龔 振 文

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，云南 昆明 650201)

談信息化測繪技術(shù)在昆明市水利工程中的應(yīng)用

龔 振 文

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，云南 昆明 650201)

以昆明水利工程規(guī)劃設(shè)計為例，對信息化測繪技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)分析，并總結(jié)了一些有價值的施工經(jīng)驗(yàn)，指出運(yùn)用信息化測繪技術(shù)進(jìn)行水利工程勘測高效快捷、省時省力，應(yīng)用前景廣闊。

信息化測繪技術(shù)，水利工程，勘測，發(fā)展前景

0 引言

昆明市地處滇中地區(qū),是云南省政治,經(jīng)濟(jì),文化中心,從2010年出現(xiàn)4連旱,全市多年平均降雨量約1 000 mm，水資源量73.13億m3，區(qū)內(nèi)江河湖泊分屬長江、珠江、紅河三大水系(見圖1)。人均年水資源占有量為1 180 m3。全市已建水庫807座，總庫容26.46億m3，可供水量16.41億m3。有松華壩水庫(見圖2)、云龍水庫、柴石灘水庫3座大型水庫，有陽宗海和清水海20座中型水庫，有滇池，陽宗海，清水海3個湖泊,3個湖泊總儲水量多年平均為22.2億m3。新完工牛欄江—滇池補(bǔ)水工程每年可向昆明輸水量5.72億m3，向滇池補(bǔ)水5.66億m3。昆明市灌溉面積達(dá)203萬畝，已建成水閘219座，堤防651 km。

由于水利工程地處邊遠(yuǎn)山區(qū)，山高坡陡,交通不便,如用常規(guī)工程測量儀器及技術(shù)，會造成工程測量費(fèi)時費(fèi)力,工作效率低下,特別是測量外業(yè)工作耗費(fèi)大量人力物力,難于維系,影響后面工作開展,由于常規(guī)儀器不夠先進(jìn),測量的精度不能達(dá)到要求。因此,必須采用現(xiàn)代信息化測繪技術(shù),進(jìn)行水利工程測量更新?lián)Q代,保證測量工作達(dá)到信息化測繪要求，做到高效,快速,高精度,省時省力。要進(jìn)行昆明水利工程規(guī)劃設(shè)計,需勘測昆明市的各條江河面積、長度，河口、河源地理位置,河寬、河道坡降，水深，要勘測昆明灌區(qū)各水庫、泵站、水閘的各種地理信息?？傊?工程測量為昆明水利工程規(guī)劃設(shè)計提供各種基本數(shù)據(jù)。GIS已應(yīng)用于昆明防汛抗旱決策、水資源規(guī)劃與管理、水環(huán)境保護(hù)、水土保持監(jiān)汛、流域規(guī)劃、水利設(shè)施管理、水利工程規(guī)劃、水利工程選址、規(guī)劃、設(shè)計、施工管理等方面。

1 信息化測繪技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用內(nèi)容

1)GPS和三維激光掃描技術(shù)在水利工程地形圖測量中的應(yīng)用。

由于水利工程地處偏僻深山,地形十分復(fù)雜,特別是山區(qū),自然地表植被覆蓋密集；通視十分困難,由于地廣人稀,無法布置較多控制點(diǎn)。常規(guī)儀器無法開展水利工程控制測量，精度也難以提高。GPS技術(shù)進(jìn)行水利工程控制測量中,可全天候,無需通視,風(fēng)雨無阻，GPS技術(shù)也可進(jìn)行做像控點(diǎn)測量的工作，能極大降低測量外業(yè)工作量。三維激光成像掃描正廣泛應(yīng)用于水利工程的大比例尺地形圖測量中(見圖3)。

2)RS技術(shù)在水利工程地形圖勘測中的應(yīng)用。

現(xiàn)代測繪技術(shù)中，RS技術(shù)能幫助校對所測地形圖，專用圖，根據(jù)遙感像片的讀取，就能了解整個水利工程所處流域表現(xiàn)出的地質(zhì)構(gòu)造、地形特點(diǎn)，可科學(xué),合理的進(jìn)行水利工程大壩選址，也能判定水利工程所處的淹沒范圍,塌方位置，也可直觀,形象,真實(shí)的反映測區(qū)地形情況(見圖4)。

3)信息化測繪技術(shù)在水利工程點(diǎn)位測設(shè)中的應(yīng)用。

應(yīng)用GPS技術(shù)，能減少控制網(wǎng)層次,減少過渡控制點(diǎn)。而在有關(guān)水工建筑物點(diǎn)位測設(shè)工作的開展過程當(dāng)中，靜態(tài)GPS與RTKGPS組合，能進(jìn)行施工放樣的實(shí)時性，減少點(diǎn)位傳遞誤差，極大提高了水利工程放樣精確度，以及測量工效。

4)地面三維激光成像掃描技術(shù)能進(jìn)行昆明水利水電樞紐工程的大壩、溢洪道的地形圖測繪，特別是地下廠房此類較困難地方,能在較短時間內(nèi)獲取掃描空間影像模型,完成地形圖測繪。

