大比例尺數(shù)字測(cè)圖技術(shù)在三峽工程中的應(yīng)用

何 雯 歐陽(yáng)駿 徐小芹 陳瑜彬

(1.湖北省第二測(cè)繪院,湖北武漢 430071;2.長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局,湖北武漢 430010)

大比例尺數(shù)字測(cè)圖技術(shù)在三峽工程中的應(yīng)用

何 雯1歐陽(yáng)駿2徐小芹1陳瑜彬2

(1.湖北省第二測(cè)繪院,湖北武漢 430071;2.長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局,湖北武漢 430010)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新的測(cè)繪儀器及測(cè)圖技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中,水利工程建設(shè)與運(yùn)用中使用 3S技術(shù)及數(shù)字測(cè)圖技術(shù)后,生產(chǎn)效率與成果質(zhì)量大大提高。水利工程測(cè)量使用現(xiàn)代測(cè)圖技術(shù)與 3S技術(shù)相結(jié)合,可使測(cè)量效率及準(zhǔn)確率更高,同時(shí)也使后期加工處理更為方便迅捷。介紹了大比例尺數(shù)字測(cè)圖技術(shù)在三峽工程建設(shè)、壩體變形觀測(cè)及水庫(kù)水資源調(diào)配等方面的應(yīng)用情況。可為類(lèi)似的工程設(shè)計(jì)及運(yùn)用提供參考。

工程地質(zhì)勘察;測(cè)繪儀器;測(cè)繪技術(shù);3S技術(shù);測(cè)圖技術(shù);三峽水利樞紐

1 數(shù)字測(cè)繪儀器

隨著電子科技的高度發(fā)展,尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器正向著自動(dòng)化、數(shù)字化方向發(fā)展,信息化測(cè)繪儀——全站儀是電子經(jīng)緯儀和測(cè)距儀的集成,不僅具有電子測(cè)角和電子測(cè)距的功能,而且還具有自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)和運(yùn)算的能力,有很高的作業(yè)效率,使得大比例尺地面數(shù)字測(cè)圖技術(shù)日趨成熟,成為目前主要的成圖方法,從而促使地形圖測(cè)繪走向自動(dòng)化、數(shù)字化、信息化[1]。

目前,大面積的一級(jí)控制測(cè)量已開(kāi)始使用 GPS全球定位系統(tǒng)。用于控制測(cè)量的靜態(tài) GPS接收機(jī)已實(shí)現(xiàn)天線、接收機(jī)和電源一體化,操作已實(shí)現(xiàn)了完全自動(dòng)化。將全站儀和 GPS集成一體,就出現(xiàn)了“超站儀”。超站儀改變了工程測(cè)量以外的作業(yè)模式,可以實(shí)現(xiàn)控制測(cè)量、碎部測(cè)量和施工放樣的一體化和無(wú)縫銜接作業(yè)。現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器的內(nèi)部大都帶有存儲(chǔ)器,用于記錄、存儲(chǔ)工程測(cè)量數(shù)據(jù),并可用通用的掌上計(jì)算機(jī)(PDA)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、處理和實(shí)時(shí)傳輸一體化。

2 數(shù)字測(cè)圖技術(shù)

現(xiàn)代數(shù)字測(cè)圖技術(shù)正向著高科技和數(shù)字化方向發(fā)展,其中的“3S”技術(shù)是現(xiàn)代數(shù)字測(cè)圖的代表。“3S”是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)的合稱(chēng)。GPS是美國(guó)研制的精密衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),該系統(tǒng)可向全球所有用戶全天候地提供高精度的三維坐標(biāo)、三維速度和時(shí)間信息;RS是一種遠(yuǎn)距離、大面積幾何形態(tài)、位置以及相關(guān)物理特性的傳感手段;GIS是地球空間信息的集成表達(dá)、統(tǒng)計(jì)分析、管理的信息系統(tǒng)。前兩者是當(dāng)代最先進(jìn)的能實(shí)時(shí)快速獲取數(shù)據(jù)和信息的采集工具,后者是數(shù)據(jù)和地球空間信息處理、分析乃至決策的平臺(tái)。利用當(dāng)代多種先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信技術(shù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從采集工具到分析管理決策平臺(tái)之間的自動(dòng)交換,就可形成一個(gè)從信息獲取到信息處理、分析決策,再到最后實(shí)現(xiàn)反饋控制的自動(dòng)控制綜合平臺(tái)。“3S”集成技術(shù)提供了對(duì)地球系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)期的立體的監(jiān)測(cè)能力,為收集、處理和分析地球系統(tǒng)變化的數(shù)量數(shù)據(jù)提供了工具。在大型水利工程中,“3S”技術(shù)是最基本、最有效的數(shù)據(jù)和信息采集、分析處理、表達(dá)決策的工具,它貫穿自勘測(cè)、設(shè)計(jì)、質(zhì)量監(jiān)控、安全監(jiān)控、竣工驗(yàn)收到運(yùn)行監(jiān)控管理的所有階段[2,3]。

3 數(shù)字測(cè)圖技術(shù)在三峽工程中的應(yīng)用

現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)深入到了三峽水利樞紐建設(shè)的各個(gè)階段,其應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段

