3S測(cè)量技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用

邱明根 贛州市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院

1.3S測(cè)量技術(shù)概述

3S測(cè)量技術(shù)集遙感技術(shù)（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）以及地理信息系統(tǒng)（GIS）于一體，是一項(xiàng)具有系統(tǒng)性、多學(xué)科交融性的綜合技術(shù)形式，具備信息采集、分析及處理的功能；同時(shí)，3S技術(shù)可獲得被測(cè)物及周邊的空間信息，在此基礎(chǔ)上建模，以便工作人員直觀分析與管理，提高后續(xù)工程工作的質(zhì)量。3S測(cè)量技術(shù)融合多項(xiàng)細(xì)分的技術(shù)：

（1）RS技術(shù)：借助高空衛(wèi)星探測(cè)被測(cè)物，采集信息后對(duì)其分類，富有針對(duì)性地展開(kāi)分析與處理，全程均可實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸勘探，不會(huì)對(duì)被測(cè)物及周邊環(huán)境造成干擾。遇測(cè)量環(huán)境復(fù)雜的場(chǎng)景時(shí)，RS技術(shù)適用性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)得以顯現(xiàn)，可抵御外部因素的干擾，降低測(cè)量難度，提高測(cè)量結(jié)果的精度。

（2）GPS技術(shù)：以衛(wèi)星通信技術(shù)為核心，提供定位功能，隨著技術(shù)的深化，現(xiàn)階段已經(jīng)被應(yīng)用于軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等多類場(chǎng)景中。GPS技術(shù)的定位精度較高，速度較快，能夠?yàn)檐?chē)輛、船舶等提供優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)航服務(wù)。

（3）GIS技術(shù)：聯(lián)合RS技術(shù)共同應(yīng)用，首先獲得源自于遙感的數(shù)據(jù)，傳遞至地理信息系統(tǒng)后，通過(guò)特定計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件的配套化使用完成對(duì)信息的編輯及分析操作，從中汲取滿足要求的信息，并構(gòu)建三維空間模型，以直觀的方式呈現(xiàn)出被測(cè)物的空間構(gòu)造，信息的展示更為全面，信息的利用價(jià)值得以彰顯。

2.測(cè)區(qū)概況

高陂水屬章水一級(jí)支流，發(fā)源于蓉江新區(qū)潭東鎮(zhèn)柳樹(shù)窩，自東南向西北流經(jīng)龍孜里水庫(kù)、龍井、逕背、上壩、過(guò)路、潭東鎮(zhèn)、洋山等村，于筲箕窩匯入章水。全流域面積65.7km2，主河道長(zhǎng)19km，縱比降6.33‰。流域平均高程211 m，流域平均坡度3.35%，流域長(zhǎng)度16.5km，流域形狀系數(shù)0.23。測(cè)量工作引入業(yè)內(nèi)主流的3S測(cè)量技術(shù)，覆蓋對(duì)象包含開(kāi)展河湖及水利工程劃界確權(quán)情況調(diào)查工作，摸清河湖及水利工程劃界確權(quán)實(shí)際情況，基于測(cè)量數(shù)據(jù)，按1∶1000的比例測(cè)繪地形圖。

3.3S測(cè)量技術(shù)中各項(xiàng)細(xì)分技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 RS技術(shù)的應(yīng)用

遙感技術(shù)的測(cè)定數(shù)據(jù)能夠給水利工程施工作業(yè)的開(kāi)展提供重要參考。在管理與保護(hù)范圍劃線中應(yīng)用遙感技術(shù)時(shí)，主要完成內(nèi)業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)、保護(hù)范圍的初步劃定等工作，為后續(xù)的測(cè)量放樣提供參照基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)業(yè)向外業(yè)的轉(zhuǎn)化，切實(shí)保證外業(yè)的工作質(zhì)量、提高效率。

