數字化測繪技術在水利工程測量的應用

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摘要：研究目的：探究數字化測繪技術在水利工程測量中的具體應用方式，明確應用要點，旨在為水利工程測量提供一定參考；研究方法：選用文獻法及案例法，通過文獻法了解數字化測繪技術發展情況，結合實際水利工程測量案例展開應用分析；研究結果：案例工程應用數字化測繪技術得到了高精準度的測量數據；研究結論：數字化測繪技術在水利工程測量中具有較強應用優勢且在實際案例應用中發揮出良好效果。

關鍵詞：數字化；測繪技術；水利工程測量

信息科技的快速發展驅動了行業變革，現已將數字化測繪技術應用到水利工程測量作業中，使水利工程測量進入數字化發展階段，幫助工程項目獲得精準測量數據，在精準數據支持下提高水利工程建設方案質量，減少因人工測量引起的數據誤差，且可在一定程度上縮減工程量，提升水利工程測量效率，繼而為后續水利工程項目的開展奠定基礎。

1數字化測繪技術的應用優勢

1.1數據精度高

數字化測繪技術主要依托于計算機算法及互聯網完成數據采集與分析，可降低水利工程測量期間的人工干預，繼而避免人為誤差累計，提高測量結果準確性。數字化測繪技術在水利工程測量中的最大應用優勢就在于所得數據的精度，可為工程方案的制定提供依據，確保工程項目高效推進。

1.2自動化控制

數字化測繪技術在計算機技術加持下提高了自動化程度，實現水利工程測量自動化控制，代替傳統人工測量方式，使水利工程數據采集與整合分析更為有序，在自動化控制算法應用下完成數據篩選及算法關聯，提高數據處理質量，減少數據誤差，提升水利工程測量自動化水平。

1.3數據兼容性

數字化測繪技術具有綜合性特征，在全面采集水利工程數據與地理水文信息基礎上展開系統加工，并在自動化控制支持下進行準確坐標定位，測量地形并繪制水利工程地圖，使水利工程地圖可承載更多信息屬性，并添加符號進行加工處理，確保水利工程測量結果可應用在不同專業領域，提升水利工程測量結果通用性。

1.4提升測量效率

傳統人工測量須憑借大量人員到水利工程現場展開測量，并根據人工測量結果繪制工程地圖，在此期間將產生較大工作量且造成大量成本，而數字化測繪技術的應用可減少水利工程測量作業對人力資源數量的依賴，同時室外數據采集、室內數據分析同步進行，極大地提高了水利工程測量效率。

2水利工程測量中的數字化測繪技術

2.1數字化原圖技術

數字化原圖技術為數字化測繪技術中的基礎技術，運用矢量掃描儀器輸入大比例原圖，水利工程測量人員可直接運用計算機展開數據分析轉化，對數據及原圖信息精準分析。在應用數字化原圖技術時，應構建相應的數據系統，確保數據圖像可被良好應用，并以高質量原圖數據為支撐，獲得清晰直觀的測量圖像，同時圖像存儲在數據系統內，最大程度保證了圖像資源完整，同時水利工程工作人員可運用電子設備查看測量圖像，較為便捷。

2.2數字化成圖技術

數字化成圖技術是確保水利工程圖繪制精度的關鍵技術，該技術具有成本低、設備少、準確性高的特點，可有效提高水利工程圖效果，確保水利工程圖可真實反映區域內地質水文情況。為進一步保證成圖質量，應與GPS系統、RTK技術、GIS技術等形成聯動，盡可能減少測量干擾，以此保證水利工程圖應用效果。水利工程圖繪制期間主要應用AutoCAD等繪圖軟件，完成數據、圖像間的轉換過程，并在繪圖軟件的幫助下完成圖紙查找與便捷修改，人工成本較低且成圖質量較高。

2.3數字化遙感技術

數字化遙感技術的應用須以大比例尺圖像為基礎，調查水利工程數據，通過遙感技術采集關鍵信息，經加工處理后獲得水利工程圖像，為后續工程建設奠定基礎。數字化遙感技術應與其他測繪技術相配合，最大程度確保數據精準性，降低工程施工意外狀況的發生概率。數字化遙感技術應用期間，主要運用各類傳感器獲得工程數據，將數據輸入計算機后進行整合實現，以此為基礎形成地貌圖像，為后續工程施工奠定基礎。

2.4RTK測量技術

RTK測量技術多用于測量水利工程中的高程、渠道管線、變形數據，最大程度提高各測量點數據準確性。渠道管線數據在水利工程測量作業中具有長度長、分布廣的特點，導致渠道管線相關數據的測量難度較高，傳統人工測量難以滿足數據精準度要求，而RTK測量技術可實現渠道管線的快速定位，繼而獲得準確數據。待水利工程竣工時，可運用RTK測量技術檢查水利工程是否存在變形情況，觀測變形程度，為工程變形調整作業提供依據。RTK測量技術多應用在室外，執行外業測量作業時，應盡可能選擇無高壓線、無線電的視野開闊區，避免測量儀器遭受信號干擾，若水利工程項目范圍內存在舊測量點，應在校準核驗后應用原測量點。