5)信息化測繪技術(shù)在水利工程變形監(jiān)測中的應(yīng)用。

應(yīng)用GPS技術(shù)能發(fā)揮其定位精度優(yōu)勢，在對各點(diǎn)位所傳輸實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的基礎(chǔ)之上，用軟件自動計算出大壩在一定期間內(nèi)的沉降，以及水平位移情況，GPS技術(shù)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集無需布設(shè)站點(diǎn)之間的通視。GPS和三維激光掃描技術(shù)結(jié)合在大壩變形監(jiān)測中，GPS可實(shí)時提供測站點(diǎn)坐標(biāo),三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行各水工建筑物變形監(jiān)測，保證其安全運(yùn)行。

6)GIS技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用。

在昆明的牛攔江引水工程建設(shè)中，用GIS進(jìn)行德澤水庫大壩選址，移民安置地選擇、引水工程選線,德澤水庫的淹沒調(diào)查、水庫高水位運(yùn)行的淹沒調(diào)查、牛攔江引水工程對環(huán)境影響分析、引水隧洞抗震安全、引水渠道管理、引水渠道工程物料派送管理、防洪抗旱規(guī)劃設(shè)計與管理。用GIS進(jìn)行水庫、泵站,管線,引水隧洞及系統(tǒng)附屬物的可視化管理和監(jiān)測。用遙感技術(shù)采集昆明水資源數(shù)據(jù)，GIS技術(shù)可以分析,監(jiān)測水資源的污染程度。用圖像確定滇池水生物(藻類)、為滇池污染治理提供依據(jù)。

7)信息化測繪成果應(yīng)用。

信息化測繪能提供數(shù)字柵格圖、正射影像、線劃圖、高程模型等?？衫L制實(shí)景影像三維地形圖,在二維地形圖中，傳統(tǒng)地形圖都是由線段和符號來表達(dá)，難以詳盡地表達(dá)出真實(shí)的地形變化，不能高效進(jìn)行水利工程中三維設(shè)計。

在三維地形圖上，由規(guī)劃設(shè)計的河道中心線，按設(shè)計好的橫斷面線之間的間距,得到自動生成橫斷面采樣線，并自動批量生成橫斷面圖,有時也采集對應(yīng)的地面高程數(shù)據(jù)。在三維地形圖上，進(jìn)行渠道縱斷面設(shè)計,繪制現(xiàn)狀地曲面和設(shè)計曲面，綜合各因素，能計算出工程的挖填方量，通過調(diào)坡達(dá)到土方量平衡，繪制出土方施工圖。由正射影像、線劃圖、高程模型制成三維仿真電子沙盤。

8)全景真三維技術(shù)為水利工程三維設(shè)計提供平臺。

全景真三維技術(shù)是通過機(jī)載激光或車掃載激光描系統(tǒng)獲取的地面高程數(shù)據(jù)進(jìn)行解算合成處理，高度自動化的直接生成全景真三維立體影像，按照地理三維坐標(biāo)組織管理空間信息，不僅可以將地形、景觀、水文、地質(zhì)等要素的空間信息和屬性信息生成三維數(shù)據(jù)，建立各種空間和屬性數(shù)據(jù)庫及生成真實(shí)的地理場景,有了全景真三維技術(shù)提供的數(shù)字化、虛擬化、智能化設(shè)計平臺，就可進(jìn)行水利工程三維規(guī)劃設(shè)計管理，如在三維地形圖中，可直觀了解各類建筑物、開挖邊坡及原始地貌等，計算出建筑物任意部位的體積、面積等屬性以及挖填土石方量。

例如在德澤水庫設(shè)計時，測量出地質(zhì)地形圖后，可規(guī)劃大體工程位置和水機(jī)設(shè)備工作水位，接著就可確定機(jī)電設(shè)備的尺寸和安裝高程，再結(jié)合工程實(shí)際繪制出土建圖紙，然后就可進(jìn)行施工總布置,采用三維設(shè)計,可快速得到平面、剖面圖,能進(jìn)行工程方案優(yōu)化和比選，可降低德澤水庫造價，縮短水庫設(shè)計周期，提高水庫設(shè)計質(zhì)量。

2 三維地理信息應(yīng)用于昆明水庫管理

三維GIS中，建立洪水淹沒模型，進(jìn)行淹水范圍和淹沒深度模擬,判讀受淹影響人口數(shù)量,居民財產(chǎn)損失情況,有多少旱地和水田被淹,公路,房屋,橋梁等重要財產(chǎn)損失情況、對洪水發(fā)展變化進(jìn)行實(shí)時模擬,判斷由此產(chǎn)生其他次生災(zāi)害情況,以便隨時對水庫下游地區(qū)作出預(yù)警,或開閘瀉洪,或通知下游群眾緊急轉(zhuǎn)移,或騰空下游水庫堵住洪峰。用三維GIS，能實(shí)時進(jìn)行洪水調(diào)度,由水情調(diào)配各種防洪物資，了解防洪物分布及儲備情況,能實(shí)時監(jiān)測昆明地區(qū)各水庫水情、工情、險情信息。三維GIS中，應(yīng)用水土保持工程三維可視化,可對水土保持工程運(yùn)行后的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益進(jìn)行研判,分析工程成敗,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),完善以后水土保持工程規(guī)劃設(shè)計。

