王帥

（吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130000）

工程測(cè)繪也叫工程測(cè)量，是工程施工階段所有測(cè)量工作的總稱，是施工的重要依據(jù)，對(duì)控制工程的施工質(zhì)量具有非常重要的參考作用。對(duì)水利工程來說，在施工中需要開展的測(cè)量工作包括水下測(cè)量、地形測(cè)量、變形測(cè)量、施工測(cè)量、控制測(cè)量和竣工測(cè)量等，每項(xiàng)測(cè)量工作都是工程順利施工的保障。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，很多新型的儀器、測(cè)量理念被不斷地應(yīng)用到水利工程的測(cè)繪工作中，極大程度地提升了工程測(cè)繪的工作效率和測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使得中國(guó)水利工程建設(shè)水平獲得了大幅提升。下文對(duì)水利工程測(cè)繪中的水下測(cè)量方式和設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)論述。

1 淺談水下測(cè)量的意義

水下測(cè)量是水利工程中一種特定測(cè)量，是對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)所在的水庫、港灣、江河、湖泊、近海水底等環(huán)境的高程和平面位置進(jìn)行測(cè)量，并精準(zhǔn)地繪制出水下地形圖，以方便后續(xù)施工中精準(zhǔn)地設(shè)計(jì)工程結(jié)構(gòu)和施工計(jì)劃，對(duì)水利工程的建設(shè)具有非常重要的意義[1]。工程測(cè)量貫穿于工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和管理的全過程，為工程的順利開展提供重要的數(shù)據(jù)參考，水利工程測(cè)量則會(huì)涉及控制、施工、水下測(cè)量、地形數(shù)據(jù)、竣工監(jiān)控及竣工后監(jiān)控等多項(xiàng)環(huán)節(jié)。與常規(guī)建筑工程不同，水利工程的施工環(huán)境復(fù)雜程度更高，需要在施工中進(jìn)行大量的實(shí)地考察與測(cè)量，才能為技術(shù)人員提供必要的數(shù)據(jù)參考。

2 水利工程中水下工程測(cè)量的重要原則

在開展水下測(cè)量工作時(shí)，應(yīng)秉承嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，根據(jù)工程要求認(rèn)真完成相關(guān)測(cè)量工作，為工程的開展提供更加精準(zhǔn)、全面的參考數(shù)據(jù)。

水下測(cè)量應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)規(guī)劃建模的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋，為水利工程的設(shè)計(jì)、施工、規(guī)劃等過程提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，便于設(shè)計(jì)人員和現(xiàn)場(chǎng)管理人員能根據(jù)水下測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)工程的實(shí)際施工標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中可能存在的問題，并進(jìn)行針對(duì)性的整改，以保證水利工程的建設(shè)工作能有序地推進(jìn)[2]。

應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境和工程的實(shí)際需求靈活地選擇測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方式，以從多個(gè)角度獲得景區(qū)的數(shù)據(jù)，使設(shè)計(jì)人員和管理人員能更好地了解工程的實(shí)際情況，方便其更好地對(duì)工程設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行規(guī)劃。

由于水下測(cè)量工作的難度比普通建筑工程的測(cè)量工作難度更高，影響因素更多，技術(shù)人員在進(jìn)行水下測(cè)量工作時(shí)，應(yīng)對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)的核對(duì)與驗(yàn)證，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，更好地為水利工程的設(shè)計(jì)、施工等提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考。

3 水利工程測(cè)繪中水下測(cè)量的設(shè)備與測(cè)量方式

隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，水洗測(cè)繪技術(shù)不斷獲得升級(jí)與優(yōu)化，當(dāng)前水利工程測(cè)繪工作正處于向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時(shí)期，水下測(cè)量工具也發(fā)生了較為顯著的變化，測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方式的種類和數(shù)量都在不斷提升。在傳統(tǒng)水下測(cè)量工作中，多采用GPS-RTK全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，后逐漸發(fā)展為測(cè)探儀，當(dāng)下更有先進(jìn)的測(cè)量船，測(cè)量設(shè)備的先進(jìn)程度越來越高，測(cè)量方式越來越多樣，同時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也逐步提升，人們對(duì)水下環(huán)境和水下地形地貌的了解更加全面，使得中國(guó)水利工程的建設(shè)能得到全工程的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支持[3]。下文節(jié)選GPS-RTK全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、測(cè)探儀及測(cè)量船簡(jiǎn)單介紹水下測(cè)量設(shè)備的測(cè)量方式的變更。