在三峽水利樞紐規(guī)劃設(shè)計(jì)中,勘測(cè)施工坐標(biāo)框架即控制網(wǎng)的建立,已采用 GPS定位代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三角測(cè)量,勘測(cè)階段已完全采用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)和野外數(shù)字測(cè)圖技術(shù)獲得數(shù)字地形圖。利用數(shù)字地形圖可以實(shí)現(xiàn)三維虛擬現(xiàn)實(shí),在三維可視化可量測(cè)景觀上呈現(xiàn)多種工程設(shè)計(jì)方案,實(shí)現(xiàn)各種工程設(shè)計(jì)仿真,庫(kù)區(qū)淹沒(méi)面積的統(tǒng)計(jì)以及及時(shí)計(jì)算出相應(yīng)的土石方工程量,做出該區(qū)域的環(huán)境評(píng)估,在較短時(shí)間內(nèi)提出多種設(shè)計(jì)方案,使設(shè)計(jì)更加合理、科學(xué),最終獲得最佳設(shè)計(jì)方案。

3.2 施工建設(shè)階段

三峽水利樞紐在施工建設(shè)和現(xiàn)場(chǎng)管理中,除大量采用全站儀進(jìn)行施工放樣、土石方驗(yàn)收,采用數(shù)字水準(zhǔn)儀測(cè)定挖填深度、測(cè)量坡度以外,還采用三維近地激光影像掃描、GPS-RTK實(shí)時(shí)測(cè)圖與工程放樣、航空攝影和衛(wèi)星攝影測(cè)量等方法進(jìn)行實(shí)時(shí)的工程進(jìn)度管理,并可輔以移動(dòng)通信和網(wǎng)絡(luò)通信等手段,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。在山體開(kāi)挖、隧道開(kāi)鑿等危險(xiǎn)施工中,運(yùn)用智能全站儀或 GPS與 GIS集成技術(shù),可實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的自動(dòng)化運(yùn)行和工程安全及質(zhì)量的監(jiān)控。智能全站儀可以控制機(jī)械掘進(jìn)(隧道)的位置和方向,GPS可以實(shí)時(shí)定出施工車(chē)輛的位置和姿態(tài),可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)土方自動(dòng)挖掘控制和工程量精密計(jì)算,從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖和掘進(jìn)的自動(dòng)化。

3.3 工程竣工驗(yàn)收階段

大型水利工程項(xiàng)目竣工之后,需要進(jìn)行竣工測(cè)繪,三峽工程也不例外。現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)能夠快速地獲取多種工程運(yùn)行期間的測(cè)試文檔、圖表資料等信息,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理,并作為工程驗(yàn)收評(píng)估和今后長(zhǎng)期安全運(yùn)行的原始依據(jù)。

3.4 在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在三峽水利樞紐工程竣工之后,需要對(duì)水庫(kù)大壩、大型橋梁等進(jìn)行連續(xù)的、精密的監(jiān)測(cè)。現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)提供了連續(xù)、實(shí)時(shí)的安全運(yùn)行監(jiān)控手段。如采用 GPS、智能全站儀和數(shù)字垂線儀等技術(shù),綜合其他工業(yè)傳感器,即可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、無(wú)人或少人值守的工程運(yùn)行方式。比如,利用三維激光影像掃描儀,可以對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象(大壩、橋梁)進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè),幾秒鐘內(nèi)即可對(duì)整體幾百萬(wàn)個(gè)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行毫米級(jí)的分析,并可以隨時(shí)準(zhǔn)確了解觀測(cè)對(duì)象的整體模型變形情況。

3.5 水庫(kù)水資源調(diào)配

利用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量或數(shù)字測(cè)圖技術(shù)建立數(shù)字地面模型(DTM),應(yīng)用 GIS的分析決策功能,利用水下地形測(cè)量系統(tǒng)(實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài) GPS和數(shù)字測(cè)控儀集成),結(jié)合 DTM,能夠建立水庫(kù)庫(kù)容數(shù)字模型。在已知某一水位的條件下,就能及時(shí)求出其水庫(kù)容量。此外,遙感技術(shù)的應(yīng)用,能夠較準(zhǔn)確地提供某一地區(qū)的干旱情況。根據(jù)庫(kù)容和旱情,即可以合理精確地實(shí)施水資源的調(diào)配。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)全球化、全球信息化的加速發(fā)展,測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展也是日新月異。與此同時(shí),地理空間數(shù)據(jù)基于 Internet的網(wǎng)上數(shù)據(jù)分發(fā)、數(shù)據(jù)查詢、電子商務(wù)等方面也將得到迅速發(fā)展。在科技飛速發(fā)展的今天,傳統(tǒng)意義上的工程測(cè)量己發(fā)生了巨大的變革,新儀器、新技術(shù)的應(yīng)用,使測(cè)量行業(yè)具有了更高的科技含量,同時(shí)對(duì)測(cè)繪人員綜合素質(zhì)的要求也越來(lái)越高[4]。因此,我們還需不斷深入地研究其理論和方法,使之在廣泛的實(shí)踐中得到創(chuàng)新和完善,結(jié)合水利工程建設(shè)中的實(shí)際問(wèn)題,為實(shí)施"數(shù)字水利"作出貢獻(xiàn)。

[1]賀麗娟,曹振一.數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].西北水電,2002,(2):28-31.

[2]王文革,田春華.數(shù)字化測(cè)圖的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2009,(17):80.

[3]楊德麟.大比例尺數(shù)字測(cè)圖的原理方法與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001.

[4]邊 微,李西燦.數(shù)字化測(cè)圖實(shí)踐與認(rèn)識(shí)[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,(3):386-390.

P623

A

1006-0081(2010)12-0037-02

2010-09-28

何 雯,女,湖北省第二測(cè)繪院,助理工程師.

(編輯:趙秋云)