較大、建設(shè)周期長，對(duì)施工環(huán)境會(huì)產(chǎn)生較大擾動(dòng)，施工機(jī)械及工程爆破等施工過程對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生較大的影響與破壞，為此，探討水利工程施工新技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，充分發(fā)揮水利工程的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益及生態(tài)效益意義重大。

1 水利工程施工新技術(shù)的應(yīng)用

1.1GIS技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)

1.1.1GIS技術(shù)概述

GIS(GeograpHicInformationSystem)是地理信息系統(tǒng)的簡稱，該系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、地理數(shù)據(jù)和用戶三方組成，結(jié)合可視化平臺(tái)及地理數(shù)據(jù)空間屬性的基礎(chǔ)上，將圖形與數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，是傳統(tǒng)地圖學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)有機(jī)融合的一項(xiàng)空間技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)量大繁雜的水利信息的采集、存儲(chǔ)、分析、管理。當(dāng)前GIS技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水利工程施工的各個(gè)環(huán)節(jié)，例如國家防洪抗旱(災(zāi))總指揮部所開發(fā)的“區(qū)域性防洪減災(zāi)信息系統(tǒng)”便是基于GIS技術(shù)所開發(fā)的。GIS應(yīng)用于水利工程施工的時(shí)間不長，通過三維全景將施工總布置進(jìn)行虛擬化展現(xiàn)，可以將工程各分部在時(shí)間和空間上的相互關(guān)系直觀展現(xiàn)出來，并進(jìn)行水利工程與建筑物施工全過程的動(dòng)態(tài)仿真演示與可視化分析、查詢和統(tǒng)計(jì)，直觀而清晰表現(xiàn)出水利工程施工的動(dòng)態(tài)過程。

1.1.2GIS技術(shù)支持下的水利工程施工信息管理

水利工程勘察資料的收集與管理在過去一直以紙質(zhì)檔案為主，并借助常用的檔案管理軟件及數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分類與管理，無法實(shí)現(xiàn)信息共享、信息利用率低，信息表現(xiàn)形式單一，無法表現(xiàn)水利工程勘察信息所具有的空間特性。而通過GIS技術(shù)進(jìn)行空間數(shù)據(jù)處理與管理既能表現(xiàn)信息所附帶的空間信息，又具有強(qiáng)大的圖形圖像屬性處理能力與轉(zhuǎn)換能力，并提供相應(yīng)的處理、轉(zhuǎn)換、制圖等功能，并將已有的巖層、構(gòu)造、水文等物理力學(xué)性質(zhì)勘察資料與GIS數(shù)據(jù)有機(jī)融合、重新構(gòu)造、形象展現(xiàn)，并實(shí)現(xiàn)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)聯(lián)。

圖1 空間實(shí)體數(shù)據(jù)之間的關(guān)系

從上圖可以看出，數(shù)字高程DEM模型與正射影像都屬于柵格數(shù)據(jù)格式，兩者的疊加便形成水利工程施工的數(shù)字三維場景(3DScene)，二維GIS數(shù)據(jù)是矢量格式，兩者與投影、坐標(biāo)系等大地參照系存在空間依存關(guān)系，而三維場景中，這些圖形及符號(hào)等三位模型對(duì)象仍通過OID與數(shù)據(jù)庫中的專業(yè)屬性表格相互關(guān)聯(lián)，并通過面向數(shù)據(jù)庫模型將二維與三維模型特征集成為具有智能特征的對(duì)象實(shí)體，并實(shí)現(xiàn)水利工程施工信息的傳遞、轉(zhuǎn)換與共享。

1.1.3 基于GIS的AutoCAD制圖與管理技術(shù)

AutoCAD是常用的計(jì)算機(jī)輔助制圖軟件，常用于土木建筑、地質(zhì)測繪、水利工程、航空航天等領(lǐng)域的二維繪圖、文檔設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì)，國內(nèi)許多研究院所在廣泛研究AutoCAD與GIS集成方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合自動(dòng)化制圖之需要，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，開發(fā)出了地質(zhì)自動(dòng)成圖軟件，兼具參數(shù)化繪圖、圖形信息自動(dòng)查詢、圖元數(shù)據(jù)處理分析多種功能。系統(tǒng)在保留AutoCAD傳統(tǒng)繪圖功能的基礎(chǔ)上，提高了制圖速度與效率，為水利工程設(shè)計(jì)施工制圖工作提供了便利。

表1 基于GIS的AutoCAD技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

1.2GPS定位技術(shù)

1.2.1GPS定位技術(shù)概述

GPS(GlobalPositioningSystem)全球定位技術(shù)可以為系統(tǒng)內(nèi)用戶提供實(shí)時(shí)的精準(zhǔn)的三維位置、三維運(yùn)動(dòng)速度等信息，且系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，在環(huán)境監(jiān)測、水利工程施工、災(zāi)害預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)監(jiān)測等領(lǐng)域運(yùn)用日益廣泛。GPS定位技術(shù)既能為水利工程施工與興建提供精準(zhǔn)的測量數(shù)據(jù)信息，又能為完建的水工工程實(shí)時(shí)監(jiān)測提供便利，該技術(shù)在三峽工程、南水北調(diào)工程、葛洲壩等水利工程施工與管理中都曾采用。