3 信息化測繪技術(shù)在水利工程應(yīng)用未來發(fā)展前景展望

面向21世紀(jì)，水利工程測量已進(jìn)入信息化時代,要擺脫只是像過去那樣為水利工程規(guī)劃設(shè)計提供一張地形圖,及其他所需工程數(shù)據(jù)，要在工程項目全過程提供工程所需全方位的地理信息，使昆明水利工作全面進(jìn)入數(shù)字化,信息化。實(shí)質(zhì)是空間技術(shù)負(fù)責(zé)采集地理信息,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速傳輸?shù)乩硇畔?，地理信息系統(tǒng)處理,存儲發(fā)布地理信息為昆明水利工程建設(shè)實(shí)時提供地理信息。達(dá)到天上,地下能實(shí)時采集信息，各地理信息工作站能自動處理相關(guān)數(shù)據(jù),并通過網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)進(jìn)行信息發(fā)布,推廣地理信息公共化,社會化,水利工作者每人用一個手機(jī)實(shí)時采集,接收,發(fā)布各種信息,如洪災(zāi),地震,氣象,山體滑坡等各種突發(fā)的自然災(zāi)害預(yù)警,一個重要發(fā)展趨向是在水利工程中廣泛采用三維測繪技術(shù),主要有全站儀,能夠同時測量距離和角度，快速得到點(diǎn)三維坐標(biāo),已在工程項目中廣泛使用,其次是近景攝影測量,即影像全站儀,它能實(shí)時測量大量面狀地理信息,而傳統(tǒng)測量是點(diǎn)的地理信息；再次是三維激光掃描儀,也是實(shí)時獲取觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。分為機(jī)載三維激光掃描儀,車載三維激光掃描儀和地面三維激光掃描儀，最后應(yīng)用最廣泛的是GPS，RS，GIS。即人們常說3S技術(shù)，GPS技術(shù)能對水利工程控制網(wǎng)進(jìn)行加密,校核,補(bǔ)充,擴(kuò)展。RS技術(shù)能進(jìn)行測區(qū)小比例尺地形圖測繪，開展水資源調(diào)查、項目區(qū)生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查。而GIS技術(shù)能建立水利工程信息管理系統(tǒng)，綜合管理工程信息,并對項目環(huán)境影響進(jìn)行評估，對各種水利工程要素,基本數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理和查詢,實(shí)施水利工程信息動態(tài)管理?？傊?3S集成是GPS精確確定觀測點(diǎn)的空間位置，RS實(shí)時獲取大范圍地區(qū)海量地理信息,GIS對以上兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲,分析,發(fā)布,形成天地一體化,地理信息采集,處理,成果輸出一體化,昆明水利工程勘測,設(shè)計,施工,管理一體化。

總之，信息化測繪技術(shù)在水利工程的應(yīng)用,能保證測量成果精度,高效及時獲取昆明水利工程建設(shè)地區(qū)提供的各種地形圖，工程測量數(shù)據(jù)和精準(zhǔn)的地圖，使水利工程規(guī)劃設(shè)計合理，使工程施工順利進(jìn)行。

4 結(jié)語

測繪技術(shù)從工程勘測設(shè)計到施工,竣工,及開始發(fā)揮工程效能，服務(wù)社會,始終伴隨全程,能保證工程安全及質(zhì)量。工程測量作用十分重要。21世紀(jì)的新地理信息時代，就要把信息化測繪技術(shù)應(yīng)用到水利工程中,進(jìn)行技術(shù)更新?lián)Q代,使水利工程勘測設(shè)計施工管理高效快速,為昆明的水利工程建設(shè)提供高效,快速的地理信息服務(wù),能全面提高水利工程測量質(zhì)量及效率,使測量工作高效、精確、自動化、智能化，使昆明水利工作數(shù)字化,信息化,智慧化。

[1] 劉豪杰,張永光,孫登可.非量測數(shù)碼相機(jī)用于水利工程測繪的試驗(yàn)研究[J].人民黃河,2012,34(5):109-111.

[2] 李紀(jì)人.數(shù)字地球與數(shù)字水利[J].水利水電科技進(jìn)展，2000,20(1)：31-33.

[3] 趙 凱.水利工程測繪中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用分析[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2012(23)：55-57.

On application of informationized mapping technique of water conservancy project in Kunming

Gong Zhenwen

(WaterConservancyCollege,YunnanForestryUniversity,Kunming650201,China)

Taking Kunming water conservancy engineering planning design as the example, the paper analyzes some application of the informationized mapping technique in water conservancy projects, sums up some valuable construction experience, and points out the informationized mapping technique is effective, convenient, time-saving and labor-saving for water conservancy projects, so it has broader application.

informationized mapping technique, water conservancy project, survey, development prospect

1009-6825(2015)02-0217-02

2014-11-04

龔振文(1963- )，男，副教授

TU198

A