3S測量技術用于水利工程測量的分析

李寧

摘 要：文章首先對3S技術的概念與特征進行概況，對河道水文測量傳統方法的不足之處進行總結，對3S測量技術的運用進行分析，對GIS技術用于河道測量進行研究，對RTK技術的運用進行探討。

關鍵詞：3S測量技術；水利工程；測量；河道；沖淤

1 3S技術的概念與特征

1.1 3S技術的概念

3S技術指的是遙感技術（RS）、地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）的一種綜合性技術，是在集成多學科的基礎上，與空間信息有關的一種現代信息技術，包括對其采集、處理、表達、傳播等，還可以發揮空間實體定位的功能，不僅能夠宏觀地獲得所需要的任何空間信息，還可以對于特定位置空間信息進行分析與處理。

1.2 3S技術的特征

1.2.1 遙感技術（RS）

遙感技術具體指的是衛星遙感技術，不必直接接觸到目標就可以對與其相關的空間信息進行搜集，按照資料信息進行識別與分類。也就是可以實現在地球各個高度平臺上僅僅是對傳感器的應用，即可對地形物反射的電磁波信息進行收集，遙感技術就是針對這些電磁波進行處理、判讀，以此發揮識別數據的作用，可以更好地用于各種科研工作。

1.2.2 地理信息系統（GIS）

地理信息系統是針對空間信息數據，在地理圖形的前提下，運用計算機對空間信息數據進行處理、存儲、分析的一種綜合性技術系統。

1.2.3 全球定位系統（GPS）

全球定位系統是一種定位方法，不僅功能豐富、效率高，而且精度比較高，可以在地球上任意地點、任意客戶提供測速、定位等相關服務，從而對常規定位技術而言是一個比較大的技術飛躍，逐漸替代了普通光學、電子儀器。

2 河道水文測量傳統方法的不足之處

河道水文測量主要是為河道治理、水量調度等應用提供技術支持，其中包括對水下泥表面及附近周邊地帶的物理特性進行測量和描述的一種技術。以往對于河道水文進行測量只能選擇六分儀、水準儀等儀器設備測量，常規的測量方法一方面測量周期比較長，精度不高；另一方面就是需要耗費較大的勞動強度，測量標志的耗費也超乎想象，隨著技術的發展，這種測量方法已經被淘汰，無法滿足河道治理以及動態監測的最新需求。對河道水下地形進行測量，對沖淤量進行計算，都屬于水文測量的重要內容，我們需要及時準確地掌握河道的最新變化，從而為水資源進行科學合理的調度，以及泥沙管控、防洪減災等工作提供正確的技術支持。河道主流改變與河勢改變有直接關系，一般包括河道平面形態改變、縱剖面改變等。河道沖淤分析是針對河道演變分析的一個重要內容，工程中較多地使用斷面法，也就是通過對河道槽蓄量的改變對河道沖淤進行判斷，這個方法必須以斷面間距可以準確測量為基礎，斷面間水底地形與河床的變化不好判斷，沒有支流。實際地形變化比較繁瑣，河床參差不齊，因此這種方法也沒有辦法準確地反映河道沖淤變化。

3 3S測量技術的運用

3.1 通過遙感圖像得到河道水文數據信息

遙感技術得到的河道信息利用信息提取的方式，從而獲得所需專題圖像，利用計算機對圖像進行校正、增強以及分類變化等，把遙感數據信息提供給GIS，在遙感圖像判斷與分析之前，先對遙感圖像進行處理，包括投影變化以及幾何糾正等，為確保遙感圖形和地形圖在地理幾何位置上確保一致，要對遙感圖像進行投影變換的處理，把圖像處理結果轉換成任何GIS可以接受的數據格式皆可。通過圖形資料的利用，特別是電子地圖等圖像資料，促進高程數據提取的便利性，建立與完善數字高程模型，對遙感圖像進行校正。數字高程模型建立之后，通過GIS軟件的分析功能進行各種計算，包括高線計算、體積計算、沖淤量計算等。