GPS定位技術(shù)包括地面監(jiān)控和空間星座兩部分，其中的地面監(jiān)控部分由包括衛(wèi)星監(jiān)測站、主控站和信息注入站在內(nèi)的5個(gè)地面測站組成，GPS的用戶設(shè)備包括接收機(jī)硬件和處理軟件兩部分，用戶通過接收機(jī)硬件接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，并通過處理軟件對(duì)信號(hào)加以處理并將其轉(zhuǎn)換為地理位置、速度等可用信息，并為水利工程施工管理提供指導(dǎo)。GPS定位技術(shù)與傳統(tǒng)的信息收集處理技術(shù)相比，具有顯著的優(yōu)勢：①定位精度高，GPS在50km范圍內(nèi)定位精度可以達(dá)到1×10-6-2×10-6，在100-500km范圍內(nèi)定位精度可以達(dá)到1×10-6-1×10-7，1000km范圍內(nèi)定位精度可以達(dá)到1×10-9；②測站間無需通視便可根據(jù)水利工程施工需要靈活選點(diǎn)定位，且不受天氣干擾，在任何時(shí)間地點(diǎn)全天候連續(xù)觀測；③觀測歷時(shí)短，20km范圍內(nèi)靜態(tài)定位只需要15-20min。

1.2.2GPS定位技術(shù)在水利工程施工的應(yīng)用

1)GPS定位技術(shù)用于大壩、滑坡變形監(jiān)測

水利工程施工過程中及施工后的運(yùn)營期間，必須對(duì)大壩進(jìn)行變形、滑坡監(jiān)測，運(yùn)用GPS定位技術(shù)監(jiān)測的區(qū)域不大，但是監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)密集而合理，一般是在具有代表性的區(qū)域范圍內(nèi)布設(shè)觀測點(diǎn)，并在離監(jiān)測點(diǎn)較為合適的位置建立基準(zhǔn)點(diǎn)，并在此架設(shè)GPS信號(hào)接收機(jī)，在連續(xù)的幾期觀測后獲得變形點(diǎn)的坐標(biāo)、具體位置及變化情況等信息，以此為基礎(chǔ)建立大壩突變模型，進(jìn)而分析大壩變形、滑坡等的變動(dòng)規(guī)律并為大壩除險(xiǎn)加固提供指導(dǎo)。通過全站儀也可以獲取大壩監(jiān)測點(diǎn)高精度位置的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但是全站儀所需人力較多，而是用GPS技術(shù)進(jìn)行觀測則可以大大節(jié)省人力，簡化外業(yè)操作，但是儀器費(fèi)用較高，為此河海大學(xué)研制出了GPS一機(jī)多天線系統(tǒng)，該系統(tǒng)中只需在總部安裝一臺(tái)GPS接收機(jī)，在監(jiān)測點(diǎn)只需安裝天線并使之與接收機(jī)相連，從而大大降低監(jiān)測系統(tǒng)的硬件安裝成本。

2)GPS定位技術(shù)用于截流施工

截流施工工期都比較緊張，其中的水下作業(yè)條件較差，受水下地形資料準(zhǔn)確性的影響較大，傳統(tǒng)的人工測量手段無法保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，且比較耗時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足截流施工水下作業(yè)的需要。而GPS定位技術(shù)可以克服上述人工測量的缺陷，保證截流施工的順利進(jìn)行，GPS定位技術(shù)中的差分系統(tǒng)可以進(jìn)行水下地形實(shí)時(shí)監(jiān)測，待系統(tǒng)完成水深數(shù)據(jù)采集和定位后，會(huì)利用處理軟件進(jìn)行數(shù)字化成圖，為截流施工水下作業(yè)提供精確、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

3)GPS實(shí)時(shí)測控系統(tǒng)

作為水利工程施工過程中所推廣采用的新技術(shù)，GPS實(shí)時(shí)測控系統(tǒng)既可以直接用于地面采樣點(diǎn)的自動(dòng)快速精準(zhǔn)定位，又可以用于多級(jí)布網(wǎng)、加密等復(fù)雜性測量工作。通過GPS定位技術(shù)進(jìn)行高精度控制網(wǎng)的布設(shè)，并選定若干個(gè)固定點(diǎn)作為施測基準(zhǔn)點(diǎn)，以此為中心進(jìn)行連續(xù)觀測，GPS定位技術(shù)所具有的優(yōu)勢可以在幾分鐘內(nèi)在10-20mm的范圍實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。

2 結(jié) 論

通過加強(qiáng)新技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用，既可以大大提高監(jiān)測與測量精度，為工程施工提供科學(xué)指導(dǎo)，又可以解放人力，提升測量工作效率，此外還可以通過加強(qiáng)環(huán)境影響監(jiān)測減輕水利工程施工過程對(duì)環(huán)境的不利影響，建立綜合考慮水資源生態(tài)功能、環(huán)境保護(hù)功能的水利工程綜合開發(fā)建設(shè)新模式。

[1]高承恩，李德明.南水北調(diào)工程總干渠安陽段施工測量中GPSRTK技術(shù)的應(yīng)用[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2016(01)：90-92.

[2]王國慶.新時(shí)期水利工程中GPS測繪新技術(shù)的發(fā)展及作用研究[J].吉林農(nóng)業(yè)，2013(05)：92-93.

1007-7596(2017)02-0131-03

2017-02-14

吳飛飛(1961-)，男，江西南昌人，工程師。

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