本水利工程作業(yè)區(qū)覆蓋范圍廣且缺乏足夠的連續(xù)性，以零散分布的狀態(tài)為主，施工前需收集水利基本信息、衛(wèi)星遙感影像等，對(duì)地形和影像做疊加處理，生成工作底圖，作為水利管理與保護(hù)范圍劃線工作的參照基準(zhǔn)。部分地區(qū)缺乏大比例尺地形圖或所能提供的影像資料不具備足夠的分辨率時(shí)，較適合用無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)航飛，由此確定DOM影響資料，繼而開(kāi)展工作地圖的制作劃界工作。受地形、地勢(shì)、水文條件等多項(xiàng)因素的共同影響，還有部分地區(qū)的通達(dá)性較差，即外業(yè)測(cè)量人員難以到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，迫使工作進(jìn)程受阻，此時(shí)依然可采用無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感技術(shù)，獲取測(cè)區(qū)劃界數(shù)據(jù)。為了提高管理的準(zhǔn)確性與便捷性，界樁埋設(shè)后輔以無(wú)人機(jī)航拍的方法，期間在界樁頂部設(shè)置醒目的標(biāo)記，以便從影像中直接觀察出具體的界樁分布位置。

3.2 GPS技術(shù)的應(yīng)用

GPS技術(shù)兼具精度高、效率高、便捷性好等多重優(yōu)勢(shì)，能推動(dòng)水利工程測(cè)量工作的開(kāi)展，依托于GPSRTK技術(shù)提供全面的服務(wù)，切實(shí)滿足各類測(cè)繪工作的需求。具體至本水利工程測(cè)量中，則應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行實(shí)地測(cè)繪。

分階段依次推進(jìn)實(shí)地測(cè)繪工作進(jìn)程，有條不紊完成各項(xiàng)工作，具體如下：

①應(yīng)用GNSS-RTK的技術(shù)組網(wǎng)組織控制測(cè)量工作，實(shí)測(cè)GNSS一級(jí)點(diǎn)，綜合考慮測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的界線分布位置以及地形特征，根據(jù)此類基礎(chǔ)信息建設(shè)132座GNSS一級(jí)控制點(diǎn)。細(xì)分?jǐn)?shù)量方面，水庫(kù)、山塘每處的控制點(diǎn)數(shù)量至少為兩個(gè)，必要時(shí)適當(dāng)增加。

②經(jīng)過(guò)前一階段的工作后確定控制測(cè)量數(shù)據(jù)并將其作為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)一步組織河湖的平面與高程數(shù)據(jù)測(cè)繪，利用GPS-RTK技術(shù)完成對(duì)地形圖資料的補(bǔ)充（彌補(bǔ)缺失的部分，保證地形圖資料的完整性）。測(cè)量時(shí)，依托于GPS技術(shù)全方位優(yōu)化與完善既有的GNSS網(wǎng)絡(luò)，并調(diào)查測(cè)繪范圍內(nèi)的屬性信息，形成更加系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

③測(cè)量放樣界碑、界樁點(diǎn)及水位尺，考慮到精度要求，統(tǒng)一按圖根點(diǎn)要求施測(cè)，觀測(cè)環(huán)節(jié)選擇JHCO RS網(wǎng)模式。具體操作機(jī)制為，首先確定界樁（碑）的圖解坐標(biāo)，將該部分信息輸入至RTK內(nèi)，而后啟用JHCO RS系統(tǒng)完成放樣工作，隨后用RTK施測(cè)其解析坐標(biāo)。但現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境復(fù)雜，部分區(qū)域的界樁（碑）施測(cè)難度較大，此時(shí)采用全站儀極坐標(biāo)法施測(cè)。

④經(jīng)過(guò)前述三個(gè)階段的操作后，確定地形圖、界樁（碑）點(diǎn)、界址點(diǎn)坐標(biāo)，在此基礎(chǔ)上劃定管理以及保護(hù)的范圍線，并完成界樁（碑）、水位尺的埋設(shè)作業(yè)，使各自精準(zhǔn)到位。

3.3 GIS技術(shù)的應(yīng)用

GIS技術(shù)的合理應(yīng)用對(duì)于水利工程規(guī)劃、選址、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)等工作的開(kāi)展均有促進(jìn)作用。依托于GIS技術(shù)全面存儲(chǔ)和管理水利數(shù)據(jù)，并深入分析以及集中展示。在本水利工程測(cè)量中，聯(lián)合應(yīng)用GIS技術(shù)和RS技術(shù)制作內(nèi)業(yè)地圖，規(guī)劃界址點(diǎn)位方案，內(nèi)業(yè)階段提前考慮到現(xiàn)場(chǎng)以及周邊的環(huán)境，由此夯實(shí)工作基礎(chǔ)，為外業(yè)實(shí)測(cè)提供良好的條件。

