水利水電工程測量技術的研究

熊 群 汪細剛

（江西銅安工程集團有限公司，江西 高安 330800）

引言

水利水電工程測量一般包括控制測量、地形測量、施工測量、水下測量、竣工測量和變形監測等幾部分內容，由于大量采用新儀器、新方法，對經典大地測量技術、衛星定位技術（GPS）、數字攝影測量與遙感技術（RS）、GIS技術、地籍與界線測量及多種專業工程測量技術的不斷融合，涵蓋了線路測量、地籍與界線測量、施工測量、計量測量等方面內容，水利水電工程測量服務領域得到了不斷拓寬。

1 控制測量技術

控制測量則是一切水利水電工程測量工作的基礎。隨著科學技術的發展，水利水電控制測量由傳統控制測量過渡到現代控制測量模式，即以GPS等空間定位技術為主、傳統測繪方法為輔，快速高效、高精度確定空間點位的三維坐標。

水利水電工程控制測量按水利水電工程階段和服務內容劃分為測圖控制網和專用控制網兩種類型，包含平面控制和高程控制兩方面測量技術。水利水電工程平面控制網測量技術由傳統的三角（鎖）網發展為三邊網、邊角網、導線網、GPS網、混合網等現代控制網測量技術，近年來GPS衛星定位技術得到廣泛應用：大區域測圖控制網基本采用GPS控制網技術，中小區域測圖平面控制網采用GPS控制網作為首級網或采用多種設備觀測的混合網；專用平面控制網主要采用邊角同測網，部分工程采用GPS布設首級網或直接布設為GPS混合網。水利水電工程高程控制網測量儀器從光學水準儀發展到自動安平水準儀再到數字水準儀、液體靜力水準系統。觀測方法從人工讀數發展到自動讀數紀錄、自動觀測，作業方式從單一的幾何水準發展到測距三角高程、靜力水準、GPS擬合水準等多元作業方式。數字水準儀具有測量速度快、精度高、使用方便、勞動強度輕、可實現內外業一體化等優點得到了廣泛應用。布置了數量足夠分布均勻的高程控制點的小型GPS網，GPS高程可達到四等水準側量的精度；高差不大的平原、丘陵地區可采用GPS高程開展三、四跨河水準測量；若測區建立了高精度的精化大地水準面，長距離的GPS高程可達到二等水準測量的精度。

2 數字地形測繪技術

隨著全站儀和計算機技術的普及應用，形成了多種大比例尺地形圖的數字測繪方法，開發出具有自主知識版權的優秀數字成圖軟件，采用三維測繪技術，不僅可滿足地形圖和專業圖測繪成圖，還可進行GIS前端數據采集與更新。

數字化測繪技術作業模式主要采用電子平板模式、數字測記模式和數字攝影測量模式（含數字近景攝影測量模式）。

電子平板數字測圖系統：全站儀+便攜機（即電子平板）+地形圖繪圖軟件，包括測站和鏡站兩種作業方式，其特點是模擬傳統白紙成圖，作業直觀，無需編碼，測繪不易產生錯漏，但便攜機電池使用時間短（通常為3h左右）、相對笨重且穩定性差，比較適合平坦地區、城鎮地區地形測圖，不適合環境條件惡劣的水利水電工程地形圖測繪。

測記法數字測圖系統：全站儀/GPSRTK+（電子手薄+）草圖+帶有地物編碼的地形圖內業繪圖軟件。缺點是作業不直觀，測量點號與草圖點號可能產生不一致，易產生地物錯漏，對現場繪制草圖人員要求較高，但適合各類環境數字地形圖測繪。

掌上數字測圖系統：全站儀+掌上測圖系統（即掌上電腦）+地形圖內業繪圖軟件。掌上數字測圖系統克服了筆記本電腦電子平板的缺點，發揮筆記本電腦、電子手薄、掌上平板的優點，可視化界面，人性化設計，操作簡單，攜帶方便，環境適應性強，是目前較為理想的野外測繪數據采集及成圖工具。

