運用3S技術(shù)進行水利工程建設(shè)管理的探討

摘 要:近年來3S技術(shù)在水利現(xiàn)代化中應(yīng)用越來越廣，本文就如何運用3S技術(shù)手段，對水利工程建設(shè)實行科學(xué)的管理進行了粗略的探討。

關(guān)鍵詞:3S技術(shù) 水利工程建設(shè)管理 可行性 測繪手段采集信息 仿真技術(shù) 數(shù)字化管理

中圖分類號:TV221.1文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)01(a)-0204-01

3S技術(shù)是遙感技術(shù)(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)的統(tǒng)稱，是空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)和計算機技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合，多學(xué)科高度集成的對空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)。隨著3S技術(shù)的不斷發(fā)展，3S一體化技術(shù)在水利數(shù)字信息化中越來越顯現(xiàn)出其至關(guān)重要的地位。

1 運用3S技術(shù)進行水利工程建設(shè)管理的可行性

隨著國家未來發(fā)展的需要，我國的水利工程建設(shè)也進入了一個高速發(fā)展階段。高效的信息采集、科學(xué)的分析決策是現(xiàn)代水利工程建設(shè)管理的必然趨勢，這是3S技術(shù)在水利建設(shè)管理中能充分發(fā)揮優(yōu)勢的前提條件。計算機技術(shù)的飛速進步，為3S技術(shù)在水利工程建設(shè)管理上的運用奠定了堅實的基礎(chǔ)。

水利工程建設(shè)管理具有時效性強、信息量大，多為動態(tài)監(jiān)測、過程監(jiān)測的特點。同時，對工程建設(shè)信息數(shù)據(jù)需要進行深層次的分析，為管理層提供科學(xué)的計算結(jié)果和決策依據(jù)。而實時的三維3S系統(tǒng)就能滿足這些需求，并且更為直觀。

2 利用3S技術(shù)測繪手段進行數(shù)據(jù)信息采集處理

由于GPS定位系統(tǒng)具有定位精度高，實時定位速度快，提供三維坐標，操作簡便，全天候作業(yè)及全球地面連續(xù)覆蓋等特點，在測繪上首先得到了廣泛的應(yīng)用。

實時動態(tài)(RTK)技術(shù)是在GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的、能夠?qū)崟r提供流動站在指定坐標系中的三維定位結(jié)果，并在一定范圍內(nèi)達到厘米級精度的一種新的GPS定位測量方式。RTK測量可以不布設(shè)各級控制點，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準控制點，便可以高精度、快速地測定圖根控制點、界址點、地形點、地物點的坐標，利用測圖軟件可以在野外一次生成電子地圖。同時，也可以根據(jù)已有的數(shù)據(jù)成果快速的進行施工放樣。

正是因為這些新技術(shù)的運用淘汰了常規(guī)的導(dǎo)線控制測量的方式、施工放樣的高程測量方法，同時也為水利工程數(shù)字化管理奠定了數(shù)據(jù)信息采集的基礎(chǔ)。

3S技術(shù)的結(jié)合，取長補短，三者之間的相互作用行成了信息采集、處理的框架。將地形原始數(shù)據(jù)輸入到GIS系統(tǒng)，經(jīng)過數(shù)據(jù)過濾后轉(zhuǎn)化為三維矢量數(shù)據(jù)，進而生成三維地面模型DTM(利用內(nèi)插手段，可以生成更高精度的DTM)。通過生成的數(shù)字地形模型，與虛擬技術(shù)形成的建筑物疊加整合，可以實現(xiàn)整個工程布置的動態(tài)可視化。

3 與仿真技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)水利工程建設(shè)數(shù)字化管理

在項目實施管理階段，為了及時了解項目的實施進展情況，防患于未然，把3S技術(shù)作為一種高效的信息采集、處理、分析手段，把水利工程的設(shè)計、管理主要涉及到設(shè)計工作過程、相互之間的關(guān)系和結(jié)果，通過的計算機平臺及輔助設(shè)備以可視化的形式展現(xiàn)出來，達到虛擬設(shè)計、虛擬制造的目的。

實現(xiàn)水利工程建設(shè)數(shù)字化管理的基礎(chǔ)是建立一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，包括地質(zhì)地形的空間數(shù)據(jù)、水工建筑物(大壩、廠房等)的三維實體數(shù)據(jù)、施工計劃組織的實時數(shù)據(jù)以及真實條件下的計算機仿真和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)等。在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺之上，任何修改都將及時地反饋給整個工程的相關(guān)部門和人員，并及時地通過三維圖形的方式展現(xiàn)出來。下面我就水利工程建設(shè)管理中常見的幾個課題方案進行探討，僅供大家參考。