2.5GIS技術

GIS技術在各類測繪測量作業中均發揮不可替代的作用，通過提取空間地理信息獲得詳細數據及圖形。GIS技術應用時須構建數據庫，便于測量人員檢索與查詢測量數據，在獲得實測數據的基礎上繪制水利工程圖，明確GIS空間模型，并通過GIS空間模型分析獲得地理圖形，促進水利工程項目順利建設。水利工程測量人員可通過操作GIS系統進行數據管理，將數字化測繪技術所得數據輸入其中，逐步構建成水利工程數據庫，經數據處理后即可得到精準測量結果，具體如圖1所示。六分儀、經緯儀、水準儀為傳統測量方式所應用的儀器設備，測量期間易受到各類因素制約而無法獲得準確數據且會產生較長測量周期，極大地提高工程成本[1]。GIS系統的應用轉變了信息獲取方式，同時可在GIS系統幫助下動態化監測水利工程建設情況。

2.6無人機測繪技術

在部分水利工程項目中，采用直升機開展巡檢測量作業，但成本較高。為彌補直升機測繪缺陷，可引入無人機測繪技術，水利工程測量人員根據實際情況制定與預設無人機飛行航線，無人機在執行測量數據時自動航行，并采集水利工程所需數據[2]。無人機完成數據采集后將直接傳輸到地面設備系統中，實現實時數據分析，此外，若在數據分析期間發現數據異常或航線偏離，可及時調整無人機飛行航線，以此保證無人機測繪效果。無人機測繪技術可與GIS系統、三維建模軟件達成聯動，搭建水利工程區域性三維模型，明確范圍內不規則堆體距離與形狀，以此高質量完成水利工程測量作業。以地質勘察測量為例，可運用無人機廣泛收集數據信息，預測滑坡、泥石流等災害，確保水利工程項目順利推進。

3水利工程測量中應用GPS測繪技術的實例分析

3.1工程概況

以某水利工程項目為例，其涉及河道工程、排澇泵站、截污管道、蓄水閘壩、調蓄池等內容，河道全長3095米，水深3米左右，據勘察，存在1.2米深的河底淤泥。該水利工程測量內容以地形測量為主且項目范圍內地形多為丘陵與平地，植被、建筑體、地物等結構呈不均勻分散。該水利工程項目現有資料不全且部分區域無數字正攝影圖像與數字線劃地圖，對該部分區域，須采用數字化測繪技術進行測量，經數據加工處理后獲得高度精準的水利工程項目地形圖。

3.2方案設計

為滿足案例工程建設所需，分析了現有數字化測繪技術，主要采用數字化原圖技術、數字化成圖技術、GIS技術、GPS系統完成該水利工程測量工作。在該水利工程中，借助矢量圖掃描儀器進行數據采集，將軟件處理后將數據轉化為工程地形圖。應用數字化原圖技術時應注意，需重視測繪原圖與測量結果間的聯系，盡可能避免誤差，本次技術應用時，為提高測量精準度，應用特征匹配與最小二乘匹配，引入多級影像金字塔匹配算法，保證該水利工程項目中所獲得的圖像連接點可均勻分布，據計算，本次匹配精準達0.1個像素。數字化原圖可與水利工程區域情況相配合，可通過靈活調整圖片匹配度確保圖像效果且數字化原圖技術無重疊度、加密區信息限制，因此在該帶狀工程案例中，數字化原圖技術發揮出了良好效果。由于工程案例并非測量全部區域，而是僅測量無數字正攝影圖像與數字線劃地圖的部分，因此在水利工程測量期間，將采用內外部一體化的模式展開工作，并運用數字化成圖技術提升工作效率，縮減測繪作業成本。數字化成圖技術在工程案例應用期間，僅在部分輔助設施的幫助下就完成工程測量工作且效果優異。在實際應用期間，水利工程測量人員完成模塊提取基礎上獲得高精度點云，以此為基礎生成數字高程模型數據，用以真實呈現水利工程測區地形地貌，在數字高程模型數據與空三成果支持下面，調整正射影像，并糾正勻光，統一色調，并做分幅處理，最終獲得了反映水利工程實際情況的標準影像。GPS系統為導航定位系統，具有三維定位與導航功能，在空間星座系統、用戶設備系統幫助下，可實現對水利工程的全天候定位導航。在案例工程測量期間，主要運用GPS系統完成了待測點、線、面的精準定位，并借助GPS系統處理模塊，將數據轉化為三維坐標。GPS系統在該次水利工程測量作業中切實發揮出了其高精度優勢，在距離水利工程測量基線50千米內，所得圖像精度為1×10-6。在實際應用期間，根據水利工程測量要求確定GPS選點，并做好埋設標號，將GPS接收裝置安裝在埋設點處，使無線電發射源與GPS接收裝置之間存在至少50m間隔，同時保證GPS接收裝置15°范圍內無任何障礙物，設定觀測模式，即可完成GPS觀測[3]。借助地理信息系統完成了空間模型搭建，確保該工程在后續建設施工中仍可應用到精準數據及相應地理圖像。案例工程測量作業執行期間，將所收集到的數據均輸入至GIS系統內，實現了數據整合，為數據查看應用提供了便利。使用電磁波三角高程法控制高程，使用全站儀（HY02）從兩條路線（左側TC01、GOSF、GPSE；右側TC02、GOSF、GPSE）同時測量，兩條路線于一點（GPSE）集合，形成高程測量回路。如圖2所示，布置高程測量路線。為了避免大氣折光對高程測量的影響，使用對向觀測方法完成測量，選擇盡量平緩路線進行測量。完成每日測量后數據自動上傳至系統中，便于數據分析。