3.2 遙感動態監測

遙感動態監測實際上是針對同個地區采用不同時相的遙感圖像，從而得到該地區改變的遙感圖像。動態變化監測目前已經成為一個主要技術，多時相、多類型的傳感器，持續不斷地對統一區域進行資源與環境方面的調查，可以及時、準確地獲取各種情況。并且，以多時相遙感影像技術為基礎，利用重點分析最佳組合波段等技術，結合水體信息特點得出的圖像處理辦法，統統為遙感技術在水環境相關研究的開展提供技術支持。除此之外，通過數字遙感器完成了在時間維度的水域動態監測，從而為防洪減災、河道規劃與治理提供技術支持。

3.3 水深遙感沖淤變化

水深遙感是通過可見光在水體內的穿透性，利用飛機、衛星等遙感技術平臺，通過輻射計、攝影機等裝置，把水下一定深度的立體單元信息根據一定的采集規則，利用信息處理軟件對可見光透的水體厚度信息進行分離，從而獲取水深。通過入睡輻射強度和水深、水體渾濁度之間的關系，對輻射強度進行測定與處理，得到水深數據。遙感技術獲取數據信息更加方便，水深遙感的相關研究已經開始投入應用，所以如果真有實測數據缺失，可以通過歷史階段遙感資料對水深進行推測，從而完成沖淤分析的作用。除此之外，還考慮某一時相遙感資料精度不準的問題，實測地形和遙感獲得的數值存在較大差別，因此可以采用兩個時相的遙感水深對河床沖淤情況進行計算，可以達到要求精度。

具體原因是因為遙感水深存在比較大的誤差，然而斷面圖分析發現，遙感水深誤差大的影響因素比較多，兩個時相的遙感水深誤差的表現形式大體一致，因此，差值降低了系統誤差。這個方法獲得的結果和實測地形資料得出的結果保持一致，可以達到河床演變分析與沖淤量計算的要求。因此，水深遙感方法能夠在地形資料確實的前提下對長時間河床演變分析。如果把GIS和水深遙感技術進行結合，能夠完成水下地形圖數字化，也能更加便捷地對所測水域不同時間段與不同沖刷深度的沖淤分布進行探測。

4 GIS技術用于河道測量

GIS是水文資料管理的一個重要手段，GIS中能夠發揮距離計算、曲率、周長等方法，如有需要可以隨時使用，通過DEM模型能夠便捷地獲取某點的高程。河道演變分析針對的是沖淤分析。GIS通過DEM模型數據能夠及時準確地獲取兩沖淤檢測斷面之間產生的沖淤量，而且測量精度也有所提升。

河道斷面圖進行繪制、某地沖淤過程的相關類型圖等，也能直接在圖上提取數據信息，并且自動繪制成圖。這些GIS功能針對河道演變的原因進行分析，而且可以得出該河道演變的規律，這些才是GIS技術的重要表現。GIS技術在水下地形、沖淤變化分析方面和常規技術相比，更加科學合理，而且準確度也更高。

5 RTK技術的運用

GPS技術逐漸向更深層次發展的同時，應用范圍也更為廣泛，一方面克服了普通測量要求點間通視、耗費工時、精度低、外業無法實時測量等缺點；另一方面，防止因為GPS靜態定位和快速靜態相對定位產生的后處理，而導致精度不合規造成返工等情況，RTK實時三維精度能夠達到厘米級，在一定程度上減少測量作業的勞動強度，大大提升了作業效率。為水下地形測量和GIS數據的獲取提供技術支持。

6 結束語

綜上所述，3S技術的應用使得河道、水庫檢測管理、水文測量勘察等變得更加簡便、精度高的同時，所需勞動強度大大降低，為河道水文動態監測與管理打開一扇嶄新的大門。

參考文獻

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