测绘新技术在水利工程中的应用研究
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作者: 王国军 潘拥军 杨伟清
一、水利工程中的测绘技术概述
测量工作贯穿于水利工程勘测、设计、施工、运行整个过程,对水利工程建设和管理有着十分重要的作用,现行的水利工程测量工作一般使用水准仪、经纬仪、平板仪和全站仪等仪器进行测绘,或是使用航测仪器进行航测成图,其成果一般都以图件的形式提交和使用,存在着工作量大、外业辛苦、成图时间长、精度不高、难以提供及时的测绘保障等问题,笔者认为,随着计算机技术、GPS全球定位系统及全数字化测图系统的发展成熟,水利工程测量技术必将发生巨大的变革,这些测绘新技术不仅充实了水利工程测量科学理论,且具有较强的可操作性、准确性,能大幅度减少野外工作时间,节省人力、物力、缩短成图周期,提高成图质量,从而提高水利工程测量工作效率,本文对测绘新技术在水利工程建设和管理中的应用进行综合介绍,目的在于让更多的水利工作者把更新更好的测绘技术应用到水利工程建设和管理中,为水利工程建设和管理提供高效的服务。
首先我们来看看GPS垒球定位系统。该系统是美国国防部自七十年代初开始研制的新一代卫星导航和定位系统,到1994年24颗在轨卫星组成了实用的运行系统,该系统能连续向地面发射信号,供地面固定或移动的接收天线所接收,从而实现了在地球上任何地方和任何时刻的自动定位,除了能进行原先设计的实时导航外,通过对数据的离线后处理做了高精度定位。这样就能满足大地测量、摄影测量以及其它定位目的的专业的精度要求,简言之,使用GPS接收机就能测算出地球上任何一点的三维坐标值,而且不受地形和时间的限制,即GPS全球定位系统是垒天候的定位系统,
再就是全自动测图系统。全自动测图系统是指在摄影测量中,采用GPS辅助空中三角测量、多片影像匹配转点、自检校光束平差和自动粗差探测技术,从数字影像自动重建空间三维表面,自动生成数字模型和影像的正射纠正,自动生成带等高线的影像图和三维透视景观影像,全自动测图系统的意义在于,极大地缩短了航测成图周期,减少或免除既费时又辛苦的航测外业工作,提高航测作业功效,充分满足用图的现时性,
最后是GIS地理信息系统和遥感技术(RS)。GIS是指在计算机软、硬件的支持下,对具有空间内涵的地理信息输入、存储、查询、运算、分析和表达的信息系统,GIS的重要特点是给传统的信息系统引入了空间的概念,因而广泛应用于地球科学、环境科学、空间科学等领域,目前我国已建成了百万分之一的“国家基础地理信息系统”(NFGIS),而遥感技术是利用一定的技术设备系统,在远离被测目标处,测量和记录这些目标的空间状态和物理特性。也就是指通过非接触传感器获得所摄目标的影像,从中提取有关目标的形状、大小、位置、性质和相互关系的一门科学,
二、测绘新技术在水利工程建设中的应用
“三S”技术集成为水资源普查、流域规划提供科学依据、水资源普查、流域规划是水利建设的前提,水利建设者和决策者必须对当地水资源进行全面分析,掌握其开发利用情况和利用现状,“三S”技术集成能建立流域地表的时空模型,它不仅提供流域地表及其环境的几何信息,且能给出空间位置,根据需要建立水利建设地理信息系统,对水利建设所需的各种数据进行系统的输入、分析和处理,从而得到当地水资源的详尽资料,在此基础上建设者和决策者可进行较为科学的、更具有指导意义的流域规划。
遥感技术在水利工程勘测中的应用。利用遥感像片已成为编制和订正小比例尺地形图、像片图和专用图的重要手段,这些小比例尺地形图,专用图可直接进行水利工程的流域规划,根据象片判读进一步研究流域的地形特点、地质构造,以选择合适的坝址,确定水库淹没、浸润和坍塌范围,以及库区搬迁、淹没损失和经济赔偿等,即便在无人烟的地方,遥感像片也能提供信息,上述工作可在内业由人工和计算机完成,由此可见,利用遥感技术可明显减少野外工作量,提高成图速度,缩短成图时间。
利用GPS进行水利工程控制测量。水利工程一般选址于深山沟壑之中,对测量来说,地形复杂,地表植被覆盖较多,通视条件较差,国家控制点稀少,光学仪器控制测量难度较大,利用GPS就能较好地解决这些问题,因为GPS接收机不受地形条件、气候、时间的限制和影响,能够及时准确地完成控制测量和其它定位工作,如果采用机载GPS进行航摄,那么航测外业就能大幅度减少或者免做像控点,减少测绘工作量,提高效率。
利用电子平板仪测制水利工程用图。地形图的测绘是将地表面的地物(自然的或人工的)和地貌(地面的高低起伏)按一定的比例尺,用规定的符号测绘到图上,水利工程对所使用的地形图要求较高,图上作业多,为了满足水利工程用图的需要,除了使用现有的地图资料外,每项水利工程都要测制一定数量不同比例的地形图,和控制测量一样,地形图的测制也非常困难,电子平板仪一般使用全站仪采集目标点数据,便携计算机处理数据,这样就简化了测图过程,具体说有这样几个特点:①直接测算出目标点的三维坐标,通过传送线输给计算机处理成图,无需读数记手薄和在图板上手工绘制,②全站仪有高精度、长视距等特性(和平板仪比较),既减少了图根点的布设密度,又可以方便地增补图根点;③电子平板仪测图不受图幅分幅限制,利于展开测图工作,省去了图幅拼接,从而消除拼图误差;④成果即为数字地图,便于收藏携带,可以方便地绘出不同比例尺的地形图和其它专用图,电子平板仪由全站仪、计算机及测图软件组成,设备投资相对较少,效益明显,是取代平板仪和建立数字地图的理想外业设备。
数字地图在水利工程规划设计中的应用。地形图在水利工程规划设计中的应用主要包括:在地形图上进行工程总体规划布置,确定水工建筑物的坐标、高程、方位和规模;在地形图上布置渠道、隧洞、管道等建筑物,并绘制方向断面图;在地形图上确定水库汇水面积、淹没边界线,以便确定水库建设搬迁的范围,以及进行水库库容计算、绘制库容曲线等,数字地图可以从电子平板仪、全自动测图系统和经数字化设备数字化获取,全站仪等设备采集数据,计算机进行数据处理建立数学地面模型(存贮地面特征点的三维坐标表示地面的状态),并生成数字地图,数字地图和数字地面模型的核心意义在于可以根据图上任一点的平面坐标内插来求得该点的高程,据此可以插绘等高线、绘制断面图,进行道路、管线、建筑物等工程的规划设计,数字地图的计算机处理,十分有利于水利工程规划设计的计算机辅助设计(cAD)应用,即编制水利工程规划设计软件就能在数字地图上实现计算机辅助设计,如计算库容量,只需输入坝底高程和库中水位高程,就能在数字地图上计算出库容量和绘制出不同水位高程的库容曲线。
三、小 结
水利工程测量的发展与水利建设事业的发展息息相关,而落后的测量手段必将阻碍水利建设事业的发展,因此,应用测绘科学新技术成就,改善水利工程测量手段,建立水利工程测量系统化、数字化体系,将使水利工程测量的成果资料更及时、更可靠,给水利建设者和决策者提供更科学的依据,为水利工程建设和管理带来效益。
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