3.3數據分析

數字化測繪技術應用效果可直接決定水利工程測量成果，繼而影響后續項目施工建設。為檢測成圖效果及精準度，須將區域網平差作為精度標準，根據多余控制點實測坐標點及攝影測量坐標點獲得區域網平差數值，如公式（1）~公式（3）所示。上述公式中，μX、μY、μZ為三維空間坐標系坐標點的區域網平差，X控、X攝分別代表多余控制點實測坐標點及攝影測量坐標點的X坐標；Y控、Y攝分別代表Y坐標；Z控、Z攝分別代表Z坐標；nx、ny、nz則代表測控點個數。經測算后，得出該水利工程測量區域網平差絕對定向精度要求與內業加密點精度要求，如表1、表2所示。在案例工程中，運用6臺AshtechGPS單幀接收裝置進行基線測量，并根據±（5mm+1ppm×D）的精準度要求設置水利工程GPS數據網，其中D測量距離。GPS數據網的設置應確保衛星截至高度角超出15°，并可在水利工程測量作業中成功觀測至少4個有效觀測數。案例工程進行數據精度控制時，確保數字化測繪時段至少持續60min，平均重復測繪點數超過1.6，取各時段的天線高度數值2次，發現數值觀測誤差值低于3mm[4]。為了最大程度地保證案例工程測量質量，使數字化測繪技術切實發揮出其原有效果，在進行精度控制時，將數據剔除率保持在10%以內，須檢測同步環閉合差與異步環閉合差，以此保證測量所得數據精準。案例工程中，環閉合差結果如下：閉合差低于5mm的環個數為122個，占47.5%；閉合差處于5mm~10mm的環個數為75個，占29.3%；閉合差處于10mm~20mm的環個數為52個，占20.4%；閉合差處于20mm~25mm的環個數為10個，占3.9%。測繪基線殘差值結果如下：Vx區間內，低于5mm的殘差值占比為90.3%，處于5mm~10mm的殘差值占比為9.2%，處于10mm~20mm的殘差值占比為0.9%；Vy區間內，低于5mm的殘差值占比為79.9%，處于5mm~10mm的殘差值占比為18.3%，處于10mm~20mm的殘差值占比為2.2%；Vz區間內，低于5mm的殘差值占比為86.9%，處于5mm~10mm的殘差值占比為12.1%，處于10mm~20mm的殘差值占比為1.3%。

4結語

綜上所述，數字化測繪技術在水利工程測量作業中具有測量精度高、自動化控制、數據兼容性、提升測量效率的優勢，現階段主要應用數字化原圖技術、數字化成圖技術、數字化遙感技術、RTK測量技術、GIS技術、無人機測繪技術等數字化測繪技術，在實際應用期間，應根據水利工程實際情況選擇適宜的測繪技術，形成技術組合，以此幫助水利工程測量工程順利開展。

參考文獻

[1]潘娟娟，劉顥.數字化測繪技術在水利水電工程施工中的應用[J].中國新技術新產品，2021（07）：97-99.

[2]葛存扣.基于水利工程測量工作探究數字化測繪技術的運用探究[J].工程建設與設計，2020（18）：253-254.

[3]馮輝.數字測量技術優勢及在水利工程測量中的應用[J].河南水利與南水北調，2020，49（05）：89-90.

[4]張勇.現代工程測量新技術在水利工程的應用探究[J].滁州職業技術學院學報，2019，18（03）：64-66.

作者：楊建虎 崔凱 單位：中國水利水電第三工程局有限公司