数字化测绘技术在水利工程测量的应用

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摘要：研究目的：探究数字化测绘技术在水利工程测量中的具体应用方式，明确应用要点，旨在为水利工程测量提供一定参考；研究方法：选用文献法及案例法，通过文献法了解数字化测绘技术发展情况，结合实际水利工程测量案例展开应用分析；研究结果：案例工程应用数字化测绘技术得到了高精准度的测量数据；研究结论：数字化测绘技术在水利工程测量中具有较强应用优势且在实际案例应用中发挥出良好效果。

关键词：数字化；测绘技术；水利工程测量

信息科技的快速发展驱动了行业变革，现已将数字化测绘技术应用到水利工程测量作业中，使水利工程测量进入数字化发展阶段，帮助工程项目获得精准测量数据，在精准数据支持下提高水利工程建设方案质量，减少因人工测量引起的数据误差，且可在一定程度上缩减工程量，提升水利工程测量效率，继而为后续水利工程项目的开展奠定基础。

1数字化测绘技术的应用优势

1.1数据精度高

数字化测绘技术主要依托于计算机算法及互联网完成数据采集与分析，可降低水利工程测量期间的人工干预，继而避免人为误差累计，提高测量结果准确性。数字化测绘技术在水利工程测量中的最大应用优势就在于所得数据的精度，可为工程方案的制定提供依据，确保工程项目高效推进。

1.2自动化控制

数字化测绘技术在计算机技术加持下提高了自动化程度，实现水利工程测量自动化控制，代替传统人工测量方式，使水利工程数据采集与整合分析更为有序，在自动化控制算法应用下完成数据筛选及算法关联，提高数据处理质量，减少数据误差，提升水利工程测量自动化水平。

1.3数据兼容性

数字化测绘技术具有综合性特征，在全面采集水利工程数据与地理水文信息基础上展开系统加工，并在自动化控制支持下进行准确坐标定位，测量地形并绘制水利工程地图，使水利工程地图可承载更多信息属性，并添加符号进行加工处理，确保水利工程测量结果可应用在不同专业领域，提升水利工程测量结果通用性。

1.4提升测量效率

传统人工测量须凭借大量人员到水利工程现场展开测量，并根据人工测量结果绘制工程地图，在此期间将产生较大工作量且造成大量成本，而数字化测绘技术的应用可减少水利工程测量作业对人力资源数量的依赖，同时室外数据采集、室内数据分析同步进行，极大地提高了水利工程测量效率。

2水利工程测量中的数字化测绘技术

2.1数字化原图技术

数字化原图技术为数字化测绘技术中的基础技术，运用矢量扫描仪器输入大比例原图，水利工程测量人员可直接运用计算机展开数据分析转化，对数据及原图信息精准分析。在应用数字化原图技术时，应构建相应的数据系统，确保数据图像可被良好应用，并以高质量原图数据为支撑，获得清晰直观的测量图像，同时图像存储在数据系统内，最大程度保证了图像资源完整，同时水利工程工作人员可运用电子设备查看测量图像，较为便捷。

2.2数字化成图技术

数字化成图技术是确保水利工程图绘制精度的关键技术，该技术具有成本低、设备少、准确性高的特点，可有效提高水利工程图效果，确保水利工程图可真实反映区域内地质水文情况。为进一步保证成图质量，应与GPS系统、RTK技术、GIS技术等形成联动，尽可能减少测量干扰，以此保证水利工程图应用效果。水利工程图绘制期间主要应用AutoCAD等绘图软件，完成数据、图像间的转换过程，并在绘图软件的帮助下完成图纸查找与便捷修改，人工成本较低且成图质量较高。

2.3数字化遥感技术

数字化遥感技术的应用须以大比例尺图像为基础，调查水利工程数据，通过遥感技术采集关键信息，经加工处理后获得水利工程图像，为后续工程建设奠定基础。数字化遥感技术应与其他测绘技术相配合，最大程度确保数据精准性，降低工程施工意外状况的发生概率。数字化遥感技术应用期间，主要运用各类传感器获得工程数据，将数据输入计算机后进行整合实现，以此为基础形成地貌图像，为后续工程施工奠定基础。

2.4RTK测量技术

RTK测量技术多用于测量水利工程中的高程、渠道管线、变形数据，最大程度提高各测量点数据准确性。渠道管线数据在水利工程测量作业中具有长度长、分布广的特点，导致渠道管线相关数据的测量难度较高，传统人工测量难以满足数据精准度要求，而RTK测量技术可实现渠道管线的快速定位，继而获得准确数据。待水利工程竣工时，可运用RTK测量技术检查水利工程是否存在变形情况，观测变形程度，为工程变形调整作业提供依据。RTK测量技术多应用在室外，执行外业测量作业时，应尽可能选择无高压线、无线电的视野开阔区，避免测量仪器遭受信号干扰，若水利工程项目范围内存在旧测量点，应在校准核验后应用原测量点。