3.1 GPS-RTK全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

隨著全球衛(wèi)星定位技術(shù)與數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展，GPS與RTK技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)的融合，大幅提升了水下測(cè)量工作的精準(zhǔn)度，目前水下測(cè)量已經(jīng)能實(shí)時(shí)地定位水下工程的三維結(jié)果[4]。通過GPS測(cè)算獲得數(shù)據(jù)的時(shí)間較晚，而RTK則可實(shí)時(shí)獲取到水下地形地貌等信息的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)測(cè)繪技術(shù)的不斷發(fā)展，眾多擁有大比例尺地圖的數(shù)字測(cè)繪方式被研發(fā)出來，也出現(xiàn)很多優(yōu)秀的數(shù)字成圖軟件，使水下測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度更高。在當(dāng)前水利工程的水下測(cè)量工作中，最常見的測(cè)量方式是將測(cè)量船、測(cè)量?jī)x及RTK技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，共同完成對(duì)水下環(huán)境的測(cè)量。相較于傳統(tǒng)測(cè)量方式來說，通過RTK技術(shù)能獲得更加精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，但是測(cè)量結(jié)果受設(shè)備的影響程度較深，為保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)在測(cè)量工作開始前，對(duì)設(shè)備的性能進(jìn)行全面的檢查，確認(rèn)測(cè)量工具無破損，及時(shí)更換老舊設(shè)備，并在必要條件下對(duì)相同數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)核驗(yàn)。RTK技術(shù)對(duì)5 000 m以外的環(huán)境測(cè)量效果不佳，通過將CORS與RTK技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，能有效地改變RTK技術(shù)的局限性，使RTK技術(shù)更加成熟，顯著地提高水下測(cè)量的范圍，減少對(duì)基站的依賴程度[5]。

3.2 測(cè)量?jī)x

隨著測(cè)量技術(shù)的不斷成熟，測(cè)量?jī)x的種類也更加多樣，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和工作內(nèi)容的不同，靈活地選擇合適的測(cè)量?jī)x器[6]。在目前水利工程測(cè)繪的水下測(cè)量工作中，較為常見的測(cè)量?jī)x有常規(guī)單頻測(cè)量?jī)x、雙頻測(cè)量?jī)x和便攜式測(cè)量?jī)x等，不同種類的測(cè)量?jī)x具有各自的優(yōu)勢(shì)。常規(guī)單頻和雙頻測(cè)量?jī)x具有較好的耐腐蝕性，比同類產(chǎn)品具有更好的防水性能，并且由于性能更高的CPU使其對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力更強(qiáng)，但是需要自備電源，多用于測(cè)量深海水下環(huán)境。便攜式測(cè)量?jī)x小巧且便于攜帶、自帶電源、便捷程度高，但是得到的測(cè)量數(shù)據(jù)不及常規(guī)單頻或雙頻測(cè)量?jī)x得到的測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度高。

3.3 測(cè)量船

測(cè)量船的種類較多，有漁船和渡船、氣墊船、智能無人測(cè)量船等，技術(shù)人員可根據(jù)測(cè)量條件確定不同的測(cè)量船[7]。漁船和渡船都是在測(cè)量工作開始前預(yù)先征用當(dāng)?shù)氐拇?，便捷程度不及氣墊船和智能無人測(cè)量船，但是當(dāng)?shù)貪O民和水手往往對(duì)測(cè)量環(huán)境的了解程度高，能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)更好地把控船舶的行進(jìn)方向，具有更高的安全性；氣墊船便攜度高，方便測(cè)量工作的開展，但是安全性低于漁船和渡船，技術(shù)人員在承擔(dān)測(cè)量任務(wù)的前提下還要對(duì)船只進(jìn)行操作，容易分心引發(fā)安全事故，不建議使用；智能無人測(cè)量船既小巧方便，又能充分保證技術(shù)人員的安全，但是目前在技術(shù)上還存在一定不足，不能適應(yīng)所有的測(cè)量環(huán)境。

3.4 數(shù)字化攝影技術(shù)