3 變形監測技術

變形監測又稱變形測量或變形觀測，是對被監測對象或物體（簡稱變形體）進行測量，確定其空間位置及內部形態的變化特征。變形監測按其變形監測部位分為外部變形監測（外觀）和內部變形監測（內觀）兩部分，涉及測量學范疇的工作主要為外部變形監測。外部變形監測按變形方向可分為水平位移監測和垂直位移監測。水利水電工程外部變形監測包括變形監測基準網測量、工作基點測量、變形體變形監測、監測資料分析等內容，常用水利水電工程外部變形監測方法主要有以下幾種：

3.1 大地測量法

大地測量方法是變形監測的經典方法，可完成變形監測基準網測量、工作基點測量、變形體變形監測等工作，側量設備采用電子水準儀、精密全站儀（或測量機器人），測量方法包括傳統的三角測量、幾何水準測量、交會測量和現代的邊角測量、三角高程測量等方法。大地測量方法主要特征：利用常規大地測量儀器，理論和方法成熟，測量數據可靠，觀測費用相對較低，但觀測時間長，勞動強度高，精度受到觀測條件影響較大，觀測和數據處理的自動化和智能化程度較低。

3.2 基準線測量法

基準線法是水平位移變形監側的常用方法，土石壩、重力壩、支墩壩等直線形大壩的壩體、壩基一般采用引張線法、真空激光準直法和垂線法觀測，若壩體較短可采用視準線法、大氣激光準直法觀測；拱壩壩體壩基主要采用垂線法或大地測量法觀測；近壩區巖體、高邊坡、滑坡體水平位移監測主要采用大地測量法、視準線法和垂線法。

3.3 液體靜力水準測量方法

垂直位移監測技術主要有水準測量、三角高程測量、液體靜力水準測量技術，目前發展最快的是液體靜力水準測量技術。液體靜力水準測量系統特別適用于壩體廊道內高程觀測及高程傳遞，它通過各種類型的傳感器側量容器的液面高度，可同時獲取數十乃至數百個監測點的高程，具有高精度、遙測、自動化、可移動和持續測量等特點。兩容器間的距離可達數十公里，如用于跨河與跨海峽的水準測量；通過一種壓力傳感器，允許兩容器之間的高差從過去的數厘米達到數米。

4 水下地形測量技術

傳統的水下地形測量采用一般多以經緯儀、電磁波測距儀及標尺、標桿為主要工具，用斷面法或極坐標法及交會法定位，用測深桿和測深錘來采集水深數據，這種方法存在作業效率低，誤差大等諸多缺點，近來已經很少被采用。近年來隨著衛星定位技術的發展，DGPS、GPS RTK及CORS系統配合多波束測深儀進行水下地形測量得到了廣泛的應用。DGPS（差分全球定位系統）是以某已知點作為基準點，基準點的GPS接收機連續接收衛星信號，并與已知點的位置進行比較，確定當時誤差的偽距修正值，將這些修正值通過無線電臺接收，用戶接收機接收修正值來實時校正GPS信號，它具有全天侯、實時連續、高精度等特點。目前GPS RTK及CORS系統定位已達到厘米級的定位精度，并且能夠做到實時無驗潮測量。以上幾種定位技術進行水下地形測量與岸上基準點交會法、極坐標法等定位技術相比，具有極大的優勢，特別是較大面積的水下地形測量，可以大大縮短工作周期，減輕勞動強度。

5 結束語

隨著測繪新技術發展和測繪新設備應用，水利水電工程測量技術得到了日新月異的發展。水利水電工程測量技術發展趨勢和方向是：測量數據采集和處理的自動化、實時化、數字化；測量數據管理的科學化、標準化、規格化；測量數據傳播與應用的網絡化、多樣化、社會化。

[1]王晏民,洪立波等.現代工程測量技術發展與應用,2007(4)

[2]專業測繪與工程測量[J].測繪文摘，2009，(03).

[3]卓健成.測量工程的現代發展動態[J].冶金測繪，1993，(01).