2.5GIS技术

GIS技术在各类测绘测量作业中均发挥不可替代的作用，通过提取空间地理信息获得详细数据及图形。GIS技术应用时须构建数据库，便于测量人员检索与查询测量数据，在获得实测数据的基础上绘制水利工程图，明确GIS空间模型，并通过GIS空间模型分析获得地理图形，促进水利工程项目顺利建设。水利工程测量人员可通过操作GIS系统进行数据管理，将数字化测绘技术所得数据输入其中，逐步构建成水利工程数据库，经数据处理后即可得到精准测量结果，具体如图1所示。六分仪、经纬仪、水准仪为传统测量方式所应用的仪器设备，测量期间易受到各类因素制约而无法获得准确数据且会产生较长测量周期，极大地提高工程成本[1]。GIS系统的应用转变了信息获取方式，同时可在GIS系统帮助下动态化监测水利工程建设情况。

2.6无人机测绘技术

在部分水利工程项目中，采用直升机开展巡检测量作业，但成本较高。为弥补直升机测绘缺陷，可引入无人机测绘技术，水利工程测量人员根据实际情况制定与预设无人机飞行航线，无人机在执行测量数据时自动航行，并采集水利工程所需数据[2]。无人机完成数据采集后将直接传输到地面设备系统中，实现实时数据分析，此外，若在数据分析期间发现数据异常或航线偏离，可及时调整无人机飞行航线，以此保证无人机测绘效果。无人机测绘技术可与GIS系统、三维建模软件达成联动，搭建水利工程区域性三维模型，明确范围内不规则堆体距离与形状，以此高质量完成水利工程测量作业。以地质勘察测量为例，可运用无人机广泛收集数据信息，预测滑坡、泥石流等灾害，确保水利工程项目顺利推进。

3水利工程测量中应用GPS测绘技术的实例分析

3.1工程概况

以某水利工程项目为例，其涉及河道工程、排涝泵站、截污管道、蓄水闸坝、调蓄池等内容，河道全长3095米，水深3米左右，据勘察，存在1.2米深的河底淤泥。该水利工程测量内容以地形测量为主且项目范围内地形多为丘陵与平地，植被、建筑体、地物等结构呈不均匀分散。该水利工程项目现有资料不全且部分区域无数字正摄影图像与数字线划地图，对该部分区域，须采用数字化测绘技术进行测量，经数据加工处理后获得高度精准的水利工程项目地形图。

3.2方案设计

为满足案例工程建设所需，分析了现有数字化测绘技术，主要采用数字化原图技术、数字化成图技术、GIS技术、GPS系统完成该水利工程测量工作。在该水利工程中，借助矢量图扫描仪器进行数据采集，将软件处理后将数据转化为工程地形图。应用数字化原图技术时应注意，需重视测绘原图与测量结果间的联系，尽可能避免误差，本次技术应用时，为提高测量精准度，应用特征匹配与最小二乘匹配，引入多级影像金字塔匹配算法，保证该水利工程项目中所获得的图像连接点可均匀分布，据计算，本次匹配精准达0.1个像素。数字化原图可与水利工程区域情况相配合，可通过灵活调整图片匹配度确保图像效果且数字化原图技术无重叠度、加密区信息限制，因此在该带状工程案例中，数字化原图技术发挥出了良好效果。由于工程案例并非测量全部区域，而是仅测量无数字正摄影图像与数字线划地图的部分，因此在水利工程测量期间，将采用内外部一体化的模式展开工作，并运用数字化成图技术提升工作效率，缩减测绘作业成本。数字化成图技术在工程案例应用期间，仅在部分辅助设施的帮助下就完成工程测量工作且效果优异。在实际应用期间，水利工程测量人员完成模块提取基础上获得高精度点云，以此为基础生成数字高程模型数据，用以真实呈现水利工程测区地形地貌，在数字高程模型数据与空三成果支持下面，调整正射影像，并纠正匀光，统一色调，并做分幅处理，最终获得了反映水利工程实际情况的标准影像。GPS系统为导航定位系统，具有三维定位与导航功能，在空间星座系统、用户设备系统帮助下，可实现对水利工程的全天候定位导航。在案例工程测量期间，主要运用GPS系统完成了待测点、线、面的精准定位，并借助GPS系统处理模块，将数据转化为三维坐标。GPS系统在该次水利工程测量作业中切实发挥出了其高精度优势，在距离水利工程测量基线50千米内，所得图像精度为1×10-6。在实际应用期间，根据水利工程测量要求确定GPS选点，并做好埋设标号，将GPS接收装置安装在埋设点处，使无线电发射源与GPS接收装置之间存在至少50m间隔，同时保证GPS接收装置15°范围内无任何障碍物，设定观测模式，即可完成GPS观测[3]。借助地理信息系统完成了空间模型搭建，确保该工程在后续建设施工中仍可应用到精准数据及相应地理图像。案例工程测量作业执行期间，将所收集到的数据均输入至GIS系统内，实现了数据整合，为数据查看应用提供了便利。使用电磁波三角高程法控制高程，使用全站仪（HY02）从两条路线（左侧TC01、GOSF、GPSE；右侧TC02、GOSF、GPSE）同时测量，两条路线于一点（GPSE）集合，形成高程测量回路。如图2所示，布置高程测量路线。为了避免大气折光对高程测量的影响，使用对向观测方法完成测量，选择尽量平缓路线进行测量。完成每日测量后数据自动上传至系统中，便于数据分析。