數(shù)字化攝影技術(shù)是一種提高數(shù)字線畫圖精準(zhǔn)度的可靠方式，是依托全數(shù)字測(cè)算技術(shù)，直接從數(shù)據(jù)影像中完成數(shù)據(jù)的采集工作。該技術(shù)在測(cè)繪目標(biāo)和相關(guān)要求規(guī)定下建立高精度數(shù)字化模型，利用多維空間數(shù)據(jù)采集優(yōu)勢(shì)，完成水利工程建設(shè)所需水文環(huán)境數(shù)據(jù)采集工作。隨著全數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)在水利工程測(cè)繪中的應(yīng)用更加廣泛，應(yīng)用該技術(shù)能對(duì)工程擬建設(shè)位置的土層橫縱面斷面情況、變形監(jiān)測(cè)情況、定線和放樣情況等進(jìn)行快速測(cè)量，并且能應(yīng)用數(shù)字影像數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)字化圖像進(jìn)行長(zhǎng)期保存。從現(xiàn)有水利工程施工經(jīng)驗(yàn)來看，數(shù)字化測(cè)量技術(shù)在實(shí)際水利工程建設(shè)過程中，能在水利工程施工中通過采集各類構(gòu)件的參數(shù)數(shù)據(jù)判斷工程施工質(zhì)量，對(duì)提高工程建設(shè)質(zhì)量具有良好的實(shí)用價(jià)值。

3.5 數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)

傳統(tǒng)水利工程測(cè)繪制圖是以人工的方式完成，需要投入大量時(shí)間成本和精力，對(duì)制圖人員專業(yè)素養(yǎng)的要求非常高，并且工作量較大。數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)是一種基于數(shù)字化技術(shù)而應(yīng)用的測(cè)繪方法，可進(jìn)一步細(xì)分為數(shù)字化成圖和原圖兩種方法，詳細(xì)操作流程如圖1所示。

圖1 數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)操作流程

數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)具體應(yīng)用原理是依托信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)復(fù)雜水文地質(zhì)測(cè)繪圖進(jìn)行繪制，與傳統(tǒng)人工測(cè)量技術(shù)相比，不僅能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，減少人工制圖的工作量，還能有效提高測(cè)量工作對(duì)惡劣自然環(huán)境的適應(yīng)能力，規(guī)避人工采集數(shù)據(jù)存在的數(shù)據(jù)誤差情況，提高測(cè)繪結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)，采用數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)能提高水文地質(zhì)測(cè)繪圖的層次感，通過對(duì)關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)進(jìn)行注釋，有效降低非專業(yè)人員對(duì)水文地質(zhì)測(cè)繪圖的解讀難度，有助于提高工程建設(shè)質(zhì)量。

4 優(yōu)化水利工程測(cè)量質(zhì)量的有效對(duì)策

4.1 建立科學(xué)的管理制度

缺乏完善的管理制度是水利工程測(cè)繪技術(shù)發(fā)展緩慢的根本原因，當(dāng)前針對(duì)水利工程測(cè)繪的評(píng)價(jià)方法還不精確，需要配合技術(shù)手段對(duì)其進(jìn)行完善。水下測(cè)量作為水利工程施工的必備前提條件，只有保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，才能為建設(shè)單位提供全面的水文條件參數(shù)，使其能根據(jù)水文條件參數(shù)對(duì)水利工程的結(jié)構(gòu)、施工方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證工程與當(dāng)?shù)厮沫h(huán)境的適應(yīng)性，提高水利工程的施工質(zhì)量和使用壽命。另外，完善的測(cè)繪管理制度有助于推動(dòng)數(shù)字化管理方式在行業(yè)中的應(yīng)用，在大數(shù)據(jù)時(shí)代下，應(yīng)用全面、完善的數(shù)據(jù)參數(shù)，配合先進(jìn)的水下測(cè)量技術(shù)，使工作人員能應(yīng)用相關(guān)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，最大化發(fā)揮測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。因此，應(yīng)用完善的水利工程測(cè)繪管理制度，提高水下測(cè)量的準(zhǔn)確性，擴(kuò)大對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)的采集量，才能為水利工程的建設(shè)提供全面可靠的數(shù)據(jù)支持。

4.2 提高測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量

水利工程測(cè)繪中水下測(cè)量涵蓋的內(nèi)容非常廣泛，具體包括地形測(cè)量、地層橫縱斷面測(cè)量、定線和放樣測(cè)量、施工控制測(cè)量等。水下測(cè)量工作開始后，需要采集大量水文環(huán)境數(shù)據(jù)，應(yīng)用先進(jìn)的水下測(cè)量設(shè)備，提高水下測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。水利工程測(cè)繪工作展開過程中，當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境、水文條件、天氣情況等環(huán)境因素都會(huì)對(duì)測(cè)繪結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，因此，應(yīng)采用科學(xué)方法提高測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量。首先，應(yīng)在實(shí)際測(cè)量前對(duì)擬測(cè)量環(huán)境和周邊環(huán)境的實(shí)際情況進(jìn)行了解，避免測(cè)量結(jié)果的片面性；然后應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行測(cè)量位置坐標(biāo)確認(rèn)，使用攝像設(shè)備對(duì)測(cè)量位置中相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行拍攝采集；最后對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和應(yīng)用。在測(cè)量過程中，若光線亮度較高，可使用人工造影的方式降低光線亮度和反光情況，避免影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；若光線亮度過低，則應(yīng)適當(dāng)添加輔助照明設(shè)備，保證讀數(shù)的準(zhǔn)確性。若測(cè)量過程中當(dāng)?shù)仫L(fēng)力較強(qiáng)，可適當(dāng)調(diào)整測(cè)量?jī)x器高度，同時(shí)增加單項(xiàng)測(cè)量?jī)?nèi)容的次數(shù)，通過多次對(duì)比減少誤差。在對(duì)地面高程進(jìn)行檢測(cè)之前，應(yīng)做好水準(zhǔn)儀規(guī)范工作，避免在測(cè)繪過程中發(fā)生儀器傾斜等問題。