在地質(zhì)勘探方面:可以利用航拍、地質(zhì)鉆探，結(jié)合3s技術(shù)得到的地形、地質(zhì)數(shù)據(jù)，直接生成地形的三維模型包括地下三維地質(zhì)情況的分布，便于直接了解復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造情況，方便地進行地形模型的建立，作為水利樞紐建筑物、引水工程管線等設(shè)計的原始依據(jù)。

工程進度、質(zhì)量等多方面的控制:在三維地形表述的基礎(chǔ)上，建立水利水電工程的全三維模型，使水工建筑物、機電設(shè)備等與地形數(shù)據(jù)完全相關(guān)，從而構(gòu)成一個復(fù)雜的水利工程建設(shè)管理系統(tǒng)，真實反映工程建成以后的面貌。再將實時采集的數(shù)據(jù)信息進行處理，形成實時的工程三維模型，與之前建立的全三維模型進行比對分析，動態(tài)展示水利工程施工全過程，得出詳細的施工強度、施工順序和施工質(zhì)量等重要指標。使工程的項目管理做到實時控制與動態(tài)管理，以便科學(xué)指導(dǎo)工程施工，輔助業(yè)主和監(jiān)理工程師進行有效的決策。從而實現(xiàn)進度、質(zhì)量等多方面的控制管理。

設(shè)計方案選擇及設(shè)計變更:建立的三維模型還能夠輸出到有限元分析軟件中，進行結(jié)構(gòu)強度的預(yù)測。三維模型不僅可以與地形模型很好地關(guān)聯(lián)，而且工程模型是參數(shù)化的，一旦設(shè)計有新的更改，只需要修改相應(yīng)部分的三維模型，與此相關(guān)的設(shè)備、管線布置以及由三維模型自動投影生成的二維工程圖(圖形交換)都會得到相應(yīng)的修改，從而保證了設(shè)計的唯一性和相關(guān)性，快速地完成多個設(shè)計方案的對比和選擇。

工程支付計量和材料管理:通過建立水利工程真實全三維實體數(shù)字仿真模型，能夠完全精確模擬水工建筑物的各個細節(jié)。計算機輔助設(shè)計能夠精確計算需要的各截面的面積、各點的坐標以及體積，其精度能夠滿足水利工程量計量要求。將水工建筑物各構(gòu)件的材料構(gòu)成及使用范圍輸入到水工建筑物的三維數(shù)值仿真模型中，精確計量程序不僅能夠計算工程量，而且還能夠計算各種材料的用量，為施工期業(yè)主支付計量和材料供應(yīng)計劃提供科學(xué)的依據(jù)。

施工方案動態(tài)分析及查詢:利用計算機模擬系統(tǒng)模擬施工過程，不僅可全面、周密地反映各種影響施工的因素，而且改變施工參數(shù)、修改方案比較及敏感性分析均比較容易，可完全彌補傳統(tǒng)工程類比法的缺點。采用計算機模擬施工方案能成功解決過去依靠人工手段無法解決的許多難題，能極大的提高工作效率，取得巨大的技術(shù)經(jīng)濟效益。根據(jù)數(shù)字化工程施工過程中的一般規(guī)律、施工工藝和流程、合同文件、技術(shù)規(guī)范以及實體特定的結(jié)構(gòu)形式、施工條件的特定要求，利用預(yù)先設(shè)計的模塊建立系統(tǒng)分析模型和模擬計算數(shù)學(xué)模型。設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)錄入及編輯、模擬施工過程計算、圖形處理、報表自動生成及分析、查詢以及菜單控制等系統(tǒng)，集成在統(tǒng)一界面下完成所有的功能。

4 結(jié)語

3S技術(shù)在水利建設(shè)上的應(yīng)用越來越廣泛和深入，要想在水利工程建設(shè)管理中更好地應(yīng)用和發(fā)展3S技術(shù)，首先要在標準化、規(guī)范化的基礎(chǔ)上，大力開展水利工程建設(shè)管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)。此外還要加快提高3S技術(shù)的應(yīng)用水平，充分發(fā)揮3S現(xiàn)有的和潛在的功能，并且與網(wǎng)絡(luò)計算機等高新技術(shù)以及水利工程建設(shè)本身的技術(shù)緊密地結(jié)合在一起，更好的服務(wù)于水利工程建設(shè)。