3.3数据分析

数字化测绘技术应用效果可直接决定水利工程测量成果，继而影响后续项目施工建设。为检测成图效果及精准度，须将区域网平差作为精度标准，根据多余控制点实测坐标点及摄影测量坐标点获得区域网平差数值，如公式（1）~公式（3）所示。上述公式中，μX、μY、μZ为三维空间坐标系坐标点的区域网平差，X控、X摄分别代表多余控制点实测坐标点及摄影测量坐标点的X坐标；Y控、Y摄分别代表Y坐标；Z控、Z摄分别代表Z坐标；nx、ny、nz则代表测控点个数。经测算后，得出该水利工程测量区域网平差绝对定向精度要求与内业加密点精度要求，如表1、表2所示。在案例工程中，运用6台AshtechGPS单帧接收装置进行基线测量，并根据±（5mm+1ppm×D）的精准度要求设置水利工程GPS数据网，其中D测量距离。GPS数据网的设置应确保卫星截至高度角超出15°，并可在水利工程测量作业中成功观测至少4个有效观测数。案例工程进行数据精度控制时，确保数字化测绘时段至少持续60min，平均重复测绘点数超过1.6，取各时段的天线高度数值2次，发现数值观测误差值低于3mm[4]。为了最大程度地保证案例工程测量质量，使数字化测绘技术切实发挥出其原有效果，在进行精度控制时，将数据剔除率保持在10%以内，须检测同步环闭合差与异步环闭合差，以此保证测量所得数据精准。案例工程中，环闭合差结果如下：闭合差低于5mm的环个数为122个，占47.5%；闭合差处于5mm~10mm的环个数为75个，占29.3%；闭合差处于10mm~20mm的环个数为52个，占20.4%；闭合差处于20mm~25mm的环个数为10个，占3.9%。测绘基线残差值结果如下：Vx区间内，低于5mm的残差值占比为90.3%，处于5mm~10mm的残差值占比为9.2%，处于10mm~20mm的残差值占比为0.9%；Vy区间内，低于5mm的残差值占比为79.9%，处于5mm~10mm的残差值占比为18.3%，处于10mm~20mm的残差值占比为2.2%；Vz区间内，低于5mm的残差值占比为86.9%，处于5mm~10mm的残差值占比为12.1%，处于10mm~20mm的残差值占比为1.3%。

4结语

综上所述，数字化测绘技术在水利工程测量作业中具有测量精度高、自动化控制、数据兼容性、提升测量效率的优势，现阶段主要应用数字化原图技术、数字化成图技术、数字化遥感技术、RTK测量技术、GIS技术、无人机测绘技术等数字化测绘技术，在实际应用期间，应根据水利工程实际情况选择适宜的测绘技术，形成技术组合，以此帮助水利工程测量工程顺利开展。

参考文献

[1]潘娟娟，刘颢.数字化测绘技术在水利水电工程施工中的应用[J].中国新技术新产品，2021（07）：97-99.

[2]葛存扣.基于水利工程测量工作探究数字化测绘技术的运用探究[J].工程建设与设计，2020（18）：253-254.

[3]冯辉.数字测量技术优势及在水利工程测量中的应用[J].河南水利与南水北调，2020，49（05）：89-90.

[4]张勇.现代工程测量新技术在水利工程的应用探究[J].滁州职业技术学院学报，2019，18（03）：64-66.

作者：杨建虎 崔凯 单位：中国水利水电第三工程局有限公司