4.3 加大相關(guān)儀器的投入

測(cè)量工具的應(yīng)用質(zhì)量會(huì)對(duì)現(xiàn)代水利工程的建設(shè)質(zhì)量產(chǎn)生巨大影響，應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備對(duì)提高測(cè)繪結(jié)果的準(zhǔn)確性、降低制圖難度、減少工作強(qiáng)度、優(yōu)化工程建設(shè)質(zhì)量來說都具有重要意義。GPS、RS等先進(jìn)測(cè)量設(shè)備，不僅具有良好的精準(zhǔn)度，對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，而且能顯著提高水利工程測(cè)繪效率，但是需要在測(cè)量過程中重視對(duì)相關(guān)設(shè)備的保養(yǎng)、調(diào)試、檢修等，避免應(yīng)用故障設(shè)備影響測(cè)繪結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.4 數(shù)據(jù)分析與處理

水利工程測(cè)繪作業(yè)中需要采集大量信息和數(shù)據(jù)，需要結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粚傩院徒?jīng)濟(jì)屬性對(duì)相關(guān)信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的數(shù)字化分析和處理，提高對(duì)數(shù)據(jù)的管理能力，為科學(xué)應(yīng)用測(cè)繪數(shù)據(jù)提供有利條件。水利工程正式施工前，設(shè)計(jì)單位影響施工單位準(zhǔn)確傳達(dá)施工測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，方便施工單位合理布控工程水準(zhǔn)、導(dǎo)線點(diǎn)等，提高測(cè)繪數(shù)據(jù)的應(yīng)用效率，以滿足工程施工標(biāo)準(zhǔn)。

4.5 提高測(cè)量人員的專業(yè)素養(yǎng)

測(cè)量人員作為水利工程測(cè)繪技術(shù)的一線執(zhí)行與應(yīng)用人員，其專業(yè)素養(yǎng)的高低會(huì)直接影響測(cè)量設(shè)備與測(cè)量方式的應(yīng)用質(zhì)量。在社會(huì)發(fā)展需求的導(dǎo)向下，國(guó)內(nèi)水利工程的建設(shè)規(guī)模、工程建造難度都在不斷提高，只有在對(duì)工程結(jié)構(gòu)和施工方法進(jìn)行設(shè)計(jì)前，對(duì)工程建設(shè)環(huán)境的水文地質(zhì)情況進(jìn)行深入測(cè)量，得到準(zhǔn)確的工程測(cè)繪結(jié)果，才能為后續(xù)工程建設(shè)提供保障。因此，測(cè)量人員需積極學(xué)習(xí)并拓展自身業(yè)務(wù)水平，積極關(guān)注新型測(cè)量技術(shù)和測(cè)量設(shè)備的發(fā)展，第三方測(cè)量單位也應(yīng)定期為測(cè)量人員開展專業(yè)培訓(xùn)，及時(shí)為其補(bǔ)充新的專業(yè)知識(shí)，分享復(fù)雜水文地質(zhì)環(huán)境中的測(cè)量案例，從專業(yè)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)兩方面提高測(cè)量人員的專業(yè)素養(yǎng)，保證其能在實(shí)際工作中從容應(yīng)對(duì)不同水文地質(zhì)環(huán)境的測(cè)繪工作需求。

5 結(jié)語

隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，水下測(cè)量的設(shè)備與測(cè)量方式越來越多樣，由于水下測(cè)量工作需要貫穿水利工程建設(shè)的始終，對(duì)水利工程的施工和工程質(zhì)量具有非常重要的作用，技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)原則，科學(xué)選擇測(cè)量設(shè)備與測(cè)量方式，才能保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。