受設(shè)計(jì)洪水位資料有限的制約，對(duì)于難以精準(zhǔn)界定庫(kù)區(qū)管理范圍線高程的地區(qū)，聯(lián)合應(yīng)用GPS技術(shù)和GIS技術(shù)，集多重技術(shù)優(yōu)勢(shì)于一體，精準(zhǔn)確定庫(kù)區(qū)設(shè)計(jì)洪水位。測(cè)繪后再完成山塘、水系等測(cè)繪施工范圍內(nèi)的水系專題圖繪制工作。

為高效管理包含界樁（碑）、水位標(biāo)在內(nèi)的成果數(shù)據(jù)，適配GIS入庫(kù)軟件，依據(jù)基礎(chǔ)地理信息要素對(duì)該部分?jǐn)?shù)據(jù)成果執(zhí)行錄入、編輯、整理等一系列操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，根據(jù)需求及時(shí)調(diào)用。數(shù)據(jù)成果所含類型豐富且體量較大，包含現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、劃界成果數(shù)據(jù)、權(quán)屬范圍等，由此細(xì)分為界樁點(diǎn)、界址點(diǎn)、控制點(diǎn)、界樁移位點(diǎn)等點(diǎn)要素成果；保護(hù)范圍界線、管理范圍界線等線狀要素成果；權(quán)屬范圍面、保護(hù)范圍面等面要素成果。此外，在協(xié)同應(yīng)用GIS技術(shù)和RS技術(shù)后，構(gòu)建地理信息系統(tǒng)管理服務(wù)平臺(tái)，發(fā)揮出其信息精度高、操作便捷性好的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)對(duì)水利劃界范圍、保護(hù)范圍數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)合應(yīng)用，在平臺(tái)上高效完成標(biāo)準(zhǔn)化管理工作，確保管理的實(shí)效性以及保護(hù)范圍劃定的精準(zhǔn)性。

3.4 成果范圍線劃定

以JHCOR S系統(tǒng)為支撐，適配GNSS-RTK接收機(jī)硬件裝置，在軟硬件協(xié)同工作的模式下完成一級(jí)平面控制測(cè)量、四等高程控制測(cè)量工作，由此生成具有參考價(jià)值的信息，例如將該部分信息作為界樁放樣的施測(cè)起算依據(jù)。多途徑收集工程信息，包含遙感影響資料、水利水文資料等，在既有信息的基礎(chǔ)上制作工作地圖；為避免混亂，遵循水庫(kù)、山塘劃界原則，予以精準(zhǔn)的劃界處理；對(duì)于部分地區(qū)無(wú)校核洪水位資料的情況，進(jìn)一步組織校核工作，以已經(jīng)掌握的溢洪道寬度為依據(jù)展開(kāi)調(diào)洪演算操作，準(zhǔn)確劃線水庫(kù)管理范圍、保護(hù)范圍。

為給水利管理部門(mén)日常工作的開(kāi)展創(chuàng)設(shè)便捷的條件，全方位收集原始資料、水文、地名等具有參考價(jià)值的資料，經(jīng)過(guò)整合與分析后繪制1∶1000地形圖，再考慮地形圖數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)界線坐標(biāo)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后得到準(zhǔn)確的面積計(jì)算結(jié)果；參照基礎(chǔ)地形圖，根據(jù)其中的信息制作界線圖、界樁分布圖，在取得此類工作成果后為范圍線的標(biāo)界設(shè)樁提供基礎(chǔ)位置，以免因標(biāo)界設(shè)樁誤差過(guò)大而影響范圍的劃分。

4.結(jié)語(yǔ)

3S測(cè)量技術(shù)兼容RS、GPS、GIS技術(shù)于一體，可充分發(fā)揮出多重技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，是工程測(cè)量領(lǐng)域的重要技術(shù)手段，將其應(yīng)用于水利工程測(cè)量中具有可行性。本文提出3S測(cè)量技術(shù)中的各類細(xì)分技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，希望起到拋磚引玉的作用。