探討水利工程測量中3S 測量技術的應用

嚴傳勇

(惠州市華禹水利水電工程勘測設計有限公司，廣東 惠州 516000）

1.引言

在信息技術不發達的年代，水利工程的前期施工測量都是靠人們親自進行測量，由于水利施工現場一般水流湍急，一般無法進行準確的測量，大多都只能通過初步判斷后，進行粗略的施工，再進一步的進行測量，并再次施工，十分麻煩，且導致了大量的失敗的水利工程案例，隨著現代高科技和后人的不斷努力，方方面面運用到了科技信息化技術，3S 測繪技術在現代水利工程中起到了重要的作用。

2.3S 技術介紹

3S 技術由GIS 技術、GPS 定位系統、RS 技術組成（如圖2），三者的結合很好地改善了水利工程測量的技術性弱點，且實現了空間中部分數據的收集和處理，在世界很多工程中都使用。相比于以往的測繪技術相比，從人工成本和時間上都得到了大大的縮短，且不受一些惡劣環境和天氣因素，受到廣泛應用。

圖1 3S技術的組成及聯系

2.1 地理信息系統簡介。地理信息系統簡稱GIS，顧名思義，其包含了地表上空間中的一些資料信息，下至一些森林江河分布信息，或者某一個地區的人口建筑分布，上到大氣云層流向變化等。地理信息系統將這些信息進行收集儲存，并且經過一系列操作將信息傳導到使用者的手中（如圖2）。

地理信息系統依靠計算機和基礎地理的支持，形成了以地理信息為主的學科，被廣泛應用。而且，經過經計算機的演算技術，可以進行一定范圍內的科學性預測，現代的很多關于海平面沉降，冰山融化等都是通過地理信息技術預測的。而且通過計算機的顯示技術，將難以理解的數據信息轉化成通俗易懂的圖像，從而能夠較為直觀的預測到水利工程的未來變化，改善水利工程施工的效率。

圖2 地理信息系統

2.2 遙感技術簡介。遙感技術簡稱RS 技術，在水利工程測量的3S技術中承擔信息數據處理的應用載體功能。遙感技術通過對數據信息的采集獲取處理應用對相應的物體進行測量的。其主要原理是通過太陽或其他物體的電磁波對地表物體反射情況不同，而能夠獲取的不同物體的具體信息并通過計算機對信息分析處理（如圖3）。而相比與以往的工程測量需要按期進行監測，遙感技術可以實時進行分析監控，并且具有監測，預警等功能。為后期的水利工程測量和施工提供了充分且具體的數據。

圖3 遙感的工作過程

2.3 全球定位系統簡介。全球定位系統，簡稱GPS，是現代人們的生活最熟悉的應用系統之一，也是3S 技術的最重要的部分之一。其原理是借助地球衛星對某個位置上的一個點進行定位，并明確了其精準的坐標位置（如圖4）。在圍繞地球的24 顆衛星中，通過不同的排布方式，而實現每個時刻都可以有四個以上的衛星對地區進行全覆蓋，并提供相應的位置信息。地面也是由多個基站和一個總站組成，對衛星傳回的位置和其他信息進行處理分析，并且匯總到主站，生成一些具體的指令和信息，主站再通過總控制臺傳回衛星，形成一個完整的信息鏈。

圖4 GPS工作原理公式

3.水利工程中3S 技術的實際應用

3.1 獲取水利工程中河流的水文信息。關于河流的相關信息，包括流速大小、水流量的快慢、隨著季節水量的變化，泥沙量的大小、以及汛期，結冰期等。在信息技術不發達的年代是需要人力進行走訪勘測，對歷年的水文資料進行翻閱研究，還要對勘測的數據與歷年的情況對比，避免出現較大的誤差。水對于水量的測算就更為復雜，需要乘船對河流的深度逐一地進行測量，并且采用公式進行水量的初步測算，而水量在每個季節都是不同的，這就需要在一年中進行多次測算。所以，傳統的水利測量工作費時，費力，還存在著較大的誤差，這就導致了以前的水利工程進展緩慢，無法按時交工的原因。所以，現代技術的進步直接帶動了整個水利工程行業的發展，具有里程碑式的意義。3S 技術作為現代水利工程中最為實用的現代科技技術，先是通過遙感技術，對水底的地形等信息進行檢測分析，再通過以往此河道的相關信息，對此河流進行模擬分析預測，來判斷旱澇、汛期等。

3.2 水流大小的實時監測。受到外界因素的一些影響，使得水流流量、流速等一直在一個動態的波動的狀態，在沒有計算機的年代，這些變化和波動根本不可能進行詳細的記錄，并且進行測算的也是具有較大誤差的。而通過3S 技術中的全球定位系統，可以將水流流量、流速的一些波動狀態的數據進行一個實時記錄，并且可以自動對以往的水流情況進行分析，發現存在異常狀況會及時反饋給監控人員，將一些自然災害進行科學的預測并提前預警。并且經過各種演算過程，將數據簡單化處理后流向其他方面進行使用。此外，此技術還可以對全球的水資源，冰川情況進行監控與預測，做出了不少關于氣候變暖，冰川融化的科學性預測來警示人們。

4.3S 技術分別在水利測量中的具體應用

4.1 地理信息系統應用。通俗的講，水利工程是可以將河流的水資源進行合理的利用，在進行3S 技術水利工程測量中，在施工前期相關單位需要對河道進行詳細的考察了解，并對以往的水文信息進行查錄。首先，通過地理信息系統對該水域的現狀進行采集分析，像一些水利工程施工的河流長度，河道的寬度，以及深度等一些數據。通過對現有數據的進行完善，為水利工程施工和后期的維護方面提供可靠的數據信息，相關技術人員還可以在對信息進行分析后，提出一些水利工程的建設意見，將水利工程在后期抵御洪澇災害方面起到關機鍵性的作用，并且能夠有一些真獨行的方案，減少災害帶來的財產損失。

4.2 GPS 定位系統。在進行水利工程施工時，首先是需要對相應的監測點進行精確定位檢測，并采用統一的計量單位進行后期的計算，有利于計算進行測量圖像的生成。3S 技術大大減少了在水利工程測量的誤差，全球定位系統可以精確到毫米級別，從而避免了因為誤差而對工程項目產生不利影響。利用GPS 進行定位后再利用地理信息系統進行水位的實時變化，獲取到較為準確且實時水文信息，對推動水利工程的建設具有積極地意義。

4.3 RS 技術應用。在進行3S 技術的應用過程中，RS因其為基礎應用而具有很高的利用價值。通過遙感技術對水利工程進行區域圖形化監控，并將實時的水位深度變化反饋給技術人員，為水利工程測量提供信息數據基礎。該技術還可以將數據與圖像串聯，是技術人員能夠更直觀的監測水位變化。通過對采集處理的數據進行可視化分析，并且調用地理信息系統將信息進行進一步處理。此應用可以對水源的質量進行檢測，并且也可以對災情之后對水利工程的損傷情況進行評估。

5.結語

隨著科學技術的發展，水利工程測量技術也在不斷的升級，而3S 技術應用的高效簡潔性確保其在短時間內很難被超越。而近些年來，隨著水利工程的建設規模的增長，使得在進行3S 技術操作時也提出了更高的要求。水利工程對測量的精準度也是具有很高的要求的。雖然3S 技術在水利工程測量的才剛剛起步，但已經受到廣泛的使用。這也推動了3S 技術的不斷革新。